Máy tính lượng tử Vs. Blockchain: Tác động đến mật mã

Điểm bán hàng chính của blockchain và các ứng dụng của nó là các sổ cái phân tán được bảo mật bằng mật mã hầu như “không thể bị phá vỡ” trong các trường hợp bình thường, với tình trạng hiện tại của công nghệ tính toán. Tuy nhiên, tính hợp lệ của nó phụ thuộc nhiều vào giả định “trạng thái công nghệ”. Nếu một sự thay đổi mô hình trong tính toán xảy ra, các hệ thống dựa trên blockchain hiện đại có thể trở nên dễ bị tổn thương trước các mối đe dọa không được tính đến trong thiết kế của chúng. Nhưng mức độ khẩn cấp của mối đe dọa của điều này xảy ra bất cứ lúc nào?

Những bước tiến mà các nhà vật lý đã đạt được trong ba thập kỷ qua để xây dựng một máy tính lượng tử hoạt động có thể sớm góp phần vào sự thay đổi như vậy. Có thể đạt được cột mốc được gọi là “quyền tối cao lượng tử”, trong đó máy tính lượng tử vượt trội hơn máy tính truyền thống trong một nhiệm vụ cụ thể bất kỳ ngày nay, câu hỏi về việc liệu các thiết bị dựa trên lượng tử tiềm năng có khả năng “giết chết” blockchain trở thành tâm điểm hay không.

Sơ lược về tính toán lượng tử

Máy tính lượng tử là bất kỳ thiết bị nào sử dụng các nguyên tắc của cơ học lượng tử để thực hiện các phép tính. Để lưu trữ và thao tác thông tin, các máy tính thông thường sử dụng các đơn vị nhị phân gọi là bit, có thể biểu diễn một trong hai trạng thái có thể có: 0 hoặc 1. Máy lượng tử dựa trên các bit lượng tử (hoặc qubit), có thể là cả 0 và 1 cùng một lúc. . Hiện tượng này, gọi là chồng chất, cho phép các thiết bị như vậy thực hiện các tác vụ nhất định nhanh hơn nhiều so với các đối tác dựa trên bit của chúng.

Số hiệu chuẩn đạt được theo ngày và tổ chức

Một thuật ngữ cơ bản khác trong lý thuyết lượng tử là vướng víu. Khi hai hạt vướng vào nhau, chúng tồn tại ở cùng một trạng thái lượng tử và thay đổi trạng thái nếu người ta nhắc đồng đẳng của nó thay đổi tương ứng, bất kể hai hạt có cách xa nhau như thế nào trong không gian vật lý. Ghép nối các qubit theo cách này dẫn đến sự phát triển theo cấp số nhân trong sức mạnh tính toán của máy tính lượng tử.

Trạng thái chồng chất, cần thiết để thực hiện các phép tính, rất khó đạt được và cực kỳ khó duy trì. Các nhà vật lý sử dụng tia laze và tia vi ba để đặt qubit ở trạng thái hoạt động này và sau đó sử dụng một loạt các kỹ thuật để bảo tồn nó khỏi những dao động nhiệt độ, tiếng ồn và sóng điện từ dù là nhỏ nhất. Các máy tính lượng tử hiện nay rất dễ xảy ra lỗi do tình trạng hoạt động yếu ớt, điều này sẽ tiêu tan trong một quá trình được gọi là sự rời rạc trước khi hầu hết các hoạt động có thể được thực hiện.

Sức mạnh tính toán lượng tử được xác định bằng cách một máy có thể tận dụng đồng thời bao nhiêu qubit. Bắt đầu với hai qubit khiêm tốn đạt được trong các thí nghiệm đầu tiên vào cuối những năm 1990, máy tính lượng tử mạnh nhất hiện nay, do Google vận hành, có thể sử dụng tới 72 qubit.

Máy tính lượng tử và blockchain

Thừa nhận tất cả các thông thường đặt chỗ trước, ý tưởng về tính bất biến và bảo mật chưa từng có của blockchain được chấp nhận rộng rãi: Nó làm nền tảng cho sự tin tưởng của công chúng vào tài sản kỹ thuật số và thúc đẩy việc áp dụng hàng loạt. Tuy nhiên, sự ra đời của điện toán lượng tử có thể gây nguy hiểm cho tính toàn vẹn của mật mã khóa công khai, vốn là xương sống của bảo mật blockchain.

Mặc dù phạm vi ứng dụng tiềm năng của máy tính lượng tử là rất lớn, nhưng ứng dụng phù hợp nhất trong bối cảnh công nghệ blockchain và mật mã nói chung là khả năng chạy các thuật toán cụ thể nhanh hơn nhiều so với bất kỳ siêu máy tính nào hiện có. Một trong những trường hợp sử dụng giả định được thảo luận rộng rãi nhất là chạy Thuật toán rút gọn để phân rã yếu tố, điều này có thể khiến nhiều kỹ thuật mã hóa hiện đại trở nên lỗi thời.

Như một nhóm các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Lượng tử Nga đã quan sát thấy bài báo đối với tạp chí Nature, một rủi ro tiềm ẩn bắt nguồn từ thực tế là bảo mật blockchain chủ yếu dựa vào các hàm toán học một chiều – những hàm dễ chạy nhưng khó tính toán ngược lại hơn nhiều. Các chức năng như vậy được sử dụng để tạo chữ ký điện tử và xác thực các giao dịch trên sổ cái.

Một tên tội phạm được trang bị thiết bị lượng tử chức năng sẽ có thể thực hiện các phép tính ngược nhanh hơn rất nhiều, cho phép chúng giả mạo chữ ký, mạo danh người dùng khác và có quyền truy cập vào tài sản kỹ thuật số của chúng. Trong bối cảnh khai thác, một tác nhân độc hại như vậy có thể tiếp quản quá trình cập nhật sổ cái, thao túng lịch sử giao dịch và chi tiêu gấp đôi tiền.

Các nhà nghiên cứu Nga gợi ý rằng các kiến ​​trúc sư của các hệ thống mã hóa nên bắt đầu thực hiện các biện pháp phòng ngừa trước mối đe dọa này ngay lập tức. Một giải pháp có thể là thay thế chữ ký số thông thường bằng mật mã kháng lượng tử – loại thuật toán bảo mật được thiết kế đặc biệt để chống lại cuộc tấn công từ một máy tính lượng tử đủ mạnh. Một phương pháp khắc phục khác, các nhà vật lý người Nga đề xuất, sẽ chỉ khả dụng với sự ra đời của internet lượng tử, vẫn còn vài thập kỷ nữa. Kiến trúc truyền thông không dây tiềm năng này, dựa trên kết nối giữa các hạt lượng tử vướng víu từ xa, sẽ mở khóa vô số các mô hình và thiết kế blockchain mới.

Điều này phần nào phụ âm với ý tưởng uốn nắn mà Del Rajan và Matt Visser từ Đại học Victoria ở New Zealand đã thể hiện trong một bài nghiên cứu. Họ đã đề xuất từ ​​bỏ việc sử dụng mật mã lượng tử và chuyển thẳng sang việc biến blockchain trở thành một hệ thống dựa trên lượng tử. Mô hình của họ mô tả một blockchain dựa trên các qubit không chỉ vướng vào không gian mà còn cả thời gian. Nỗ lực thay đổi hồi cứu hồ sơ của các giao dịch, được mã hóa bởi lịch sử trạng thái của một hạt đơn lẻ theo thời gian, sẽ không thể thực hiện được nếu không phá hủy hoàn toàn hạt đó. Tuy nhiên, việc hiện thực hóa mô hình này sẽ không thể thực hiện được cho đến khi một mạng internet lượng tử hoạt động.

Các học viên cân

Trong khi các giải pháp tương lai mà các học giả đề xuất có thể còn nhiều thập kỷ nữa, rất nhiều nghiên cứu và phát triển thực hành trong tính toán lượng tử và mật mã lượng tử đang diễn ra ngay bây giờ. Các chuyên gia làm việc với các ứng dụng điện toán lượng tử được Cointelegraph khảo sát khác nhau trong quan điểm của họ về mối đe dọa lượng tử tức thời như thế nào. Yaniv Altshuler, một nhà nghiên cứu, CEO của MIT và đồng sáng lập nền tảng phân tích dự đoán Endor Protocol, cho biết:

“Máy tính lượng tử đang trở nên cực kỳ mạnh mẽ, và chúng tiến nhanh hơn hầu hết mọi người mong đợi. Tuy nhiên, khả năng của chúng sẽ không phá vỡ blockchain. Mỗi năm, khi phần cứng mới được phát hành, nó làm dấy lên những lo ngại về tính toàn vẹn của blockchain, nhưng không có bằng chứng nào cho thấy điện toán lượng tử có thể làm tổn hại đến blockchain ”.

Stewart Allen, giám đốc điều hành của công ty điện toán lượng tử IonQ, tin rằng, vào thời điểm máy tính lượng tử phát triển để trở nên đủ mạnh để thực hiện tính toàn vẹn của các chuỗi khối ngày nay, các hệ thống bảo mật sẽ chuyển sang các thuật toán có khả năng chứa chúng:

“Không có mối đe dọa thực sự nào về việc máy tính lượng tử phá vỡ mật mã blockchain trong ngắn hạn. Nếu và khi điều này xảy ra, mật mã sẽ chuyển sang các thuật toán bằng chứng lượng tử hơn. Chúng ta phải mất ít nhất một thập kỷ nữa để máy tính lượng tử có thể phá vỡ mật mã blockchain ”.

Tuy nhiên, những người khác không hoàn toàn chia sẻ quan điểm lạc quan này.

Giám đốc điều hành của ILCoin, Norbert Goffa, bày tỏ lo ngại về sự xuất hiện tiềm năng của các nhóm khai thác sử dụng năng lượng tử:

“Nếu ai đó có nhóm khai thác dựa trên lượng tử, thì rất dễ dàng để thống trị những người khác. […] Ngày nay chúng ta không có bất kỳ máy khai thác dựa trên lượng tử nào. Mặt khác, rất nhiều công ty đã và đang làm việc trên công nghệ điện toán dựa trên lượng tử. Chúng tôi tin rằng trong 5 năm tới điều đó có thể thành hiện thực. Có thể ít hơn, ai biết được? ”

Rakesh Ramachandran, Giám đốc điều hành và đồng sáng lập của QBRICS Inc, nhấn mạnh rằng điện toán lượng tử sẵn sàng có tác dụng trong hầu hết mọi lĩnh vực mà mật mã được sử dụng. Trong trường hợp của công nghệ blockchain, ông nói, chúng ta có thể mong đợi một sự thay đổi mang tính hệ thống:

“Máy tính lượng tử sẽ xác định lại mật mã của không chỉ blockchain mà ở bất kỳ nơi nào có ứng dụng mật mã bao gồm những thứ đơn giản như trang web ngân hàng trực tuyến. Có một nghiên cứu và công việc đáng kể đang được thực hiện để giảm thiểu các tác động và chuyển sang mật mã kháng lượng tử hoặc mật mã hậu lượng tử.

“Tuy nhiên, thách thức của blockchain không chỉ là về mối đe dọa mà điện toán lượng tử đại diện mà còn là phạm vi về cách blockchain sẽ chuyển sang phiên bản mới của mật mã.”

Tất cả các chuyên gia đều đưa ra những ước tính giống nhau một cách đáng ngạc nhiên về lượng thời gian mà chúng ta có trước khi máy tính lượng tử có thể gây ra mối đe dọa đối với tính toàn vẹn của blockchain, thay đổi trong phạm vi từ 5 đến 10 năm. Họ cũng khá nhất quán trong công thức đối phó với các cuộc tấn công dựa trên lượng tử tiềm năng: Hầu hết đều đồng ý rằng việc chuyển dần sang mật mã kháng lượng tử sẽ là cần thiết, cũng như xây dựng cơ sở hạ tầng hỗ trợ nó. Các blockchain sẽ phải phát triển, nhưng không chắc rằng công nghệ điện toán lượng tử sẽ đe dọa cơ bản đến sự tồn tại của chúng.