fit@ntt.edu.vn
028 71080889
Những ngày gần đây, thông tin bắt đầu nóng lên khi tập đoàn Alphabet (thường được gọi là Alphabet, hoặc gọi một cách không chính thức là Google) quyết định tiến hành tích hợp công nghệ mã hóa mới vào trình duyệt Google Chrome, bước đầu tiến hành chuẩn bị cho ngày “tận thế lượng tử”. Vậy ngày “tận thế lượng tử” là gì mà phải khiến cho những tập đoàn lớn như Alphabet, IBM, Microsoft … phải chuẩn bị ráo riết như vậy?
- “Tận thế lượng tử” là gì?
“Tận thế lượng tử” – The Quantum Apocalypse, là một khái niệm mà tại một thời điểm khi máy tính lượng tử trở nên mạnh mẽ đến mức chúng có thể phá vỡ mọi mã hóa thông tin hiện tại. Điều này có khả năng gây nguy hiểm cho chính phủ, truyền thông, ngân hàng, giao thông, năng lượng và các hệ thống quan trọng sử dụng mã hóa để lưu trữ và bảo vệ dữ liệu.
Trong nhiều năm, các chuyên gia đã cảnh báo, sự phát triển của máy tính lượng tử có thể làm suy yếu công nghệ mã hóa hiện đang bảo mật mọi thứ từ tin nhắn đến thông tin ngân hàng của chúng ta.
Khả năng giải quyết vấn đề nhanh gọn của điện toán lượng tử có thể khiến các hệ thống tính toán hiện tại trở nên lỗi thời. Đây có thể là một điểm tích cực đối với các ứng dụng, nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực, song chúng có thể là thảm họa đối với công nghệ bảo mật.
Trong khi máy tính truyền thống dựa vào các bit nhị phân – bật hoặc tắt, ký hiệu 1 và 0 để xử lý thông tin, máy tính lượng tử sử dụng cái gọi là qubit làm nền tảng. Chúng là các hạt hạ nguyên tử nhỏ có thể tồn tại đồng thời ở cả hai trạng thái, giống như một đồng xu quay giữa không trung. Bước nhảy vọt từ xử lý kép sang xử lý đa biến giúp tăng sức mạnh tính toán theo cấp số nhân. Từ đó, những vấn đề phức tạp, mà siêu máy tính mạnh nhất phải mất vài năm để giải quyết, sẽ được máy tính lượng tử hoàn thành trong vài giây.
Phần lớn công nghệ bảo mật hiện tại đều phụ thuộc vào các thuật toán đủ khó để máy tính của chúng ta không thể xử lý được trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, các máy tính lượng tử trong tương lai có thể giải quyết những vấn đề đó trong vài giây và đột nhập vào bất kỳ hệ thống dữ liệu nào. Đó là điều mà các nhà nghiên cứu gọi là “ngày tận thế bởi lượng tử”.
Hiện tất cả hệ thống an ninh mạng, từ tin nhắn mạng xã hội, chuyển khoản ngân hàng đến chữ ký số đều dựa trên RSA – thuật toán mã hóa bất đối xứng được sử dụng để truyền dữ liệu một cách an toàn. Với RSA, máy tính thông thường có thể cần tới hàng tỉ năm để bẻ khóa, nhưng máy tính lượng tử có thể chỉ vài giờ.
Theo các chuyên gia an ninh mạng, các máy tính ngày nay sẽ cần khoảng 300 nghìn tỷ năm để bẻ khóa các thông tin liên lạc được bảo vệ bằng thuật toán mã hóa RSA sử dụng khóa kỹ thuật số 2.048 bit. Tuy nhiên, một máy tính lượng tử với sức mạnh tính toán 4.099 qubit (một đơn vị thông tin lượng tử cơ bản) có thể “đoán” khóa một cách hiệu quả chỉ với 10 giây.
- Tốc độ phát triển của máy tính lượng tử.
Hiện tại, máy tính lượng tử vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, nhưng sự đầu tư nghiêm túc về nhân lực cũng như tài chính của các công ty cho lĩnh vực nghiên cứu máy tính lượng tử, cho thấy lĩnh vực này sẽ phát triển theo cấp số nhân trong vài năm tới. Theo nghiên cứu của Diễn đàn Kinh tế Thế giới cho thấy vào năm 2022, đầu tư vào các sáng kiến lượng tử đạt 35,5 tỷ USD trên nhiều châu lục.
Theo thống kê từ Statista (một trong những công ty nghiên cứu thị trường lớn nhất thế giới), quy mô thị trường điện toán lượng tử dự kiến sẽ tăng trưởng đáng kể khi công nghệ này phát triển trong thập kỷ hiện tại. Thị trường điện toán lượng tử toàn cầu có thể đạt doanh thu 9 tỷ USD vào năm 2030, so với 260 triệu USD vào năm 2020. Tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm của thị trường này có thể đạt hơn 40% từ năm 2020 đến năm 2030, với sự phát triển mạnh mẽ sau năm 2025.
Hiện tại có rất nhiều công ty của nhiều quốc gia đang chạy đua phát triển máy tính lượng tử và gần đây ngày càng có nhiều công bố về lĩnh vực này, cho thấy một cú hích lớn trong lĩnh vực phát triển máy tính lượng tử.
Như Google đã lên kế hoạch xây dựng được một máy tính lượng tử vào năm 2029 với 1.000 qubit. Còn IBM, năm 2022, đã cho ra mắt máy tính lượng tử Osprey của mình, với 433 qubit và họ cũng đưa ra lộ trình phát triển máy tính lượng tử Condor, với sức mạnh tính toán đạt 1.121 qubit, trong thời gian tới.
III. Nguy cơ ở hiện tại và tương lai
Tuy máy tính lượng tử hiện vẫn còn ở dạng sơ khai nhưng với tốc độ phát triển không ngừng như hiện nay, thì thời điểm ngày “tận thế lượng tử” chỉ còn là vần đề về thời gian. Một số chuyên gia còn dự đoán điều này có thể xảy ra trong vòng 8 đến 20 năm tới
Tuy nhiên, không phải như thế thì ở thời điểm hiện tại chúng ta vẫn sẽ được an toàn, vì dữ liệu được mã hóa ngày nay có thể bị thu thập ngay từ bây giờ và sẽ được tiến hành bẻ khóa sau này. Tin tặc hoặc các quốc gia có thể tiến hành các chiến dịch nhằm thu thập các dữ liệu quan trọng thuộc loại bí mật, được bảo vệ bằng các thuật toán mã hóa hiện tại, sau đó chờ khi máy tính lượng tử phát triển đủ sức mạnh tính toán cần thiết sẽ tiến hành giải mã để tiếp cận các bí mật đó.
Theo đánh giá của Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ (National Institute of Standards and Technology – NIST): Khi những kẻ xấu trên môi trường mạng, có quyền tiếp cận sức mạnh của điện toán lượng tử, thì các hệ thống mật mã hiện tại dựa trên khóa chung sẽ không còn là thử thách nữa. Chúng ta sẽ không thể làm gì để bảo vệ tính bảo mật của tài liệu được mã hóa bằng các thuật toán mã hóa hiện tại một khi nó rơi vào tai kẻ xấu”.
ThS. Trần Châu Thanh Thiện – Bộ môn Trí tuệ nhân tạo
