Tại sao Bitcoin không phải đối mặt với mối đe dọa lượng tử trong ngắn hạn

Kể từ khi Bitcoin ra đời, nhiều chiến dịch FUD (sợ hãi, bất định và nghi ngờ) đã cố gắng báo hiệu sự kết thúc của nó. Tuy nhiên, loại tiền mã hóa này đã trở thành một tài sản trị giá hàng nghìn tỷ đô la và bắt đầu khẳng định vai trò trong hệ thống tiền tệ toàn cầu. Gần đây, một phiên bản mới của FUD đó đã nổi lên: ý tưởng rằng một máy tính lượng tử có liên quan đến mật mã (CRQC) có thể suy ra khóa riêng từ khóa công khai và ký các giao dịch để chuyển tiền của người khác. Liệu đó có phải là rào cản thực tế đối với sự mở rộng của Bitcoin? Nói một cách đơn giản, không. Không có bằng chứng nào cho thấy một CRQC sẽ xuất hiện trong mười năm tới, và không rõ liệu có bao giờ một cỗ máy như vậy được chế tạo hay không. Mối lo ngại về lượng tử vẫn chỉ là FUD.

Trình độ hiện tại

Tính đến nay, chưa có một máy tính lượng tử nào thực hiện được phép tính vượt quá khả năng của một đứa trẻ sáu tuổi thông minh — điều này đã được xác nhận qua thí nghiệm. Máy tính lượng tử là những kỳ quan kỹ thuật thể hiện tiềm năng gần như khoa học viễn tưởng của công nghệ hiện tại. Chúng dựa vào các kỹ thuật như nhíp quang học, làm lạnh bằng laser, qubit từ thông siêu dẫn, bẫy điện từ, tủ lạnh pha loãng và nhiều kỹ thuật khác. Bên trong máy, các qubit riêng lẻ bị buộc vào các trạng thái hạ nguyên tử cụ thể (tùy thuộc vào công nghệ), vướng víu thành các chồng chất, bị thao túng để thực hiện tính toán, và sau đó các thuộc tính hạ nguyên tử của chúng được đọc ra và giải thích. Điều đáng chú ý là những thiết bị này tồn tại và có thể được điều khiển để tạo ra các tính toán hữu ích trên một số lượng nhỏ đầu vào. Mặt trái đáng suy ngẫm là, đối với một công nghệ ứng cử viên, việc chạy một phép tính mà một đứa trẻ nhỏ có thể làm được đòi hỏi đủ điện để làm mát một trường trung học ở Texas, nhiều giờ chuẩn bị và thêm nhiều giờ xử lý hậu kỳ.

Nhìn vào tương lai

Có thể bạn đang nghĩ, 'nhưng có quá nhiều tiền đổ vào điện toán lượng tử'. Liệu đầu tư vào một lĩnh vực có thực sự tương quan với tốc độ tiến bộ của công nghệ trong thế giới thực? Không hẳn. Thậm chí có thể lập luận rằng trước khi công nghệ nền tảng phù hợp tồn tại và chứng minh được sự phù hợp giữa sản phẩm và thị trường, việc đổ tiền vào một lĩnh vực có tương quan nghịch với cơ hội phát triển công nghệ ứng dụng. Điều này thể hiện rõ khi so sánh chương trình Tàu con thoi của NASA với Falcon 9 của SpaceX. SpaceX đã tận dụng phần lớn khoa học đã biết và biến nó thành một hệ thống thực tế để đáp ứng nhu cầu thị trường rõ ràng về khả năng tiếp cận không gian đáng tin cậy, rẻ hơn, chi tiêu dưới 5 tỷ đô la để đạt được chuyến bay có người lái đầu tiên. Tàu con thoi đã tiêu tốn khoảng 50 tỷ đô la cho lần phóng có người lái đầu tiên. Falcon 9 không chỉ rẻ hơn một bậc về chi phí phát triển mà còn có thành tích an toàn phi hành đoàn hoàn hảo cho đến nay. Nhiều yếu tố giải thích sự khác biệt, nhưng điều đó cho thấy không có số tiền nào có thể làm cho một công nghệ chưa sẵn sàng trở nên thiết thực. Áp dụng điều đó vào điện toán lượng tử: rất nhiều tiền đang được ném vào vấn đề, cho phép các cuộc trình diễn công nghệ tốn kém. Nhưng điều đó cho chúng ta biết không có gì về việc liệu nhiều tiền hơn có mang lại chén thánh của các qubit ổn định, ít lỗi (giống như độ tin cậy của Falcon 9) hay không. Không có khối lượng công việc liên tục nào trên Tàu con thoi sẽ bao giờ tạo ra chi phí thấp và độ tin cậy cao của Falcon 9, và hoàn toàn có khả năng rằng không có khối lượng công việc liên tục nào, ở bất kỳ chi phí nào, sẽ làm cho bất kỳ công nghệ lượng tử hiện tại nào đủ tin cậy để phá vỡ một cặp khóa duy nhất.

Có thể bạn đang nghĩ, 'nhưng còn tất cả những tiến bộ gần đây thì sao?' Hai điều quan trọng cần lưu ý về những đột phá được công bố gần đây. Thứ nhất, nhiều trong số đó chỉ là tiến bộ trong toán học thuần túy. Lấy ví dụ bài báo gần đây của Google có ý nghĩa đến mức các tác giả đã biên tập lại mạch lượng tử lý thuyết vì lo ngại nó có thể phá vỡ các hệ thống mật mã quan trọng. Điều đó có thể trông giống như tiến bộ lớn hướng tới CRQC, nhưng thực tế nó không thay đổi gì. Trừ khi hoặc cho đến khi phần cứng lượng tử đạt đến khoảnh khắc Falcon 9 của nó, không có thiết bị nào tồn tại với độ ổn định và quy mô để chạy mạch đã được biên tập đó. Đó chỉ là sự kịch nghệ thuần túy để che giấu một mạch nhằm vào một cỗ máy có thể không bao giờ tồn tại. Thứ hai, về mặt phần cứng, nhiều kết quả mới và tiến bộ gia tăng được công bố mỗi năm, nhưng bao nhiêu trong số đó liên quan đến cùng một công nghệ lượng tử ứng cử viên? Bao nhiêu chỉ đơn giản là khởi động lại sau khi một kết quả trước đó dẫn đến ngõ cụt? Sự thật là những tiến bộ này không đại diện cho một con đường tuyến tính dẫn đến thành công cuối cùng. Chúng là một khám phá theo chiều rộng của một không gian khả năng vô hạn, nơi các nhà nghiên cứu lượng tử đang hy vọng tìm ra một tuyến đường mà họ có thể đi theo dù chỉ một đoạn ngắn mà không gặp phải một ngõ cụt khác.

Nhìn vào tương lai thực tế của điện toán lượng tử, nó khá mơ hồ ở mức tốt nhất. Có những phát triển đầy hứa hẹn, đặc biệt là trong các thiết bị nguyên tử trung tính theo quan điểm của tôi. Nhưng vẫn còn quá sớm để biết liệu có tồn tại một con đường dẫn đến CRQC dọc theo bất kỳ nhánh hiện tại nào hay liệu có thêm những khởi động lại ở phía trước hay không. Nếu cuối cùng chúng ta thấy nhiều lần lặp lại của cùng một công nghệ ứng cử viên xây dựng các máy móc ngày càng mạnh mẽ, tạo ra các kết quả có ý nghĩa mà một đứa trẻ thông minh cũng không thể tính toán, chúng ta có thể xem xét lại cuộc trò chuyện với bằng chứng mới.

Về mặt lý thuyết

Có hai giải thích khả dĩ cho việc tại sao nghiên cứu lượng tử liên tục thất bại trong việc tạo ra CRQC trong nhiều thập kỷ. Một là nó đơn giản là một vấn đề rất khó và chúng ta tiếp tục áp dụng khoa học và kỹ thuật để giải quyết nó, và cuối cùng sự khéo léo của con người sẽ thành công, như đã xảy ra với Internet, điện thoại thông minh, mạng xã hội và Bitcoin (người đọc được để tự quyết định cái nào trong số đó là có lợi). Mặt khác, có thể việc xây dựng một CRQC là không thể hoặc sẽ luôn nằm ngoài tầm với của chúng ta. Hãy nghĩ về những gì một CRQC đòi hỏi: máy sẽ cần phải đại diện trong sự chồng chất của nó một trường khả năng lớn như độ phức tạp của vấn đề mật mã đang được giải quyết. Đó là, để phá vỡ bảo mật 128-bit của logarit rời rạc đường cong elliptic trên đường cong secp256k1 của Bitcoin, sự chồng chất lượng tử sẽ phải đại diện cho mọi giá trị có thể của một số 128-bit. Trong máy tính cổ điển, việc đại diện cho tất cả các giá trị đó sẽ cần nhiều bộ nhớ hơn (theo nhiều bậc độ lớn) so với tất cả bộ nhớ từng được tạo ra bởi con người. Nếu sự chồng chất lượng tử có bất kỳ độ hạt nào — nếu nó không liên tục hoàn hảo trên tất cả các giá trị có thể — thì máy tính lượng tử không bao giờ có thể có liên quan đến mật mã. Nếu năng lượng cần thiết để duy trì một sự chồng chất tỷ lệ với độ phức tạp của trường đang được đại diện, thì máy tính lượng tử không bao giờ có thể có liên quan đến mật mã. Sự hiểu biết hiện tại về vật lý lượng tử không loại trừ bất kỳ kịch bản nào trong số này.

Kết luận: Bitcoin không thể nghỉ ngơi

Bất chấp mọi điều trên, sự phát triển của Bitcoin phải tiếp tục tiến lên với các thuật toán mật mã mới. Một cuộc tấn công lượng tử vào mật mã của Bitcoin không phải là sắp xảy ra, nhưng hoàn toàn có thể rằng một lỗ hổng khác có thể được phát hiện qua các con đường khác. Một số đường cong elliptic đã được phát hiện có điểm yếu, và secp256k1 có thể tiếp nối. Bitcoin đã tồn tại lâu như vậy bởi vì các cuộc tấn công vào hệ thống đã làm cho nó mạnh mẽ hơn, và điều đó sẽ tiếp tục khi cuộc tấn công FUD lượng tử hoàn thành vòng đời của nó. Sự phát triển của P2MR hoặc P2TRv2, SHRINCS, SPHINCS, IBC, ML-DSA và các lược đồ chữ ký hậu lượng tử khác cuối cùng sẽ cải thiện khả năng phục hồi của Bitcoin trước các cuộc tấn công trong tương lai, ngay cả khi một CRQC thực sự không bao giờ được xây dựng.