Bitcoin có thật sự bị “bẻ khóa” bằng máy tính lượng tử?

Nhóm Google Quantum AI cho biết vào đầu tuần này rằng một máy tính lượng tử trong tương lai có thể suy ra khóa riêng bitcoin từ khóa công khai chỉ trong khoảng 9 phút. Con số này lan truyền chóng mặt trên mạng xã hội và khiến thị trường hoang mang.

Nhưng thực tế điều đó có nghĩa là gì?

Trước hết, hãy xem giao dịch bitcoin hoạt động như thế nào. Khi bạn gửi bitcoin, ví của bạn ký giao dịch bằng một khóa riêng — một con số bí mật chứng minh rằng bạn sở hữu số tiền đó.

Chữ ký ấy cũng làm lộ khóa công khai của bạn — một địa chỉ có thể chia sẻ — rồi được phát lên mạng và nằm trong khu chờ gọi là mempool cho đến khi thợ đào đưa nó vào một khối. Trung bình, quá trình xác nhận đó mất khoảng 10 phút.

Khóa riêng và khóa công khai của bạn được liên kết bởi một bài toán có tên là bài toán logarit rời rạc trên đường cong elliptic. Máy tính cổ điển không thể đảo ngược phép toán này trong thời gian hữu ích, trong khi một máy tính lượng tử đủ mạnh trong tương lai, chạy thuật toán Shor, thì có thể.

Đây là chỗ xuất hiện con số 9 phút. Bài báo của Google phát hiện rằng một máy tính lượng tử có thể được “chuẩn bị trước” bằng cách tiền tính toán các phần của cuộc tấn công không phụ thuộc vào bất kỳ khóa công khai cụ thể nào.

Khi khóa công khai của bạn xuất hiện trong mempool, cỗ máy chỉ cần khoảng 9 phút để hoàn tất và suy ra khóa riêng của bạn. Thời gian xác nhận trung bình của bitcoin là 10 phút. Điều đó tạo cho kẻ tấn công khoảng 41% cơ hội suy ra khóa của bạn và chuyển hướng tiền trước khi giao dịch ban đầu được xác nhận.

Hãy hình dung như một tên trộm dành hàng giờ để xây một cỗ máy bẻ khóa vạn năng (tiền tính toán). Cỗ máy đó có thể dùng cho bất kỳ két sắt nào, nhưng mỗi lần một két mới xuất hiện, nó chỉ cần vài tinh chỉnh cuối cùng — và bước cuối đó mất khoảng 9 phút.

Đó là cuộc tấn công mempool. Nó đáng lo ngại nhưng đòi hỏi một máy tính lượng tử chưa tồn tại. Bài báo của Google ước tính cỗ máy như vậy sẽ cần chưa đến 500.000 qubit vật lý. Trong khi đó, các bộ xử lý lượng tử lớn nhất hiện nay chỉ có khoảng 1.000 qubit.

Mối lo lớn hơn và cấp bách hơn là 6,9 triệu bitcoin, tức khoảng một phần ba tổng cung, hiện đã nằm trong các ví mà khóa công khai đã bị lộ vĩnh viễn.

Điều này bao gồm các địa chỉ bitcoin thời kỳ đầu của mạng lưới, vốn dùng định dạng pay-to-public-key, nơi khóa công khai hiển thị mặc định trên blockchain. Nó cũng bao gồm mọi ví đã tái sử dụng địa chỉ, vì việc chi tiêu từ một địa chỉ sẽ làm lộ khóa công khai cho toàn bộ số tiền còn lại.

Những đồng tiền này không cần cuộc đua 9 phút. Một kẻ tấn công sở hữu máy tính lượng tử đủ mạnh có thể bẻ khóa chúng một cách thong thả, xử lý từng khóa đã lộ mà không bị áp lực thời gian của một giao dịch trực tiếp.

Nâng cấp Taproot của bitcoin vào năm 2021 đã khiến tình hình tệ hơn, như CoinDesk từng đưa tin trước đó vào thứ Ba. Taproot đã thay đổi cách hoạt động của địa chỉ, khiến khóa công khai hiển thị mặc định trên chuỗi, vô tình mở rộng nhóm ví dễ tổn thương trước một cuộc tấn công lượng tử trong tương lai.

Bản thân mạng lưới bitcoin vẫn sẽ tiếp tục vận hành. Việc đào coin sử dụng một thuật toán khác là SHA-256, thứ mà máy tính lượng tử không thể tăng tốc đáng kể bằng các phương pháp hiện tại. Các khối vẫn sẽ được tạo ra.

Cuốn sổ cái vẫn sẽ tồn tại. Nhưng nếu có thể suy ra khóa riêng từ khóa công khai, các bảo đảm về quyền sở hữu — vốn làm nên giá trị của bitcoin — sẽ sụp đổ. Bất kỳ ai có khóa bị lộ đều đối mặt nguy cơ bị đánh cắp, và niềm tin của các tổ chức vào mô hình bảo mật của mạng lưới sẽ bị lung lay nghiêm trọng.

Cách khắc phục là mật mã hậu lượng tử, tức thay thế nền toán học dễ tổn thương bằng các thuật toán mà máy tính lượng tử không thể bẻ khóa. Ethereum đã dành 8 năm để tiến tới quá trình chuyển đổi đó. Bitcoin thì vẫn chưa bắt đầu.