Máy tính lượng tử sở hữu sức mạnh tính toán khổng lồ, có khả năng giải quyết các vấn đề phức tạp với tốc độ vượt xa các máy tính thông thường. Một số chuyên gia ước tính rằng máy tính lượng tử có thể phá vỡ các thuật toán mã hóa hiện tại chỉ trong vài phút, trong khi các máy tính cổ điển nhanh nhất sẽ mất hàng ngàn năm. Do đó, nhiều cơ sở hạ tầng an ninh số hiện tại, bao gồm các cơ chế mật mã được sử dụng bởi các loại tiền điện tử như Bitcoin, có thể đang gặp nguy hiểm.
Bài viết này sẽ khám phá sự khác biệt giữa máy tính lượng tử và máy tính cổ điển và phân tích các rủi ro mà máy tính lượng tử gây ra cho tiền điện tử và cơ sở hạ tầng số.
Mã hóa bất đối xứng và An ninh Internet
Mã hóa bất đối xứng, còn được gọi là "mật mã khóa công khai", là một thành phần quan trọng của hệ sinh thái tiền điện tử và hầu hết các cơ sở hạ tầng internet. Phương pháp mã hóa này dựa trên một cặp khóa để mã hóa và giải mã thông tin: khóa công khai để mã hóa và khóa riêng để giải mã. Ngược lại, mã hóa đối xứng sử dụng một khóa duy nhất cho cả việc mã hóa và giải mã dữ liệu.
Khóa công khai có thể được chia sẻ công khai, trong khi thông tin được mã hóa bằng nó chỉ có thể được giải mã bằng khóa riêng tương ứng, đảm bảo rằng thông tin chỉ hiển thị với người nhận được chỉ định.
Một ưu điểm chính của mã hóa bất đối xứng là nó cho phép trao đổi thông tin qua các kênh không an toàn mà không cần chia sẻ khóa. Nếu không có cơ chế này, an ninh thông tin cơ bản của internet sẽ không thể đạt được. Ví dụ, các bên không đáng tin không thể mã hóa thông tin một cách an toàn, khiến khái niệm ngân hàng trực tuyến dựa trên nền tảng như vậy gần như không thể.
Tính bảo mật của mã hóa bất đối xứng một phần dựa trên một tiền đề: các thuật toán tạo ra cặp khóa khiến việc suy ra khóa riêng từ khóa công khai trở nên rất khó khăn, trong khi việc suy ra khóa công khai từ khóa riêng tương đối đơn giản. Về mặt toán học, đây được gọi là "hàm cửa bí mật", trong đó tính toán về phía trước là dễ dàng, nhưng tính toán ngược lại là khó.
Hiện tại, hầu hết các thuật toán tạo khóa hiện đại đều dựa trên các hàm cửa bí mật toán học đã biết. Việc phá vỡ các hàm cửa bí mật này thường yêu cầu nguồn tài nguyên tính toán và thời gian khổng lồ. Ngay cả những máy tính cổ điển mạnh nhất ngày nay cũng sẽ mất một lượng thời gian đáng kể để thực hiện các phép tính này.
Tuy nhiên, nếu máy tính lượng tử được phát triển thành công, tình hình có thể thay đổi một cách đáng kể. Để hiểu tại sao máy tính lượng tử lại mạnh mẽ như vậy, trước tiên chúng ta cần nắm bắt cách thức hoạt động của máy tính cổ điển.
Máy tính Cổ điển
Các máy tính mà chúng ta quen thuộc được gọi là "máy tính cổ điển". Các hoạt động của máy tính cổ điển được thực hiện tuần tự, có nghĩa là nhiệm vụ tính toán tiếp theo không thể bắt đầu cho đến khi nhiệm vụ hiện tại hoàn tất. Điều này là do bộ nhớ máy tính cổ điển phải tuân theo các quy luật vật lý, trong đó trạng thái chỉ có thể là 0 hoặc 1 (tức là tắt hoặc bật).
Thông qua các phương pháp phần cứng và phần mềm khác nhau, máy tính cổ điển có thể chia nhỏ các nhiệm vụ tính toán phức tạp để nâng cao hiệu quả. Tuy nhiên, về cơ bản, các hoạt động của chúng vẫn diễn ra từng bước.
Ví dụ, khi một máy tính cổ điển cố gắng bẻ khóa mật khẩu, nó phải thử tất cả các tổ hợp khả năng một cách tuần tự. Giả sử có 16 khóa khả dĩ; máy tính hoạt động như một người sử dụng 16 khóa để mở khóa, thử từng khóa một. Nếu khóa đầu tiên không hoạt động, máy tính sẽ tiếp tục sang khóa tiếp theo cho đến khi tìm thấy khóa chính xác.
Khi độ dài của mật khẩu tăng lên, số lượng tổ hợp sẽ tăng theo cấp số nhân. Ví dụ, nếu độ dài khóa tăng lên 5 ký tự, các tổ hợp khả dĩ sẽ là 32; nếu tăng lên 6 ký tự, sẽ có 64 tổ hợp; và nếu đạt đến 256 bit, số lượng tổ hợp sẽ tiệm cận với số lượng nguyên tử trong vũ trụ có thể quan sát được.
Tuy nhiên, tốc độ của máy tính cổ điển chỉ có thể tăng tuyến tính. Ngay cả khi tốc độ tính toán tăng gấp đôi, nó cũng chỉ có thể tăng gấp đôi số lần thử trong một khung thời gian nhất định, và sự tăng trưởng tuyến tính này không thể theo kịp sự gia tăng theo cấp số nhân của số lượng tổ hợp.
Người ta ước tính rằng các hệ thống máy tính cổ điển sẽ mất hàng ngàn năm để bẻ khóa một khóa 55 bit. Để tham khảo, Bitcoin khuyến nghị sử dụng ít nhất 128 bit cụm từ gọi nhớ, và nhiều ví thậm chí còn yêu cầu 256 bit.
Do đó, các máy tính cổ điển hiện tại không gây ra mối đe dọa đối với mã hóa bất đối xứng được sử dụng trong tiền điện tử và cơ sở hạ tầng internet.
(Phần dịch tiếp theo sẽ được thực hiện tương tự, giữ nguyên các thẻ <> và dịch nội dung bên trong)
