Máy tính lượng tử được kì vọng mở ra bước tiến lớn về năng lực tính toán, nhưng đồng thời đặt ra thách thức đối với những thuật toán mật mã đang bảo vệ tài sản số.
Theo Tiến sĩ Sreenivas Tirumala, giảng viên cấp cao ngành Công nghệ thông tin và An ninh mạng tại Đại học RMIT Việt Nam, các doanh nghiệp tiền mã hóa không nên chờ đến khi máy tính lượng tử đủ mạnh mới hành động. Quá trình chuyển đổi sang mật mã hậu lượng tử có thể kéo dài nhiều năm, đòi hỏi kiểm toán hệ thống, thử nghiệm thuật toán mới và phối hợp nâng cấp trên toàn mạng lưới.
Không nên chờ máy tính lượng tử đủ mạnh mới hành động
Trong lĩnh vực tiền mã hóa, bảo mật không chỉ phụ thuộc vào việc bảo vệ máy chủ hay ngăn chặn các cuộc tấn công mạng thông thường. Nền tảng của nhiều hệ thống blockchain là các thuật toán mật mã dùng để xác thực giao dịch, tạo chữ kí số và chứng minh quyền kiểm soát tài sản. Nếu những thuật toán này bị phá vỡ, các cơ chế bảo vệ tài sản có thể đứng trước rủi ro nghiêm trọng.
Máy tính lượng tử hiện chưa đồng nghĩa với khả năng lập tức phá vỡ mọi hệ thống mật mã đang được sử dụng. Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ này khiến các doanh nghiệp phải tính đến một kịch bản dài hạn: những thuật toán vốn được xem là an toàn trước máy tính thông thường có thể trở nên dễ bị tấn công hơn khi xuất hiện máy tính lượng tử đủ mạnh và có khả năng sửa lỗi hiệu quả.
Theo Tiến sĩ Sreenivas Tirumala, các doanh nghiệp tiền mã hóa và nền tảng tài sản số cần bắt đầu chuẩn bị ngay từ bây giờ, thay vì chờ đến khi máy tính lượng tử có khả năng chịu lỗi xuất hiện.
Lý do nằm ở quy mô và độ phức tạp của quá trình chuyển đổi. Trong một hệ thống công nghệ thông thường, doanh nghiệp có thể thay thế một phần mềm hoặc cập nhật máy chủ theo kế hoạch nội bộ. Nhưng đối với các mạng blockchain phi tập trung, việc thay đổi nền tảng mật mã có thể ảnh hưởng đến ví điện tử, chữ kí giao dịch, cơ chế xác thực và khả năng tương thích giữa các thành phần của mạng lưới.
Quá trình này còn cần sự tham gia của nhiều bên, từ nhà phát triển giao thức, đơn vị cung cấp ví, sàn giao dịch đến các tổ chức lưu kí tài sản số và cộng đồng người dùng. Một thay đổi kĩ thuật dù cần thiết vẫn có thể gặp trở ngại nếu không đạt được đồng thuận hoặc khiến các hệ thống cũ không còn tương thích.
Vì vậy, việc chuẩn bị sớm không đơn thuần là đầu tư vào một công nghệ bảo mật mới. Đây còn là cách để các doanh nghiệp giảm nguy cơ phải thực hiện những thay đổi khẩn cấp, tốn kém và dễ phát sinh sai sót khi xuất hiện một mối đe dọa thực sự.
Nguy cơ “thu thập hôm nay, giải mã ngày mai”
Một trong những rủi ro cần được tính đến là chiến lược tấn công thường được gọi là “Harvest Now, Decrypt Later”, nghĩa là thu thập dữ liệu được mã hóa ở hiện tại để tìm cách giải mã trong tương lai.
Theo Tiến sĩ Tirumala, các tác nhân xấu có thể lưu trữ lưu lượng mạng được mã hóa ngày nay với kì vọng giải mã dữ liệu khi công nghệ lượng tử đủ mạnh. Điều này đặc biệt đáng lưu ý đối với những thông tin cần được bảo mật trong thời gian dài.
Chẳng hạn, dữ liệu trao đổi giữa các hệ thống tài chính, thông tin nhạy cảm của khách hàng hoặc dữ liệu kinh doanh có thể vẫn còn giá trị sau nhiều năm. Nếu bị thu thập từ trước và giải mã thành công trong tương lai, những thông tin này vẫn có thể gây thiệt hại đáng kể cho doanh nghiệp và người dùng.
Tuy nhiên, cần phân biệt nguy cơ giải mã dữ liệu với nguy cơ giả mạo chữ kí số trên blockchain. Đây là hai vấn đề có liên quan nhưng không giống nhau. Mật mã dùng để bảo vệ dữ liệu truyền qua mạng và thuật toán chữ kí dùng để xác thực giao dịch có những chức năng khác nhau, do đó cần được đánh giá và nâng cấp theo những lộ trình phù hợp.
Để giảm rủi ro trước mắt, Tiến sĩ Tirumala đề xuất xem xét các cơ chế mã hóa lai, kết hợp thuật toán mật mã truyền thống với thuật toán hậu lượng tử. Cách tiếp cận này có thể tạo thêm lớp bảo vệ trong giai đoạn chuyển tiếp, với điều kiện các thuật toán được lựa chọn và triển khai đúng cách.
Mật mã hậu lượng tử là lĩnh vực nghiên cứu và phát triển các thuật toán được thiết kế để chống lại những phương pháp tấn công mà máy tính lượng tử có thể thực hiện hiệu quả. Khác với việc phải chờ chế tạo được máy tính lượng tử đủ mạnh để kiểm tra mọi kịch bản, các thuật toán này có thể được triển khai trên những hệ thống máy tính hiện nay.
Dẫu vậy, mã hóa lai không phải giải pháp áp dụng đồng loạt cho mọi thành phần của blockchain. Doanh nghiệp cần xác định loại dữ liệu cần bảo vệ, thời gian bảo mật dự kiến và các thuật toán đang được sử dụng trước khi lựa chọn phương án. Đặc biệt, với các hệ thống blockchain công khai, việc thay thế thuật toán chữ kí giao dịch còn đòi hỏi giải quyết các vấn đề về hiệu suất, kích thước dữ liệu và khả năng tương thích giao thức.
Điều đó cho thấy việc chuẩn bị cho kỉ nguyên hậu lượng tử cần được tiến hành theo từng lớp, thay vì chỉ bổ sung một công cụ bảo mật rồi xem như đã giải quyết xong rủi ro.
Kiểm toán mật mã, thử nghiệm thuật toán mới và phối hợp nâng cấp toàn mạng
Theo Tiến sĩ Tirumala, một trong những bước quan trọng đầu tiên là kiểm toán các cơ sở mã hiện có để xác định những vị trí đang sử dụng thuật toán mật mã truyền thống như ECDSA hoặc RSA.
ECDSA là thuật toán chữ kí số dựa trên đường cong elliptic, được sử dụng trong nhiều hệ thống blockchain để xác thực giao dịch. RSA cũng là một thuật toán mật mã khóa công khai phổ biến trong các hệ thống công nghệ thông tin. Cả hai đều thuộc nhóm thuật toán cần được xem xét trong kế hoạch chuyển đổi hậu lượng tử, dù vai trò và mức độ ảnh hưởng của chúng khác nhau tùy hệ thống.
Việc kiểm toán không nên chỉ dừng lại ở mã nguồn của giao thức chính. Các doanh nghiệp cần xác định toàn bộ những thành phần phụ thuộc vào mật mã, bao gồm ví điện tử, hệ thống lưu kí, cơ chế xác thực người dùng, kết nối giữa các dịch vụ và những phần mềm của bên thứ ba.
Sau khi xác định các điểm dễ bị ảnh hưởng, doanh nghiệp cần xây dựng kiến trúc mật mã có tính mô-đun, cho phép thay thế thuật toán mà không phải thiết kế lại toàn bộ hệ thống. Đây là điều kiện quan trọng để các nền tảng có thể thích ứng với những tiêu chuẩn bảo mật mới khi chúng được hoàn thiện.
Tiến sĩ Tirumala cũng khuyến nghị chủ động thử nghiệm và tích hợp các thuật toán hậu lượng tử đã được Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ (NIST) tiêu chuẩn hóa vào mạng thử nghiệm và lộ trình phát triển sản phẩm.
Trong số các tiêu chuẩn này, những thuật toán dựa trên bài toán mạng tinh thể và hàm băm có thể đóng vai trò trong việc xây dựng cơ chế chữ kí số hoặc bảo vệ dữ liệu trước các mối đe dọa lượng tử. Tuy nhiên, lựa chọn cụ thể cần dựa trên yêu cầu của từng hệ thống, bởi thuật toán hậu lượng tử có thể tạo ra những đánh đổi về kích thước chữ kí, chi phí tính toán, dung lượng lưu trữ và tốc độ xử lý giao dịch.
Đối với các mạng blockchain phi tập trung, thách thức lớn hơn nằm ở việc triển khai đồng bộ. Không một tổ chức đơn lẻ nào có thể tự quyết định mọi thay đổi trên một mạng lưới được vận hành bởi nhiều nhà phát triển, đơn vị xác thực và người dùng độc lập.
Theo ông, các bên trong ngành cần phối hợp thông qua những cơ chế đồng thuận cộng đồng, các đề xuất cải tiến giao thức như BIPs đối với Bitcoin hoặc CIPs trong những hệ sinh thái sử dụng cơ chế đề xuất tương ứng, cùng các chương trình thử nghiệm có sự tham gia của nhiều bên liên quan.
Các đề xuất này cần được đánh giá kĩ lưỡng về tính an toàn, khả năng tương thích, hiệu suất và phương án chuyển đổi tài sản hoặc khóa mật mã. Quá trình thử nghiệm cũng cần xác định cách xử lý những ví và tài sản chưa được nâng cấp, đồng thời hạn chế nguy cơ phát sinh lỗ hổng mới trong quá trình chuyển đổi.
Mục tiêu là hoàn thành các bước chuẩn bị trước khi xuất hiện một cuộc khủng hoảng mật mã, thay vì buộc toàn ngành phải thực hiện những đợt nâng cấp khẩn cấp hoặc chia tách mạng lưới trong tình trạng bị động.
Nhìn rộng hơn, nguy cơ từ máy tính lượng tử không chỉ là bài toán của các nhà mật mã học. Đây còn là phép thử đối với năng lực quản trị công nghệ, phối hợp cộng đồng và khả năng duy trì niềm tin của ngành tài sản số.
Chưa thể xác định chính xác thời điểm máy tính lượng tử có thể tạo ra mối đe dọa thực tế đối với các thuật toán đang bảo vệ blockchain. Nhưng chính sự bất định đó khiến việc chuẩn bị sớm trở nên cần thiết. Với các doanh nghiệp tiền mã hóa, lợi thế sẽ thuộc về những đơn vị chủ động kiểm kê rủi ro, thử nghiệm giải pháp và xây dựng lộ trình nâng cấp có kiểm soát, thay vì đợi đến khi công nghệ lượng tử đủ mạnh mới bắt đầu tìm cách ứng phó.
