Những điểm chính

• Máy tính lượng tử có thể khơi dậy những phát triển công nghệ phi thường nhưng cũng có thể làm yếu đi hầu hết cơ sở hạ tầng bảo mật kỹ thuật số của chúng ta.

• Về lý thuyết, máy tính lượng tử có thể một ngày nào đó phá vỡ các hệ thống mã hóa bảo vệ tiền điện tử và các hệ thống kỹ thuật số quan trọng khác.

• Hiện tại, máy tính lượng tử chưa đủ mạnh để phá vỡ ví Bitcoin hoặc ảnh hưởng đến việc khai thác, vì vậy các chuỗi khối hiện tại vẫn an toàn.

• Nhiều người trong thế giới tiền điện tử đã làm việc trên các biện pháp bảo mật mới để đi trước các mối đe dọa lượng tử tiềm tàng trong tương lai.

Giới thiệu

Máy tính lượng tử là những cỗ máy mạnh mẽ sử dụng các nguyên lý của cơ học lượng tử để giải quyết một số vấn đề hiệu quả hơn nhiều so với máy tính thông thường. Trong khi những cỗ máy này vẫn chủ yếu mang tính thử nghiệm, sự phát triển cuối cùng của chúng có thể mang đến những thách thức mới cho bảo mật kỹ thuật số hiện tại, bao gồm cả mật mã được sử dụng bởi Bitcoin và các loại tiền điện tử khác.

Bài viết này giải thích cách mà máy tính lượng tử khác với máy tính cổ điển, những rủi ro mà chúng gây ra cho tiền điện tử và cơ sở hạ tầng kỹ thuật số, và những nỗ lực đang diễn ra để giảm thiểu những mối đe dọa trong tương lai này.

Mật mã Bất Đối xứng và Bảo Mật Internet

Mật mã bất đối xứng (còn được gọi là mật mã khóa công khai hoặc PKC) là một thành phần quan trọng của hệ sinh thái tiền điện tử và nhiều phần của Internet.

PKC sử dụng một cặp khóa: một khóa riêng tư, phải được giữ bí mật, và một khóa công khai, có thể được chia sẻ với người khác. Trong các loại tiền điện tử, người dùng ký các giao dịch bằng khóa riêng tư, và bất kỳ ai cũng có thể xác minh tính xác thực bằng cách sử dụng khóa công khai tương ứng.

Một hệ thống PKC phụ thuộc vào các thuật toán để tạo ra các cặp khóa. Một thuật toán tốt nên tạo ra các khóa theo cách mà việc tính toán khóa riêng tư từ khóa công khai là cực kỳ khó khăn, nhưng rất dễ dàng để tính toán khóa công khai từ khóa riêng tư.

Nói cách khác, hệ thống PKC phụ thuộc vào các hàm toán học được biết đến như "hàm cửa bẫy." Những hàm này dễ dàng thực hiện theo một hướng (ví dụ, tạo khóa công khai từ khóa riêng tư), nhưng không thể thực hiện theo hướng ngược lại (chẳng hạn như suy diễn khóa riêng từ khóa công khai).

Nếu bạn muốn đọc thêm về chủ đề này, hãy xem Mật mã Đối xứng vs. Mật mã Bất Đối xứng.

Máy Tính Lượng Tử Có Thể Phá Vỡ Ví Crypto Không?

Về lý thuyết, có. Thực tế, chưa. Các thuật toán hiện đại được sử dụng trong bảo mật crypto và Internet có các hàm cửa bẫy mạnh mẽ không thể "giải" trong một khoảng thời gian mà sẽ có thể cho bất kỳ máy tính hiện có nào. Sẽ mất một lượng thời gian khổng lồ ngay cả đối với những cỗ máy mạnh nhất để thực hiện những phép tính này (nhiều hơn về điều này bên dưới).

Tuy nhiên, điều này có thể thay đổi trong tương lai với sự phát triển của các máy tính lượng tử. Để hiểu tại sao máy tính lượng tử lại mạnh mẽ như vậy, hãy xem xét cách mà các máy tính thông thường hoạt động trước.

Máy Tính Cổ Điển

Máy tính cổ điển xử lý thông tin bằng các chữ số nhị phân, hoặc bit, có thể là 0 hoặc 1. Các phép tính phức tạp được thực hiện bằng cách chia nhỏ các vấn đề lớn thành các nhiệm vụ nhỏ hơn, và trong khi các hệ thống hiện đại có thể chạy một số phép toán song song, mỗi bit vẫn chỉ tồn tại trong trạng thái 0 hoặc 1 (tắt hoặc bật).

Hãy xem xét việc đoán một khóa mật mã như một ví dụ. Đối với một khóa 4 bit, có 16 tổ hợp khả thi. Một máy tính cổ điển sẽ cần thử từng tổ hợp một cách riêng lẻ, như được thể hiện trong bảng dưới đây.

Tuy nhiên, khi độ dài khóa tăng lên, số lượng tổ hợp khả thi tăng theo cấp số nhân. Trong ví dụ trên, việc thêm một bit nữa để tăng độ dài khóa lên 5 bit sẽ dẫn đến 32 tổ hợp khả thi. Tăng lên 6 bit sẽ dẫn đến 64 tổ hợp khả thi. Ở 256 bit, số lượng tổ hợp khả thi gần bằng số nguyên tử ước tính trong vũ trụ có thể quan sát.

Đáng chú ý, tốc độ của máy tính cổ điển tăng theo tuyến tính, vì vậy sự phát triển lũy thừa trong không gian khóa vượt xa những cải tiến trong phần cứng. Người ta ước tính rằng sẽ mất ít nhất một nghìn năm cho một hệ thống máy tính cổ điển để đoán một khóa 55 bit (khoảng 36 triệu triệu tổ hợp khả thi).

Để tham khảo, kích thước tối thiểu được khuyến nghị cho một hạt giống được sử dụng trong Bitcoin là 128 bit, với nhiều triển khai ví sử dụng 256 bit, khiến cho các cuộc tấn công bạo lực bằng máy tính cổ điển thực tế là không thể.

Máy Tính Lượng Tử

Máy tính lượng tử sử dụng các bit lượng tử, hoặc qubit, mà—khác với các bit cổ điển—có thể tồn tại trong một trạng thái chồng chập của 0 và 1 đồng thời. Tính chất độc đáo này, cũng như sự ràng buộc lượng tử, cho phép máy tính lượng tử xử lý một số loại vấn đề hiệu quả hơn nhiều so với các máy cổ điển.

Hai trong số các thuật toán lượng tử liên quan nhất cho mật mã là:

• Thuật toán Shor: Cho phép phân tích hiệu quả các số lớn và tính toán logarit rời rạc, điều này có thể cuối cùng làm tổn hại đến các hệ thống mật mã khóa công khai như RSA và mật mã đường cong elliptic (ECC), được sử dụng rộng rãi trong công nghệ blockchain.

• Thuật toán Grover: Cung cấp hiệu suất nhanh hơn bình phương để tìm kiếm và tấn công bạo lực các khóa đối xứng hoặc giá trị băm, nhưng ít có nguy cơ hơn vì các tác động của nó có thể được giảm thiểu bằng cách đơn giản là gấp đôi kích thước khóa.

Tuy nhiên, điều quan trọng là phải sửa chữa một hiểu lầm phổ biến: máy tính lượng tử không "thử mọi tổ hợp cùng một lúc." Thay vào đó, chúng sử dụng can thiệp và chồng chập để giải quyết một số vấn đề có cấu trúc nhanh hơn, nhưng không phải tất cả các loại vấn đề đều hưởng lợi như nhau từ tốc độ tăng cường lượng tử.

Hiện tại, các máy tính lượng tử quy mô lớn có khả năng chịu lỗi cần thiết để đe dọa mật mã blockchain chưa tồn tại và có thể còn mất nhiều năm hoặc thậm chí hàng thập kỷ nữa, theo hầu hết các chuyên gia.

Mật mã chống lượng tử

Tiềm năng của máy tính lượng tử để phá vỡ mật mã hiện đại đã thúc đẩy nghiên cứu đáng kể vào các hình thức "sau lượng tử" hoặc mật mã chống lượng tử mới. Đây là các phương pháp mật mã được cho là an toàn ngay cả khi có sự hiện diện của kẻ thù lượng tử có khả năng.

Nhiều loại mật mã sau lượng tử đang được điều tra, bao gồm:

• Mật mã dựa trên lưới

• Mật mã dựa trên băm

• Mật mã đa biến

• Mật mã dựa trên mã

Các tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế, như NIST, đang tích cực làm việc để xác định và phê duyệt các thuật toán chống lượng tử này để chúng có thể được triển khai rộng rãi trước khi các máy tính lượng tử quy mô lớn trở thành hiện thực.

Đối với mật mã đối xứng, thuật toán Grover giảm một nửa sức mạnh hiệu quả của các khóa. Điều này có nghĩa là, ví dụ, AES-256 sẽ cung cấp 128 bit bảo mật chống lại một kẻ tấn công lượng tử—vẫn được coi là mạnh. Do đó, chỉ cần sử dụng các khóa dài hơn có thể duy trì bảo mật cho mã hóa đối xứng.

Một lĩnh vực nghiên cứu khác là phân phối khóa lượng tử (QKD), có thể phát hiện sự nghe lén trong các giao dịch khóa bằng cách sử dụng các thuộc tính lượng tử, mặc dù đây là một lĩnh vực riêng biệt với mật mã blockchain và có những thách thức triển khai riêng.

Máy Tính Lượng Tử và Khai Thác Bitcoin

Khai thác Bitcoin dựa vào việc giải các câu đố băm mật mã (sử dụng các hàm như SHA-256). Các máy tính lượng tử có thể áp dụng thuật toán Grover để tăng tốc tìm kiếm các băm hợp lệ một cách nhanh chóng. Tuy nhiên, điều này không mạnh mẽ như sự tăng tốc lũy thừa mà thuật toán Shor cung cấp chống lại các hệ thống khóa công khai.

Do đó, chỉ cần tăng độ khó hoặc chiều dài của các hàm băm có thể chống lại những cải tiến lượng tử trong khai thác. Hơn nữa, hầu hết các nhà nghiên cứu đồng ý rằng máy tính lượng tử không đặt ra một mối đe dọa tồn tại ngay lập tức đối với khai thác Bitcoin.

Cũng đáng lưu ý rằng hiệu quả của máy tính lượng tử trong khai thác là lý thuyết và, trong thực tế, phải đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật thực tế.

Chuyển Đổi Sang Blockchain Chống Lượng Tử

Chuyển các mạng crypto sang các thuật toán chống lượng tử sẽ là một nỗ lực lớn. Cập nhật các giao thức, ví và cơ sở hạ tầng sẽ yêu cầu phối hợp toàn cầu và sự tham gia tích cực của người dùng. Đảm bảo một quá trình di chuyển suôn sẻ—có thể bao gồm các phân nhánh cứng hoặc mềm—sẽ phức tạp về mặt kỹ thuật và logistics nhưng được coi là thiết yếu cho bảo mật lâu dài.

Quan trọng là, các khóa công khai trên blockchain Bitcoin chỉ được công khai sau khi các đồng tiền được chi tiêu từ một địa chỉ. Các địa chỉ chưa chi tiêu, do đó, ít ngay lập tức dễ bị tổn thương trước các cuộc tấn công lượng tử.

Những Suy Nghĩ Kết Thúc

Máy tính lượng tử là một lĩnh vực đang hoạt động với tiềm năng làm gián đoạn các tiêu chuẩn bảo mật kỹ thuật số hiện tại, bao gồm các hệ thống mật mã khóa công khai được sử dụng trong Bitcoin và các loại tiền điện tử khác. Tuy nhiên, các máy tính lượng tử thực tiễn có khả năng phá vỡ các blockchain hiện đại vẫn chưa tồn tại và có thể vẫn còn mất nhiều năm, nếu không muốn nói là hàng thập kỷ, nữa.

Ngành công nghiệp tiền điện tử và các cộng đồng bảo mật kỹ thuật số rộng lớn hơn đang chuẩn bị cho những rủi ro trong tương lai này bằng cách phát triển và tiêu chuẩn hóa các thuật toán chống lượng tử. Mặc dù máy tính lượng tử hiện tại không đặt ra một rủi ro cấp bách đối với các tài sản như Bitcoin, nhưng đáng để theo dõi các phát triển gần đây trong lĩnh vực này.

Đọc Thêm

• Mật mã Đối xứng vs. Mật mã Bất Đối xứng

• Mật Băm Là Gì?

• Chữ Ký Kỹ Thuật Số Là Gì?

Tuyên bố từ chối trách nhiệm: Nội dung này được trình bày cho bạn trên cơ sở "như là" chỉ nhằm mục đích thông tin chung và giáo dục, không có đại diện hay bảo đảm nào dưới bất kỳ hình thức nào. Nó không nên được hiểu là tư vấn tài chính, pháp lý hay chuyên nghiệp khác, cũng không có ý định khuyến nghị việc mua bất kỳ sản phẩm hoặc dịch vụ cụ thể nào. Bạn nên tìm kiếm ý kiến của riêng mình từ các cố vấn chuyên nghiệp thích hợp. Các sản phẩm được đề cập trong bài viết này có thể không có sẵn ở khu vực của bạn. Khi bài viết do một bên thứ ba đóng góp, xin lưu ý rằng các quan điểm được nêu thuộc về bên đóng góp thứ ba đó, và không nhất thiết phản ánh quan điểm của Binance Academy. Xin vui lòng đọc tuyên bố từ chối trách nhiệm đầy đủ của chúng tôi để biết thêm chi tiết. Giá trị tài sản kỹ thuật số có thể dao động. Giá trị đầu tư của bạn có thể giảm hoặc tăng và bạn có thể không lấy lại số tiền đã đầu tư. Bạn hoàn toàn chịu trách nhiệm cho các quyết định đầu tư của mình và Binance Academy không chịu trách nhiệm cho bất kỳ tổn thất nào mà bạn có thể gặp phải. Tài liệu này không nên được hiểu là tư vấn tài chính, pháp lý hay chuyên nghiệp khác. Để biết thêm thông tin, hãy xem Điều khoản Sử dụng và Cảnh báo Rủi ro.