Nghiên cứu mới về mật mã Bitcoin và điện toán lượng tử
Nghiên cứu mới từ công ty điện toán lượng tử Alice & Bob cho thấy việc phá vỡ mật mã bảo vệ mạng Bitcoin có thể yêu cầu ít tài nguyên điện toán lượng tử hơn nhiều so với những gì đã được tin tưởng trước đây. Điều này làm tăng tính cấp bách trong nỗ lực chuẩn bị cho tiền điện tử trong tương lai sau thời đại lượng tử.
Ước tính tài nguyên điện toán lượng tử
Công ty có trụ sở tại Paris và Boston đã công bố vào thứ Năm rằng các nhà nghiên cứu của họ ước tính một máy tính lượng tử chịu lỗi được trang bị khoảng 29,588 qubit vật lý có thể giải quyết một bài toán mật mã elliptic-curve 256-bit chỉ trong 61,8 phút. Bài toán này là nền tảng cho các chữ ký số được sử dụng để ủy quyền cho các giao dịch Bitcoin. Các phát hiện, được chi tiết trong một bài báo nghiên cứu mới, cũng cho thấy rằng 22,593 qubit vật lý có thể phá mã hóa RSA-2048 trong khoảng 3,14 ngày, một sự giảm đáng kể so với các ước tính trước đó.
Vào năm 2019, các nhà nghiên cứu dự đoán rằng việc phân tích RSA-2048 sẽ yêu cầu khoảng 20 triệu qubit vật lý, trong khi một ước tính sửa đổi từ Google Quantum AI vào năm ngoái đã đưa con số đó xuống dưới một triệu.
Công nghệ và phương pháp nghiên cứu
Alice & Bob cho biết các phép tính mới nhất của họ đại diện cho một tiêu chuẩn mới trong việc tối thiểu hóa sự kết hợp giữa yêu cầu phần cứng lượng tử và thời gian xử lý. Nghiên cứu dựa trên một công nghệ siêu dẫn chuyên biệt được gọi là cat qubits, được thiết kế để giảm thiểu một số lỗi lượng tử ở cấp độ phần cứng. Các nhà nghiên cứu đã kết hợp phương pháp này với các mã sửa lỗi hiệu quả hơn và cải tiến các phép toán toán học cần thiết cho thuật toán Shor, phương pháp điện toán lượng tử có khả năng đánh bại mật mã khóa công khai được sử dụng rộng rãi.
Thách thức và rủi ro đối với Bitcoin
Công ty nhấn mạnh rằng các phát hiện của họ chỉ là ước tính tài nguyên lý thuyết chứ không phải là bằng chứng cho thấy các máy tính lượng tử hiện có có thể phá khóa Bitcoin. Việc xây dựng các máy có khả năng thực hiện những phép tính này một cách đáng tin cậy vẫn là một thách thức kỹ thuật lớn. Đối với Bitcoin, các hệ quả tập trung vào hệ thống chữ ký số elliptic-curve của nó, cho phép người dùng chứng minh quyền sở hữu quỹ.
Một máy tính lượng tử đủ mạnh có thể tính toán các khóa riêng từ các khóa công khai đã bị lộ, cho phép kẻ tấn công tạo ra các chữ ký không được ủy quyền và đánh cắp tiền điện tử.
Thời gian tấn công và mối đe dọa tiềm tàng
Cuộc tấn công ước tính một giờ của Alice & Bob vẫn sẽ vượt quá khoảng thời gian trung bình 10 phút của Bitcoin, giới hạn tính thực tiễn ngay lập tức của việc tấn công các giao dịch thông thường trong khi chúng chờ xác nhận. Tuy nhiên, các đồng tiền liên quan đến các khóa công khai đã bị lộ có thể phải đối mặt với một mối đe dọa nghiêm trọng hơn, vì kẻ tấn công không nhất thiết phải hoàn thành phép tính trước khi khối tiếp theo được tạo ra.
Phát triển công nghệ lượng tử
Thông báo này theo sau một loạt các phát triển gần đây cho thấy các rào cản kỹ thuật đối với các cuộc tấn công lượng tử đang dần giảm bớt. Như Bitcoin.com News đã báo cáo vào đầu tháng này, Google Quantum AI đã chứng minh một kỹ thuật giảm lỗi gọi là magic state cultivation, đạt được sự cải thiện gấp 40 lần trong độ tin cậy của các trạng thái lượng tử chuyên biệt cần thiết cho các phép tính phức tạp.
Nghiên cứu riêng của Google được công bố vào tháng Ba cho thấy một máy lượng tử tiên tiến có thể lý thuyết làm tổn hại đến các chữ ký elliptic-curve của Bitcoin bằng cách sử dụng ít hơn 500,000 qubit vật lý, với một cấu hình đề xuất hoàn thành một cuộc tấn công trong khoảng chín phút.
Triển vọng tương lai và khuyến nghị
Công ty điện toán lượng tử Quantinuum đã công bố vào ngày 19 tháng 10 rằng hệ thống Helios của họ đã đạt được độ trung thực logic 99.9995%, tương đương với khoảng năm lỗi trên một triệu phép toán. Công ty mô tả thành tựu này là hỗ trợ cho tham vọng của họ trong việc cung cấp một máy tính lượng tử chịu lỗi hữu ích thương mại vào năm 2029.
Các phép tính của Alice & Bob đại diện cho một loại tiến bộ khác, cho thấy cách lựa chọn kiến trúc và cải tiến trong các thuật toán có thể giảm đáng kể thiết bị cần thiết để tấn công các hệ thống mật mã hiện có. “Các ước tính về tài nguyên cần thiết để chạy thuật toán đã liên tục giảm khi lĩnh vực này phát triển các phương pháp tốt hơn để sửa lỗi và thiết kế thuật toán,” CEO của Alice & Bob, Théau Peronnin, cho biết trong một tuyên bố.
Công ty kỳ vọng rằng việc cải thiện phần cứng lượng tử và giảm yêu cầu tính toán có thể hội tụ vào đầu những năm 2030, mặc dù điều đó vẫn là một dự đoán chứ không phải là một thời gian biểu đã được thiết lập. Các phát hiện này tạo áp lực lên các nhà phát triển Bitcoin để điều tra các hệ thống chữ ký chống lượng tử trước khi những máy như vậy trở nên khả dụng.
Các ước tính trước đó cho thấy khoảng 6.9 triệu BTC có thể phải đối mặt với nguy cơ tiềm ẩn vì các khóa công khai tương ứng đã được tiết lộ.
Việc thay thế công nghệ chữ ký hiện tại của Bitcoin sẽ gây ra những phức tạp đáng kể, bao gồm yêu cầu dữ liệu giao dịch lớn hơn, vấn đề tương thích với các ví hiện có và câu hỏi khó khăn về cách bảo vệ các đồng tiền được giữ trong các địa chỉ không hoạt động hoặc không thể truy cập. Alice & Bob đã kêu gọi các tổ chức bắt đầu áp dụng các biện pháp bảo vệ mật mã sau lượng tử thay vì chờ đợi một cuộc tấn công lượng tử hoạt động.
Đối với Bitcoin, nơi mà các thay đổi yêu cầu xem xét kỹ thuật rộng rãi và phối hợp mạng lưới, các ước tính thu hẹp có thể làm cho việc chuẩn bị trở nên ngày càng quan trọng, ngay cả khi sự xuất hiện thực tế của một máy tính lượng tử có khả năng mật mã vẫn chưa chắc chắn.
