Tính toán lượng tử những tiến bộ mới và ảnh hưởng tiềm năng đến Blockchain

Công ty Google mới đây đã ra mắt chip tính toán lượng tử thế hệ mới Willow, công nghệ đổi mới này là một bước đột phá lớn tiếp theo kể từ khi đạt được "quyền lực lượng tử" lần đầu tiên vào năm 2019. Willow có 105 qubit, đã đạt được hiệu suất tốt nhất trong cùng loại trong hai bài kiểm tra chuẩn là sửa lỗi lượng tử và lấy mẫu mạch ngẫu nhiên.

Trong bài kiểm tra chuẩn mẫu mạch ngẫu nhiên, chip Willow đã hoàn thành nhiệm vụ tính toán mà siêu máy tính nhanh nhất hiện nay cần 10^25 năm để hoàn thành chỉ trong 5 phút, con số này thậm chí vượt quá tuổi thọ của vũ trụ đã biết. Willow có khả năng giảm tỷ lệ lỗi một cách theo cấp số nhân và hạ xuống dưới một ngưỡng nào đó, đây là điều kiện quan trọng để thực hiện hóa tính toán lượng tử.

Cải tiến công nghệ này không chỉ thúc đẩy sự phát triển của Tính toán lượng tử, mà còn tạo ra tác động sâu rộng đến nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực Blockchain và tiền điện tử. Ví dụ, thuật toán chữ ký số đường elip (ECDSA) và hàm băm SHA-256 được sử dụng rộng rãi trong giao dịch của các loại tiền điện tử như Bitcoin. Nghiên cứu cho thấy, các thuật toán lượng tử có thể phá vỡ các nền tảng mật mã này, mặc dù số lượng qubit cần thiết hiện tại vẫn còn rất lớn.

Trong giao dịch Bitcoin, có hai loại địa chỉ ví: một loại sử dụng trực tiếp khóa công khai ECDSA của người nhận, loại còn lại sử dụng giá trị băm của khóa công khai. Do tất cả các giao dịch Bitcoin đều công khai, điều này có nghĩa là kẻ tấn công có khả năng lấy được thông tin khóa công khai của người dùng. Một khi có đủ sức mạnh từ một máy tính lượng tử, kẻ tấn công có thể suy ra khóa riêng trong thời gian ngắn, từ đó kiểm soát Bitcoin tương ứng.

Mặc dù máy tính lượng tử hiện tại vẫn chưa thể gây ra mối đe dọa trực tiếp đối với các thuật toán mật mã đang được sử dụng trong thực tế, nhưng sự tiến bộ nhanh chóng của công nghệ này đã đặt ra những thách thức mới cho hệ thống an ninh của tiền điện tử. Cách bảo vệ an toàn cho tiền điện tử trước tác động của tính toán lượng tử sẽ trở thành tâm điểm chú ý chung của giới công nghệ và tài chính.

Để đối phó với thách thức này, công nghệ mã hóa hậu lượng tử (PQC) đã ra đời. PQC là một loại thuật toán mã hóa mới có khả năng chống lại các cuộc tấn công từ tính toán lượng tử. Việc di chuyển blockchain lên mức kháng lượng tử không chỉ là khám phá công nghệ tiên tiến, mà còn để đảm bảo an toàn lâu dài và vững chắc cho blockchain trong tương lai.

Một số tổ chức nghiên cứu đã đạt được tiến bộ trong lĩnh vực này, hoàn thành việc xây dựng khả năng mã hóa hậu lượng tử cho toàn bộ quy trình Blockchain, và phát triển thư viện mã hóa hỗ trợ nhiều thuật toán mã hóa hậu lượng tử theo tiêu chuẩn NIST. Đồng thời, để giải quyết vấn đề mở rộng lưu trữ chữ ký hậu lượng tử, thông qua việc tối ưu hóa quy trình đồng thuận và giảm độ trễ đọc bộ nhớ, hiệu suất của Blockchain chống lượng tử có thể đạt khoảng 50% so với chuỗi gốc.

Ngoài ra, cũng đã có những bước đột phá trong việc di chuyển sau lượng tử của các thuật toán mã hóa đa chức năng. Các nhà nghiên cứu đã phát triển một giao thức quản lý khóa phân tán cho thuật toán chữ ký sau lượng tử Dilithium theo tiêu chuẩn của NIST, đây là giao thức chữ ký ngưỡng phân tán hiệu quả đầu tiên trong ngành, với hiệu suất được cải thiện đáng kể so với các giải pháp hiện có.

Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ Tính toán lượng tử, ngành công nghiệp blockchain và tiền điện tử cần phải chuẩn bị trước, tích cực phát triển và triển khai công nghệ chống lượng tử, để đảm bảo sự an toàn và độ tin cậy trong tương lai. Điều này không chỉ liên quan đến sự an toàn của tài sản cá nhân, mà còn liên quan đến sự ổn định của toàn bộ hệ sinh thái kinh tế số.