Máy tính lượng tử có thể phá vỡ Bitcoin sớm hơn nhiều so với dự đoán, theo nghiên cứu của Caltech

Một nhóm nhà nghiên cứu đến từ Caltech và startup Oratomic vừa chứng minh rằng máy tính lượng tử có khả năng chạy thuật toán Shor — thuật toán có thể phá giải cơ chế mã hóa hiện đại — thực chất chỉ cần khoảng 10,000 qubit. Trước đây, con số này được ước tính phải từ 1 triệu qubit trở lên. Kết quả này, được công bố vào ngày 31/03/2024, đã rút ngắn đáng kể khoảng thời gian mà máy tính lượng tử có thể đe dọa hệ thống mã hóa của blockchain.

Phát hiện này đã làm sụp đổ lập luận chính rằng, mối đe dọa lượng tử đối với Bitcoin vẫn còn cách chúng ta hàng chục năm nữa.

Hàng rào phòng thủ không còn hiệu quả

Trước đây, những người còn nghi ngờ về lượng tử thường dựa vào phép tính đơn giản này: để phá mã hóa đường cong elliptic của Bitcoin, cần khoảng 2,100 qubit logic. Mỗi qubit logic lại cần đến 10,000 qubit vật lý để sửa lỗi. Như vậy, tổng thiết bị phần cứng phải lên tới khoảng 21 triệu qubit vật lý. Trong khi đó, những máy tính lượng tử tốt nhất hiện nay mới chỉ có khoảng 6,000 qubit và hoạt động vẫn còn khá nhiễu, khiến những người như Ben Sigman — một doanh nhân trong lĩnh vực Bitcoin — từng cho rằng mối đe dọa thực sự phải 30-50 năm nữa mới xảy ra.

Tuy nhiên, kiến trúc sửa lỗi mới của nhóm Caltech đã thay đổi hoàn toàn phép tính này. Họ tận dụng khả năng đặc biệt của nguyên tử trung hòa về việc di chuyển trong mạng lưới qubit nhờ công nghệ “optical tweezers” bằng laser. Điều này giúp tạo ra liên kết lượng tử ở phạm vi xa và mã sửa lỗi với tốc độ cao. Nhờ vậy, tỷ lệ giữa qubit vật lý và qubit logic được giảm mạnh từ khoảng 1,000:1 xuống chỉ còn khoảng 5:1.

Nếu áp dụng tỷ lệ này lên con số 2,100 qubit logic, tổng số qubit vật lý cần thiết sẽ rơi vào khoảng 10,500. Đây là con số chỉ gấp chưa tới hai lần hệ thống 6,100 nguyên tử mà giáo sư Manuel Endres từ Caltech đã xây dựng thành công trong phòng thí nghiệm của mình.

John Preskill, Giáo sư Lý thuyết Vật lý tại Caltech, người đã làm việc về chủ đề độ bền lỗi lượng tử từ trước cả khi một số tác giả cùng nhóm ra đời, nhận xét rằng lĩnh vực này đang ngày càng tiến gần đến mục tiêu đề ra.

6.7 triệu BTC đã được xác định là mục tiêu

Vấn đề về thời điểm lại càng khiến phát hiện này khó bị xem nhẹ. Chỉ một ngày trước đó, vào ngày 30/03/2024, Google Quantum AI đã công bố một báo cáo kỹ thuật phân tích điểm yếu của Bitcoin trước tấn công lượng tử lần đầu tiên. Báo cáo xác định có khoảng 6.7 triệu BTC đang lưu giữ trong các ví dễ bị tấn công khi “nghỉ” (at-rest attacks). Phổ biến nhất là các địa chỉ Pay-to-Public-Key thời kỳ khai thác đầu của Bitcoin, nơi khóa công khai luôn bị lộ trên blockchain.

Một máy tính lượng tử chạy thuật toán Shor có thể lấy được private key từ các public key bị lộ này và lấy hết tiền trong đó. Chỉ riêng loại script P2PK đã chứa gần 1.7 triệu BTC, phần lớn trong các ví không hoạt động, trong đó có rất nhiều token được cho là thuộc về Satoshi Nakamoto. Theo phân tích của Deloitte, các địa chỉ này không thể nâng cấp hoặc di chuyển sang chuẩn mã hóa lượng tử mới.

Điểm nghẽn là quản trị, không phải mã nguồn

CEO CryptoQuant, Ki Young Ju, cho rằng thách thức lớn nhất của việc nâng cấp Bitcoin trước mối đe dọa lượng tử không nằm ở yếu tố kỹ thuật. Vấn đề khó nhất là đạt được sự đồng thuận trong cộng đồng Bitcoin về việc sẽ xử lý số coin dễ bị tấn công ra sao — đặc biệt là vấn đề “đóng băng” khoảng 1 triệu BTC được cho là thuộc về Satoshi. Điều này có thể khó khăn hơn rất nhiều so với viết mã mới.

Tranh luận về kích thước block của Bitcoin trước đây đã kéo dài hơn ba năm và dẫn đến việc chia tách blockchain. Nếu muốn đề xuất đóng băng các đồng coin không hoạt động, tin chắc sẽ vấp phải sự phản đối tương tự, thậm chí lớn hơn. Ju cũng cảnh báo rằng rất có thể cộng đồng không bao giờ đạt được sự đồng thuận, dẫn đến khả năng Bitcoin phân tách thành nhiều phiên bản khi máy tính lượng tử phát triển mạnh hơn.

Bài báo của nhóm Caltech không giải quyết được vấn đề quản trị này. Tuy nhiên, nó đã đánh tan ý nghĩ rằng cộng đồng còn hàng chục năm để tìm ra giải pháp. Các nhà nghiên cứu đã thành lập công ty Oratomic để thương mại hóa kiến trúc này, với mục tiêu xây dựng máy tính lượng tử thật sự có khả năng ứng dụng thực tế trước khi thập kỷ này khép lại.