Google đưa ra cảnh báo: Máy tính lượng tử có thể phá vỡ mã hóa của Bitcoin trước năm 2029

Các nhà nghiên cứu của Google cho biết, đến năm 2029, máy tính lượng tử có thể sẽ bẻ khóa được hệ thống an ninh blockchain phổ biến. Hiện có tới 6,9 triệu Bitcoin đã bị lộ ra ngoài do khóa công khai, và có thể bị phá giải ngay bất cứ lúc nào bằng năng lực tính toán lượng tử.

Đầu tư vào điện toán lượng tử nhìn chung được xem là một canh bạc đặt cược vào tương lai. Dự kiến trong vài năm tới sẽ xuất hiện các hệ thống lượng tử quy mô lớn, hiệu năng cao; chúng sẽ mang đến tiềm năng mang tính đột phá, đồng thời cũng đi kèm những rủi ro mới. Google cho biết: đừng quá sớm yên tâm thả lỏng.

Công ty con thuộc Alphabet này đang nỗ lực thúc đẩy tham vọng điện toán lượng tử của chính mình. Con chip Willow (Willow) của họ được cho là đã khơi dậy làn sóng nhiệt lượng tử trên toàn cầu vào cuối năm 2024, khiến công nghệ mới nổi này hoàn toàn đứng vào đúng vị trí “điểm nóng”.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu của Google đã công bố một bản whitepaper, chỉ ra rằng “Q-Day” (tức thời điểm mà máy tính lượng tử có thể bẻ khóa các công nghệ mã hóa bảo vệ lượng lớn dữ liệu trên toàn cầu) không phải là một mối đe dọa xa vời. Hơn nữa, công ty còn nêu rõ một năm cụ thể, kêu gọi công chúng chuẩn bị cho sự kiện này trước thời điểm đó.

Bài viết được đăng trên nền tảng arXiv của Đại học Cornell vào tuần này, tập trung riêng vào tiền điện tử. Giao dịch tiền điện tử dựa vào hai loại khóa: một khóa riêng và một khóa công khai. Khóa riêng là một con số cực lớn, ngẫu nhiên và được bảo mật; nó cho phép bạn quản lý và truy cập các khoản tiền của mình. Khóa công khai tương ứng sẽ được chia sẻ công khai, dùng để nhận tiền điện tử.

Bảo mật của hàng loạt loại tiền điện tử như Bitcoin phụ thuộc vào một kỹ thuật được gọi là mã hóa đường cong elliptic. Giả định cốt lõi là: các máy tính hiện có không thể suy ra khóa riêng từ khóa công khai theo hướng ngược lại. Điều này không phải là vô lý—với máy tính truyền thống thì đúng là không thể làm được điều đó trong khoảng thời gian khả thi.

Tuy nhiên, máy tính lượng tử thì khác. Như Barron từng đưa tin trước đó, trong tương lai, các cỗ máy có thể chạy một thuật toán lượng tử gọi là “Shor” (thuật toán Shor), thuật toán này có thể phân tích các số lớn thành các thừa số nguyên tố của chúng.

Bài báo nhấn mạnh một trường hợp sử dụng cụ thể của thuật toán Shor, được gọi là “tấn công chi tiêu ngay” (on-spend attack). Khi bạn gửi Bitcoin, trong khoảng thời gian giao dịch đi vào mempool và chờ xác nhận, khóa công khai của bạn sẽ được mạng công khai trong một thời gian ngắn. Quá trình này mất khoảng 10 phút.

Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng, khi chạy thuật toán Shor đã được tối ưu hóa trên một máy tính lượng tử “xung nhịp nhanh” (hoặc một máy sử dụng một kiến trúc lượng tử cụ thể nào đó), có thể suy ra khóa riêng từ khóa công khai đó chỉ trong khoảng 9 đến 12 phút.

Điểm mấu chốt là, theo ước tính của các nhà nghiên cứu, để bẻ khóa mã hóa đường cong elliptic bảo vệ Bitcoin và phần lớn các loại tiền điện tử phổ biến, trên một máy tính lượng tử siêu dẫn cần số lượng qubit vật lý có thể nhỏ hơn 500k. Con số này giảm khoảng 20 lần so với ước tính trước đó.

Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng có tới 6,9 triệu Bitcoin được lưu trong các địa chỉ mà khóa công khai đã bị lộ. Vì những khóa này đã là công khai, hệ thống lượng tử sẽ không bị giới hạn bởi “cửa sổ” 10 phút; nó có thể bất cứ lúc nào dùng thuật toán Shor để xâm nhập các ví đó.

Một trong các đồng tác giả của bài báo, Justin Drake, cho biết trên mạng xã hội rằng sự tin tưởng của ông vào “Q-day” đến trước năm 2032 đã “tăng mạnh đáng kể”. Drake dự đoán rằng đến thời điểm đó, xác suất hệ thống lượng tử khôi phục được khóa riêng từ các khóa công khai đã bị lộ ít nhất sẽ đạt 10%.

“Nhận định liên quan đến câu chuyện này sẽ chuyển hướng, và tiếp tục thúc đẩy khoản đầu tư R&D vào mật mã hậu lượng tử,” Drake viết. Dù ông thừa nhận mình không phải “chuyên gia về lượng tử”, và các kết quả này, vốn chưa được đưa qua thẩm định ngang hàng, còn cần thời gian “để được xác minh thích hợp”, nhưng dựa trên những trao đổi của ông với nhóm nghiên cứu, ông cho rằng ước tính của Google có phần thận trọng.

Sự đồng thuận trong ngành nhìn chung cho rằng sự kiện này có khả năng xảy ra vào một thời điểm nào đó trong những năm 2030, nhưng Google lại dự đoán “Q-day” sẽ đến sớm hơn. Theo công ty này, một máy tính lượng tử có khả năng thực tế liên quan đến mã hóa có thể đã đủ để bẻ khóa phần lớn blockchain phổ biến ngay vào khoảng trước năm 2029.

Trùng hợp thay, mốc thời gian này trùng khớp với thời điểm mục tiêu mà nhiều nhóm nghiên cứu lượng tử đặt ra để cho ra đời các máy tính lượng tử quy mô lớn, mang tính thương mại. Tập đoàn IBM (International Business Machines) thường được coi là đối thủ cạnh tranh của Google trong lĩnh vực lượng tử, và mục tiêu của họ cũng là triển khai trước thời điểm đó một siêu máy tính có khả năng chịu lỗi.

Trong một bài blog đăng tuần trước, Google đã kêu gọi doanh nghiệp tăng cường các biện pháp an ninh mạng để tránh bị thời cuộc bỏ lại phía sau. Công ty viết: “Mối đe dọa đối với công nghệ mã hóa đã hiện hữu ngay lúc này, vì có một kiểu tấn công ‘lưu trước, giải mã sau’. Còn mối đe dọa đối với chữ ký số thì là một rủi ro trong tương lai.”

Google đặc biệt thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang “mật mã hậu lượng tử”, tức là áp dụng các thuật toán mới, có khả năng chống lại lượng tử để bảo vệ dữ liệu nhằm chống đỡ các cuộc tấn công trong tương lai.