Lời mở đầu: Google đã ra mắt chip lượng tử Willow có thể hoàn thành các tính toán mà máy tính siêu nhanh hiện nay phải mất 10^25 năm để thực hiện trong vòng 5 phút. Mặc dù tạm thời vẫn chưa thể đe dọa các thuật toán như RSA và ECDSA đang được sử dụng trong thực tế, nhưng nó đã đưa ra những thách thức mới đối với hệ thống an ninh của tiền điện tử. Việc di chuyển blockchain sang chống lượng tử trở nên ngày càng quan trọng.
Google ra mắt chip lượng tử Willow mới
Ngày 10 tháng 12, Google đã công bố ra mắt chip tính toán lượng tử mới nhất của họ, Willow. Đây là một bước tiến đột phá tiếp theo sau khi Google đã lần đầu tiên đạt "ưu thế lượng tử" với chip Sycamore vào năm 2019. Kết quả này đã được công bố khẩn cấp trên tạp chí Nature và nhận được sự quan tâm của tỷ phú Elon Musk và Giám đốc điều hành của OpenAI Sam Altman trên các phương tiện truyền thông xã hội, như thể hiện trong Hình 1 và Hình 2.
Hình 1 [ 1 ]
Hình 2 [ 2 ]
Chip Willow mới có 105 Số lượng giao dịch trên mỗi giây và đạt được hiệu suất tối ưu trong hai bài kiểm tra chuẩn về Thực tế tăng cường (AR) và Thuật toán chữ ký kỹ thuật số (DSA). Cụ thể, trong bài kiểm tra về Thuật toán chữ ký kỹ thuật số (DSA), Willow có thể hoàn thành một tính toán mà máy tính siêu nhanh hiện nay phải mất 10^25 năm trong vòng 5 phút, vượt xa tuổi của vũ trụ và thậm chí cả thang thời gian vật lý đã biết.
Nói chung, khi số Số lượng giao dịch trên mỗi giây tăng lên, quá trình tính toán càng dễ bị lỗi. Tuy nhiên, Willow có thể giảm tỷ lệ lỗi theo cấp số nhân và duy trì tỷ lệ lỗi dưới một Threshold nhất định. Đây thường là tiền đề quan trọng để thực hiện được tính toán lượng tử thực tế.
Hartmut Neven, người phụ trách nhóm Quantum AI của Google, cho biết với tư cách là hệ thống đầu tiên có tỷ lệ lỗi dưới Threshold, Willow là mô hình logic Số lượng giao dịch trên mỗi giây có thể mở rộng thuyết phục nhất cho đến nay, cho thấy máy tính lượng tử thực dụng quy mô lớn là khả thi.
Tác động đối với tiền điện tử
Thành tựu này của Google không chỉ thúc đẩy sự phát triển của tính toán lượng tử, mà còn ảnh hưởng sâu rộng đến nhiều ngành, đặc biệt là lĩnh vực blockchain và tiền điện tử. Ví dụ, Thuật toán chữ ký kỹ thuật số (ECDSA) và hàm băm SHA-256 được sử dụng rộng rãi trong các giao dịch của tiền điện tử như Bitcoin, trong đó ECDSA được dùng để ký và xác minh giao dịch, còn SHA-256 được dùng để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu. Nghiên cứu cho thấy, thuật toán lượng tử Grover [ 3 ] có thể phá vỡ SHA-256, nhưng cần rất nhiều Số lượng giao dịch trên mỗi giây - hàng triệu Số lượng giao dịch trên mỗi giây. Tuy nhiên, thuật toán lượng tử Shor [ 4 ] do học giả đề xuất vào năm 1994 có thể hoàn toàn phá vỡ ECDSA, chỉ cần hàng trăm nghìn Số lượng giao dịch trên mỗi giây.
Trong các giao dịch Bitcoin, Bitcoin được chuyển từ một địa chỉ ví này sang địa chỉ ví khác. Có hai loại địa chỉ ví Bitcoin:
Loại thứ nhất là sử dụng trực tiếp Yêu cầu bình luận Ethereum (ERC) công khai của người nhận, được gọi là "thanh toán cho Yêu cầu bình luận Ethereum (ERC) công khai" (p2p k);
Loại thứ hai là sử dụng giá trị băm của Yêu cầu bình luận Ethereum (ERC) công khai của người nhận, được gọi là "thanh toán cho giá trị băm của Yêu cầu bình luận Ethereum (ERC) công khai" (p2p kh), nhưng Yêu cầu bình luận Ethereum (ERC) công khai sẽ được tiết lộ khi thực hiện giao dịch.
Trong cả hai loại giao dịch này, giao dịch p2p kh chiếm tỷ lệ lớn nhất. Do tất cả các giao dịch Bitcoin đều được công khai, điều này có nghĩa là bất kỳ ai cũng có thể lấy được Yêu cầu bình luận Ethereum (ERC) công khai của người nhận từ lịch sử giao dịch p2p k. Khoảng thời gian giữa các khối Bitcoin là khoảng 10 phút, trong khoảng thời gian này, mọi người đều có thể lấy được Yêu cầu bình luận Ethereum (ERC) công khai của người nhận từ các giao dịch p2p kh đang hoạt động. Một khi kẻ tấn công có máy tính lượng tử có được Yêu cầu bình luận Ethereum (ERC) công khai, họ có thể chạy thuật toán lượng tử Shor trên máy tính lượng tử để tìm ra private key tương ứng của Yêu cầu bình luận Ethereum (ERC) công khai, từ đó chiếm đoạt toàn bộ Bitcoin trong private key đó. Ngay cả khi giao dịch p2p kh chỉ có cửa sổ 10 phút, thì cũng đủ để thuật toán lượng tử Shor tìm ra private key.
Mặc dù chip Willow của Google chỉ có 105 Số lượng giao dịch trên mỗi giây, còn xa mới đủ để phá vỡ các thuật toán mã hóa như Bitcoin, nhưng sự xuất hiện của Willow đã mở ra con đường xây dựng máy tính lượng tử quy mô lớn và thực dụng, như thể hiện trong Hình 3, và tiềm năng của máy tính lượng tử trong việc phá vỡ các thuật toán mã hóa vẫn đáng lo ngại.
Hình 3 [ 5 ]
Blockchain chống lượng tử
Mật mã hậu lượng tử (post-quantum cryptography, PQC) [ 6 ] là một loại thuật toán mã hóa mới có khả năng chống lại các cuộc tấn công bằng máy tính lượng tử. Mặc dù thuật toán lượng tử Shor và Grover có thể phá vỡ các thuật toán mã hóa cổ điển như ECDSA đang được sử dụng rộng rãi trong blockchain và tiền điện tử, chúng không thể phá vỡ các thuật toán mật mã hậu lượng tử. Điều này có nghĩa là ngay cả khi kỷ nguyên lượng tử đến, các thuật toán mật mã hậu lượng tử vẫn an toàn.
AntChain OpenLabs trước đây đã hoàn thành việc xây dựng năng lực mật mã hậu lượng tử cho toàn bộ quy trình blockchain, và dựa trên OpenSSL [ 7 ] đã cải tiến một thư viện mật mã hậu lượng tử, hỗ trợ nhiều thuật toán mật mã hậu lượng tử theo tiêu chuẩn NIST [ 8 ] cũng như giao tiếp TLS hậu lượng tử. Đồng thời, để giải quyết vấn đề phình to hơn 40 lần về lưu trữ của chữ ký hậu lượng tử so với ECDSA, thông qua việc tối ưu hóa quy trình đồng thuận và giảm độ trễ đọc bộ nhớ, Số lượng giao dịch trên mỗi giây của blockchain chống lượng tử có thể đạt khoảng 50% so với chuỗi gốc. Thư viện mật mã này có thể được sử dụng như một middleware để hỗ trợ việc di chuyển sang mật mã hậu lượng tử cho blockchain cũng như các kịch bản khác như chính phủ, tài chính, v.v.
Đồng thời, AntChain OpenLabs cũng đã triển khai việc di chuyển các thuật toán mật mã đa chức năng sang hậu lượng tử, tham gia nghiên phát triển một giao thức quản lý khóa phân tán dành cho thuật toán chữ ký hậu lượng tử Dilithium của NIST, đây là giao thức chữ ký ngưỡng phân tán hậu lượng tử hiệu quả nhất trong ngành, vượt trội hơn 10 lần so với các giải pháp khác về mặt hiệu suất, đồng thời cũng khắc phục được nhược điểm của các giải pháp quản lý khóa hậu lượng tử hiện tại là không thể hỗ trợ bất kỳ giá trị ngưỡng nào. Các công trình liên quan đã được công bố trên tạp chí hàng đầu về an ninh IEEE Transactions on Information Forensics and Security [ 9 ].
Tài liệu tham khảo
[ 1 ] https://x.com/sundarpichai/status/1866167562373124420
[2] https://x.com/sama/status/1866210243992269271
[3] Grover L K. A fast quantum mechanical algorithm for database search[C]//Proceedings of the 28 th annual ACM symposium on Theory of computing. 1996: 212-219.
[ 4 ] Shor P W. Algorithms for quantum computation: discrete logarithms and factoring[C]//Proceedings 35 th annual symposium on foundations of computer science. 1994: 124-134.
[ 5 ] https://blog.google/technology/research/google-willow-quantum-chip/
[6] Bernstein D J, Lange T. Post-quantum cryptography[J]. Nature, 2017, 549( 7671): 188-194.
[ 7 ] https://github.com/openssl/openssl
[8] https://csrc.nist.gov/News/2022/pqc-candidates-to-be-standardized-and-round-4
[9] Tang G, Pang B, Chen L, Zhang Z. Efficient Lattice-Based Threshold Signatures With Functional Interchangeability[J]. IEEE Transactions on Information Forensics and Security. 2023, 18: 4173-4187.
[ 10 ] Cozzo D, Smart N. Chia sẻ LUOV: chữ ký hậu lượng tử ngưỡng[C]// Tài liệu Hội nghị lần thứ 17 về Mã hóa và Mã hóa - IMACC. 2019: 128 – 153.
Bài viết này được viết bởi AntChain OpenLabs, đồng thời ZAN (tài khoản X @zan_team) là hệ thống kỹ thuật mã nguồn mở TrustBase dựa trên AntChain OpenLabs.
