Trang chủ Tạp chí Tại sao máy tính lượng tử sẽ không phá vỡ ngành công...

Tại sao máy tính lượng tử sẽ không phá vỡ ngành công nghiệp tiền điện tử?

23/12/2020 06:00

Ở đâu đó trong cộng đồng tiền điện tử, luôn tiềm ẩn nỗi sợ hãi về máy tính lượng tử. Liệu máy tính lượng tử có thể đánh bại các loại tiền điện tử và hệ thống mã hóa bảo vệ chúng không? Các tin tức về “lượng tử tối cao” ở khắp nơi có nghĩa là khóa riêng tư của tôi đang gặp rủi ro?

Câu trả lời đơn giản là không. Nhưng chúng ta hãy đi sâu hơn vào hiện tượng này và hiểu tại sao lại như vậy cũng như cách máy tính lượng tử sẽ tương tác với tiền điện tử.

Trước hết, hãy định nghĩa máy tính lượng tử và máy tính cổ điển mà chúng ta thường sử dụng, so sánh và nhận ra sự khác biệt giữa chúng. Máy tính lượng tử gần như có thể được đặt trong cùng một mô hình như vật lý “cổ điển” trước những năm 1900 và vật lý “hiện đại” bao gồm những hiểu biết sâu sắc của Einstein về thuyết tương đối và vật lý lượng tử.

Máy tính cổ điển là loại máy tính tất cả chúng ta từng sử dụng, là phần mở rộng các lý thuyết của Turing về tính toán, máy tính xách tay hoặc điện thoại di động mà bạn mang theo bên mình. Máy tính cổ điển chủ yếu dựa vào thao tác của các bit vật lý gồm các số 0 và 1.

Máy tính lượng tử dựa trên qubit, là các bit được giữ theo nguyên lý chồng chập và sử dụng nguyên tắc lượng tử để hoàn thành phép tính. Thông tin được hệ thống lượng tử thu thập hoặc tạo ra hưởng lợi từ khả năng của các qubit ở nhiều hơn một trạng thái vật lý tại một thời điểm (chồng chập), nhưng cũng có sự phân rã thông tin trong việc nắm bắt trạng thái của hệ thống.

Phải chăng máy tính lượng tử luôn tốt hơn máy tính cổ điển? Câu trả lời là không. Khi mọi người nói về “lượng tử tối cao”, bao gồm cả báo cáo từ Google và/hoặc Trung Quốc, họ thực sự muốn nói rằng máy tính lượng tử có thể thực hiện nhiệm vụ nhất định tốt hơn máy tính cổ điển, mà có lẽ máy tính cổ điển không thể thực hiện trong bất kỳ khung thời gian hợp lý nào.

Chúng ta có thể nghĩ về điều này theo thang thời gian từ góc độ máy tính – có một số, nhưng không phải tất cả các chức năng, từ không thể thực hiện được trong bất kỳ khoảng thời gian có ý nghĩa nào ở mức độ con người thành các chức năng chậm nhưng có thể quản lý được với một máy tính lượng tử đủ lớn.

Ở một khía cạnh nào đó, bạn có thể nghĩ về các bài kiểm tra của Turing và bài kiểm tra lượng tử tối cao theo cùng một cách. Lúc đầu, được thiết kế để chứng minh tính ưu việt của hệ thống này so với hệ thống khác (trong trường hợp bài kiểm tra của Turing, tạo ngôn ngữ nhân tạo so với khả năng hiểu ngôn ngữ của con người; trong trường hợp kiểm tra lượng tử tối cao, hệ thống máy tính lượng tử so với máy tính cổ điển), chúng đã trở nên phô trương hơn thực chất.

Một máy tính lượng tử phải thực hiện tốt hơn nhiệm vụ nhỏ, tầm thường nghe có vẻ ấn tượng nhưng hoàn toàn vô dụng – giống như bài kiểm tra Turing về tiếng Anh do máy tạo ra chỉ có thể đánh lừa một đứa trẻ Ukraine không thông thạo ngôn ngữ.

Như vậy, chúng ta có thể giảm thiểu một chức năng mà máy tính lượng tử có thể tốt hơn và ảnh hưởng về mặt vật chất đối với tiền điện tử hoặc mã hóa mà chúng được xây dựng để có “lượng tử tối cao”.

Một lĩnh vực trọng tâm cụ thể là Thuật toán của Shor, có thể chia các số nguyên tố lớn thành hai số nhỏ hơn. Đây là thuộc tính rất hữu ích để phá mã hóa, vì kiểu mã hóa RSA phụ thuộc vào việc tính các số nguyên tố lớn theo chính xác cách này. Thuật toán của Shor hoạt động trên lý thuyết với một máy tính lượng tử đủ lớn – và vì vậy, mối quan tâm thực tế là cuối cùng Thuật toán của Shor có thể phát huy tác dụng và mã hóa RSA bị hỏng trong số những tác động khác.

Về mặt này, Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ (NIST) đã bắt đầu thu thập các đề xuất về mật mã hậu lượng tử, mã hóa sẽ hoạt động và không bị hỏng ngay cả với các máy tính lượng tử lớn hơn nhiều so với những máy tính chúng ta hiện có thể chế tạo. Họ ước tính các máy tính lượng tử đủ lớn để phá vỡ mã hóa cổ điển có khả năng xuất hiện trong 20 năm tới.

Đối với tiền điện tử, fork trong tương lai có thể ảnh hưởng đến phần lớn của chuỗi, nhưng nó phần nào có thể dự đoán được. Có rất nhiều suy nghĩ đang được đặt ra đối với công nghệ mã hóa hậu lượng tử. Bitcoin sẽ không phải là một trong những loại đầu tiên sụp đổ nếu mã hóa cổ điển đột nhiên bị phá vỡ vì một số lý do. Tuy nhiên, một soft fork (trái ngược với hard fork) có thể đủ để giúp di chuyển tài sản từ các khóa đột ngột không an toàn sang mã hóa hậu lượng tử an toàn.

Ngay cả việc triển khai hiệu quả Thuật toán của Shor có lẽ cũng không thể phá vỡ một số tiêu chuẩn mật mã được sử dụng trong Bitcoin. SHA-256 được lý thuyết là có khả năng kháng lượng tử.

Việc triển khai lý thuyết hiệu quả nhất của một máy tính lượng tử để phát hiện xung đột SHA-256 thực sự kém hơn so với việc triển khai lý thuyết cổ điển để phá vỡ tiêu chuẩn. Tệp ví trong ứng dụng khách Bitcoin ban đầu đang sử dụng SHA-512 (phiên bản an toàn hơn SHA-256) để giúp mã hóa khóa cá nhân.

Hầu hết mã hóa trong các loại tiền điện tử hiện đại được xây dựng dựa trên mật mã đường cong ellip thay vì RSA, đặc biệt việc tạo chữ ký trong Bitcoin yêu cầu ECDSA. Điều này phần lớn là do các đường cong elip khó bẻ khóa hơn RSA (đôi khi theo cấp số nhân) từ các máy tính cổ điển.

Nhờ định luật Moore và máy tính cổ điển tốt hơn, kích thước khóa RSA an toàn đã phát triển lớn đến mức không thực tế so với mật mã đường cong elip – vì vậy hầu hết mọi người sẽ chọn mật mã đường cong elip vì lý do hiệu suất cho hệ thống của họ. Đó là trường hợp của Bitcoin.

Tuy nhiên, máy tính lượng tử dường như lật ngược logic này: với một máy tính lượng tử đủ lớn với đủ qubit, bạn có thể phá vỡ mật mã đường cong ellip dễ dàng hơn là phá vỡ RSA.

Mật mã đường cong ellip được sử dụng rộng rãi trong một loạt các ngành công nghiệp khác và các trường hợp sử dụng. Chẳng hạn, RSA-2048 hoặc cao hơn là các tiêu chuẩn trong hệ thống ngân hàng thông thường để gửi thông tin được mã hóa.

Tuy nhiên, ngay cả với một máy tính lượng tử đủ lớn, bạn vẫn phải tiết lộ hoặc tìm thấy khóa công khai của ai đó để họ có thể bị tấn công. Với việc tái sử dụng ví tiền điện tử đang bị phản đối và sự khuyến khích chung về các phương pháp bảo mật tốt, khả năng bị tấn công này được giảm bớt.

Một lĩnh vực tấn công khác là thuật toán của Grover, có thể tăng tốc độ khai thác theo cấp số nhân với một máy tính lượng tử đủ lớn – mặc dù có khả năng ASIC (các máy tính cổ điển chuyên dụng chủ yếu được sử dụng để khai thác Bitcoin hiện nay) sẽ nhanh hơn so với các phiên bản đầu tiên của máy tính lượng tử.

Điều này gây ra nhiều mối đe dọa mạnh mẽ hơn khi nói đến trạng thái của tiền điện tử: khả năng khai thác nhanh chóng với tốc độ lượng tử tăng đột ngột có thể gây mất ổn định giá cả và quan trọng hơn là kiểm soát chính chuỗi của nó. Theo đó, tốc độ lượng tử tăng bất ngờ dẫn đến việc khai thác tập trung trên diện rộng và dễ xảy ra các cuộc tấn công 51%. Tuy nhiên, trường hợp có khả năng xảy ra nhất là hệ thống máy tính lượng tử lớn hơn sẽ được đối xử như bất kỳ loại phần cứng nào, tương tự như chuyển đổi miner giữa GPU, FGPA và ASIC – chuyển đổi từ công cụ kinh tế chậm sang tốt hơn.

Có thể tưởng tượng được rằng những con đường tấn công này và có lẽ những con đường khác khó dự đoán hơn có thể xuất hiện, nhưng kế hoạch mã hóa hậu lượng tử đã và đang được tiến hành. Đồng thời, thông qua cơ chế fork, tiền điện tử có thể được cập nhật để sử dụng các tiêu chuẩn mã hóa hậu lượng tử và bảo vệ chống lại những điểm yếu nêu trên.

Lịch sử của Bitcoin cũng như các loại crypto khác chứa đầy các ví dụ về thay đổi phần cứng và phần mềm phải được thực hiện để làm cho mạng an toàn và hiệu quả hơn – và các phương pháp bảo mật tốt hiện tại (tránh sử dụng lại ví) có thể giúp chuẩn bị cho tương lai không chắc chắn.

Vì vậy, các máy tính lượng tử được thêm vào hỗn hợp sẽ không đột nhiên khiến các chế độ mã hóa cổ điển trở nên vô dụng hoặc việc khai thác trở nên tầm thường. “Lượng tử tối cao” giờ đây không có nghĩa là mã hóa của bạn hoặc tính bảo mật của Bitcoin đang gặp rủi ro ngay tại thời điểm này.

Mối đe dọa thực sự là khi các máy tính lượng tử trở nên lớn hơn nhiều so với quy mô hiện tại. Tại thời điểm đó, lập kế hoạch cho mã hóa hậu lượng tử vốn đang trên đà phát triển tốt; Bitcoin cũng như các loại tiền điện tử khác có thể soft fork và việc sử dụng cả thuyết động lực, quản trị phi tập trung khi cần thiết sẽ gặp các mối đe dọa hiện hữu mới mà thậm chí còn khó khăn hơn mối đe dọa “lượng tử tối cao”.

Thùy Trang

Theo Forbes