Mặc dù công nghệ chuỗi khối là một cải tiến tương đối mới, nhưng các tài sản kỹ thuật số như tiền điện tử, mã thông báo không thể thay thế (NFT) và toàn bộ hệ sinh thái của các ứng dụng phi tập trung (DApp) do nó cung cấp hiện đang phải đối mặt với thách thức do điện toán lượng tử đặt ra.
Một công nghệ đang phát triển với tốc độ nhanh chóng, điện toán lượng tử sử dụng các định luật cơ học lượng tử để tạo ra các máy tính có thể giải các bài toán được coi là quá phức tạp đối với máy tính cổ điển hoặc máy tính nhị phân.
Được quảng cáo là thế hệ máy tính tiếp theo sẽ thay thế siêu máy tính (một loại máy tính cổ điển có hiệu suất vượt trội hơn nhiều so với máy tính thông thường), chúng có thể thách thức các tiêu chuẩn bảo mật hiện có do ưu thế tính toán của chúng. Do khả năng giải quyết các vấn đề với mức độ phức tạp cao, máy tính lượng tử thậm chí có thể thay đổi giả định hiện tại về tính bất biến của công nghệ chuỗi khối.
Với khả năng phá hoại các hoạt động bảo mật kỹ thuật số, điện toán lượng tử có thể giúp những kẻ xấu dàn xếp các cuộc tấn công vào tiền điện tử và các ứng dụng chuỗi khối khác, mặc dù công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn phát triển sơ khai.
Do đó, điều quan trọng là phải hiểu điều gì làm cho máy tính lượng tử trở nên mạnh mẽ như vậy và làm thế nào chúng có thể làm suy yếu các ứng dụng dựa trên blockchain trong tương lai. Với hệ sinh thái tiền điện tử toàn cầu đang trên đà được áp dụng rộng rãi, các nhà phát triển cũng như doanh nhân sẽ phải đào sâu vào các lĩnh vực chưa được khám phá liên quan đến các thuật toán mã hóa và đổi mới để chống lại mối đe dọa do điện toán lượng tử gây ra.
Máy tính lượng tử là gì và nó hoạt động như thế nào?
Sự khác biệt quan trọng nhất giữa máy tính lượng tử và máy tính cổ điển hoặc máy tính nhị phân là cách chúng sử dụng các trạng thái để biểu diễn bất kỳ số nào trong một phép tính phức tạp. Trong khi máy tính nhị phân sử dụng bit để mã hóa thông tin dưới dạng 0 hoặc 1, thì máy tính lượng tử sử dụng bit lượng tử hoặc “qubit” và các thuộc tính như chồng chất lượng tử và vướng víu lượng tử để biểu diễn đồng thời nhiều thứ.
Lấy ví dụ về trường hợp đơn giản biểu thị bất kỳ số nào trong khoảng từ 0 đến 255. Mặc dù 8 bit là đủ để máy tính cổ điển biểu thị bất kỳ số nào trong phạm vi này, nhưng máy tính lượng tử có thể đồng thời biểu thị tất cả 256 số bằng cách sử dụng 8 qubit.
Điều này cho phép máy tính lượng tử tính đến một số lượng lớn các kết hợp và thực hiện các phép tính phức tạp nhanh hơn nhiều so với các siêu máy tính tốt nhất. Sử dụng các nguyên tố siêu dẫn có khả năng chống lại dòng điện tử rất thấp khi được làm lạnh ở nhiệt độ dưới 0 độ C, máy tính lượng tử vốn nhạy cảm với nhiệt, sóng điện từ và thậm chí là tiếp xúc với không khí, khiến chúng dễ bị tổn thất tính toán trong môi trường kém lý tưởng.
Do đó, tương lai của điện toán nằm ở đâu đó giữa máy tính cổ điển hiện có và máy tính lượng tử tinh vi, trừ khi có thể đạt được những bước tiến lớn trong việc phát triển máy tính lượng tử để sử dụng hàng ngày.
Mặc dù IBM đã tạo ra hệ thống điện toán lượng tử tích hợp Quantum System One hỗ trợ bộ xử lý 127 qubit, nhưng những tiến bộ đột phá trong điện toán lượng tử có nghĩa là một máy tính lượng tử 1.000 qubit không còn xa vời với thực tế.
Trên thực tế, IBM có kế hoạch phát hành máy tính lượng tử 1.121 qubit vào năm 2023 để biến các ứng dụng quy mô công nghiệp thành hiện thực và mang lại khả năng tính toán cao gấp nhiều lần so với siêu máy tính mạnh nhất thế giới.
Tiền điện tử có dễ bị tấn công điện toán lượng tử không?
Trước khi các thiết bị điện toán lượng tử thuần túy được tung ra thị trường, làn sóng điện toán tiếp theo có thể sẽ được dẫn dắt bởi các siêu máy tính lấy lượng tử làm trung tâm tích hợp quy trình làm việc cổ điển và lượng tử.
Các thiết bị này có thể tự hào về sức mạnh tính toán từ 50 đến 1.000 qubit, đặc biệt khi xem xét việc giới thiệu IBM Quantum Osprey 433 qubit vào ngày 9 tháng 11 năm 2022, chưa đầy một năm sau khi ra mắt bộ xử lý Eagle 127 qubit.
Xem xét mức độ mạnh mẽ của máy tính lượng tử hiện nay và tính khả dụng hạn chế của chúng, có thể dễ dàng kết luận rằng vẫn còn nhiều thời gian trước khi máy tính lượng tử trở thành mối đe dọa đối với tiền điện tử.
Bất chấp tiềm năng to lớn được cung cấp, lợi thế lượng tử sẽ không thể thực hiện được trừ khi các phương pháp triệt tiêu lỗi tiên tiến được phát minh và tốc độ tính toán tăng lên mà không có bất kỳ mối lo ngại nào liên quan.
Ngay cả khi chúng tôi xem xét khả năng điện toán lượng tử đánh bại mật mã được sử dụng trong tiền điện tử, thì nó sẽ cần mức sức mạnh tính toán vượt trội để khởi động một cuộc tấn công lưu trữ, trong đó các địa chỉ ví có khóa công khai được nhắm mục tiêu để đánh cắp tiền cư trú trong đó. Đối với một chuỗi khối như Mạng Ethereum, nó sẽ yêu cầu sức mạnh tính toán vượt quá 10 triệu qubit để thực hiện một cuộc tấn công lưu trữ như vậy.
Đối với một cuộc tấn công quá cảnh, trong đó một kẻ xấu sẽ triển khai một lượng lớn sức mạnh tính toán lượng tử để giành quyền kiểm soát các giao dịch trong thời gian khối, phạm vi lớn hơn nhiều, vì nó sẽ liên quan đến việc tấn công tất cả các nút. Tuy nhiên, vì điều quan trọng là phải thực hiện cuộc tấn công trước khi một khối mới được thêm vào mạng chuỗi khối, nên các thực thể độc hại chỉ còn lại vài phút đối với Bitcoin và hàng chục giây đối với Ethereum để hoàn thành một cuộc tấn công chuyển tiếp.
Với hàng tỷ qubit sức mạnh tính toán lượng tử cần thiết để thực hiện thành công một cuộc tấn công như vậy, các nhà phát triển chuỗi khối có đủ thời gian để đổi mới các thuật toán ký mã hóa mới có khả năng chống lại các cuộc tấn công lượng tử.
Máy tính lượng tử có thể đánh cắp Bitcoin không?
Việc bẻ khóa mã hóa bảo vệ Bitcoin sẽ yêu cầu lượng điện toán lượng tử khổng lồ được triển khai cùng nhau và được kiểm soát bởi một thực thể duy nhất dàn dựng cuộc tấn công.
Theo các nhà nghiên cứu tại Đại học Sussex, một máy tính lượng tử với sức mạnh xử lý 1,9 tỷ qubit sẽ cần thiết để đột nhập vào mạng Bitcoin trong vòng 10 phút. Điều này sẽ yêu cầu tin tặc triển khai hàng triệu máy tính lượng tử, một kịch bản rất khó xảy ra trong tương lai gần.
Với bất kỳ sức mạnh tính toán thấp hơn nào, sẽ mất nhiều thời gian hơn để tiến hành một cuộc tấn công, cho phép đủ thời gian để hủy kích hoạt các nút bị xâm nhập và khôi phục mạng. Với một cuộc tấn công lưu trữ dường như hợp lý hơn, các loại tiền điện tử như Bitcoin (BTC) ít nhất sẽ phải áp dụng các thay đổi đối với giao thức chuỗi khối cơ bản để chống lại các khả năng như vậy.
Mặc dù cách tiếp cận này vẫn khiến ví Bitcoin có nguy cơ bị tấn công trong thời gian dài, nhưng chúng dễ thực hiện hơn nhiều so với việc giới thiệu một thuật toán mã hóa mới. Thuật toán chữ ký số Elliptic Curve hiện tại, hay ECDSA, được Bitcoin sử dụng là một thuật toán mật mã có các thuật toán xác minh và ký riêng biệt sử dụng khóa riêng, khóa chung và chữ ký của người dùng để đảm bảo chỉ họ mới có thể chi tiêu tiền.
Tuy nhiên, với các chuỗi khối công khai yêu cầu sự đồng thuận của những người dùng quan trọng để phê duyệt bất kỳ thay đổi nào đối với giao thức của họ, thậm chí việc thực hiện các thay đổi đối với giao thức của Bitcoin có thể mất nhiều thời gian hơn dự kiến. Nhận thấy nhu cầu về phần mềm kháng lượng tử và các giải pháp mã hóa, có rất nhiều dự án trong không gian tiền điện tử được dành cho mục đích này.
Tương lai của việc điện toán hậu lượng tử Bitcoin trở thành xu hướng chủ đạo có thể đồng nghĩa với việc phải chuyển sang một hệ thống sổ cái tinh vi hơn và kháng lượng tử, tất cả đều được hỗ trợ bởi một thuật toán mã hóa mang tính cách mạng.
Máy tính lượng tử sẽ phá hủy tiền điện tử?
Các ứng dụng của máy tính lượng tử chắc chắn sẽ giúp mô phỏng hành vi phân tử, hỗ trợ phát triển các vật liệu tiết kiệm năng lượng mới và các loại thuốc hiệu quả hơn, thậm chí cải thiện các chất xúc tác có thể tác động tích cực đến nhiều ngành sản xuất.
Mặc dù tiền đề thực sự đằng sau sự phát triển của máy tính lượng tử là đạt được khả năng giải quyết các vấn đề phức tạp nhất của thế giới, nhưng chúng có thể được sử dụng để tàn phá các chuỗi khối công cộng và mạng tiền điện tử bởi những kẻ xấu.
Để trả lời liệu blockchain có tồn tại trong điện toán lượng tử hay không, công nghệ này sẽ phải phát triển thành một hệ thống sổ cái kháng lượng tử trong thập kỷ tới. Điều này chủ yếu là do máy tính lượng tử có thể trở nên đủ mạnh để tấn công tiền điện tử trong 10–15 năm tới.
Tăng kích thước khóa có thể là một giải pháp cho vấn đề này, mặc dù vẫn còn phải xem liệu việc tiếp tục nhân đôi số lượng khóa so với các máy tính lượng tử sẽ mạnh hơn theo thời gian có khả thi hay không.
Các khái niệm mật mã mới như mật mã dựa trên lưới, trong đó tiếng ồn toán học được thêm vào quá trình mã hóa để gây nhầm lẫn cho máy tính lượng tử và các thuật toán kháng lượng tử dựa trên các bài toán là con đường phía trước.
Cách tiếp cận thứ hai được thiết kế sao cho cả máy tính cổ điển và lượng tử sẽ gặp khó khăn trong việc giải quyết, do đó đảm bảo tính liên quan và bảo mật trong cả hai hệ thống máy tính. Bất kể tiền điện tử có triển khai mạng có cấu trúc hay thuật toán dựa trên hàm băm hay không, chìa khóa sẽ vẫn là đi trước khả năng của máy tính lượng tử.
Vì vậy, mặc dù điện toán lượng tử sẽ không thách thức tiền điện tử ở dạng hiện tại, nhưng nó sẽ đòi hỏi nỗ lực phối hợp để đưa ra một loạt các thay đổi nhằm bảo tồn các cấu trúc quản trị phi tập trung trước mối đe dọa trong tương lai của siêu máy tính lượng tử.
