Tính toán lượng tử mới đột phá: Chip Willow của Google có tiềm năng ảnh hưởng đến an ninh Blockchain

Vào ngày 10 tháng 12, công ty Google đã công bố ra mắt chip tính toán lượng tử mới nhất của họ, Willow. Đây là một bước đột phá lớn khác kể từ khi Google ra mắt chip lượng tử Sycamore vào năm 2019, lần đầu tiên đạt được "quyền lực lượng tử". Thành tựu này đã được xuất bản khẩn cấp trên Nature và đã thu hút sự chú ý rộng rãi trên mạng xã hội.

Chip mới Willow sở hữu 105 qubit, 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 lấy 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 còn vượt quá tuổi thọ của vũ trụ đã biết.

Một bước đột phá quan trọng của Willow là giảm tỷ lệ lỗi một cách theo cấp số nhân và đưa nó xuống dưới một ngưỡng nhất định. Đây thường là điều kiện tiên quyết quan trọng để tính toán lượng tử trở nên khả thi trong thực tế. Trưởng nhóm phát triển cho biết, Willow là hệ thống đầu tiên dưới ngưỡng, là nguyên mẫu qubit logic lượng tử có thể mở rộng thuyết phục nhất cho đến nay, cho thấy rằng máy tính lượng tử có tính thực tiễn quy mô lớn là khả thi.

Đạt được thành tựu này đã có ảnh hưởng sâu rộng đến lĩnh vực Blockchain và tiền điện tử. Mặc dù 105 qubit của chip Willow vẫn chưa đủ để phá vỡ các thuật toán mã hóa mà tiền điện tử như Bitcoin sử dụng, nhưng nó báo hiệu khả năng xây dựng máy tính lượng tử thực dụng quy mô lớn ngày càng tăng.

Trong giao dịch Bitcoin, thuật toán chữ ký số Elliptic Curve (ECDSA) và hàm băm SHA-256 được sử dụng rộng rãi. Nghiên cứu cho thấy, thuật toán lượng tử Shor chỉ cần triệu qubit để hoàn toàn giải mã ECDSA. Điều này có nghĩa là, một khi có đủ máy tính lượng tử mạnh mẽ, kẻ tấn công có thể trong thời gian ngắn suy ra khóa riêng từ khóa công khai, từ đó đe dọa đến sự an toàn của tiền điện tử.

Mặc dù máy tính lượng tử hiện tại vẫn chưa thể gây ra mối đe dọa thực sự cho các thuật toán như RSA và ECDSA, nhưng sự xuất hiện của chip Willow chắc chắn đã gióng lên hồi chuông cảnh báo cho hệ thống an ninh tiền điện tử. Cách bảo vệ an toàn cho tiền điện tử dưới tác động của tính toán lượng tử sẽ trở thành điểm nhấn được cả giới công nghệ và tài chính cùng quan tâm.

Để đối phó với thách thức này, mã hóa hậu lượng tử (PQC) đã trở thành một hướng nghiên cứu quan trọng. PQC là một loại thuật toán mã hóa mới có khả năng chống lại các cuộc tấn công của tính toán lượng tử. Việc chuyển đổi blockchain sang mức kháng lượng tử không chỉ là một cuộc khám phá công nghệ tiên tiến, mà còn nhằm đảm bảo tính an toàn lâu dài và ổn định của blockchain trong tương lai.

Một số nhóm nghiên cứu đã đạt được tiến bộ trong công nghệ blockchain kháng lượng tử. Ví dụ, có nhóm đã hoàn thành việc xây dựng khả năng mã hóa sau lượng tử cho toàn bộ quy trình blockchain, và cải tiến thư viện mã hóa hỗ trợ nhiều thuật toán mã hóa sau lượng tử theo tiêu chuẩn NIST dựa trên OpenSSL. Đồng thời, nhằm giải quyết vấn đề lưu trữ mở rộng của chữ ký sau lượng tử so với ECDSA, thông qua việc tối ưu hóa quy trình đồng thuận và giảm độ trễ đọc bộ nhớ, đã làm cho TPS của blockchain kháng lượng tử có thể đạt khoảng 50% so với chuỗi gốc.

Ngoài ra, cũng đã có những bước đột phá trong việc chuyển đổi sang các thuật toán mật mã hậu lượng tử với nhiều chức năng. Một nhóm đã tham gia phát triển một giao thức quản lý khóa phân tán cho thuật toán chữ ký hậu lượng tử Dilithium theo tiêu chuẩn NIST, đây là giao thức chữ ký ngưỡng phân tán hậu lượng tử đầu tiên hiệu quả trong ngành, với hiệu suất cải thiện hơn 10 lần so với các giải pháp hiện tại.

Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ tính toán lượng tử, ngành công nghiệp blockchain và tiền điện tử cần chuẩn bị trước, tích cực phát triển và triển khai công nghệ chống lại lượng tử để đảm bảo an toàn và ổn định trong tương lai. Điều này không chỉ liên quan đến sự an toàn của tài sản kỹ thuật số, mà còn ảnh hưởng đến hướng phát triển của toàn bộ hệ sinh thái blockchain.