Lời nói đầu: Google vừa cho ra mắt chip lượng tử Willow, có thể hoàn thành các tác vụ tính toán trong 5 phút mà các siêu máy tính nhanh nhất hiện nay phải mất 10^25 năm mới hoàn thành, mặc dù nó chưa thể thực hiện các thuật toán như RSA và ECDSA được sử dụng trong thực tế. đặt ra mối đe dọa nhưng cũng đặt ra những thách thức mới đối với hệ thống bảo mật tiền điện tử. Việc di chuyển chống lượng tử của blockchain ngày càng trở nên quan trọng. Các chuyên gia mật mã AntChain OpenLabs giải thích chi tiết về tác động của công nghệ đen này lên blockchain.
Google ra mắt chip lượng tử mới Willow
Vào ngày 10 tháng 12, Google đã công bố ra mắt chip điện toán lượng tử mới nhất của mình, Willow. Công nghệ tiên tiến này là một bước đột phá khác kể từ khi Google ra mắt chip lượng tử Sycamore vào năm 2019 để lần đầu tiên đạt được ưu thế lượng tử. Kết quả này đã được công bố khẩn cấp trên tạp chí Nature và được người giàu nhất thế giới Elon Musk và Giám đốc điều hành OpenAI Sam Altman khen ngợi trên mạng xã hội, như trong Hình 1 và 2.
Hình 1 [1]
Hình 2 [2]
Con chip mới, Willow, có 105 qubit và đạt được hiệu suất tốt nhất trong cả các tiêu chuẩn sửa lỗi lượng tử và lấy mẫu mạch ngẫu nhiên. Trong số đó, trong bài kiểm tra điểm chuẩn lấy mẫu mạch ngẫu nhiên, chip Willow đã hoàn thành một nhiệm vụ tính toán trong 5 phút mà các siêu máy tính nhanh nhất hiện nay phải mất 10^25 năm để hoàn thành và con số này vượt quá tuổi của vũ trụ đã biết. vật lý đã biết.
Nói chung, về mặt phần cứng điện toán lượng tử, khi số lượng qubit tăng lên, quá trình tính toán sẽ dễ xảy ra lỗi hơn. Tuy nhiên, Willow có thể giảm tỷ lệ lỗi theo cấp số nhân và đưa nó xuống dưới một ngưỡng nhất định. Đây thường là điều kiện tiên quyết quan trọng cho tính khả thi thực tế của điện toán lượng tử.
Hartmut Neven, người đứng đầu Google Quantum AI, nhóm RD của Willow, cho biết với tư cách là hệ thống ngưỡng phụ đầu tiên, đây là nguyên mẫu thuyết phục nhất về qubit logic có thể mở rộng cho đến nay, Willow cho thấy máy tính lượng tử thực tế quy mô lớn là khả thi.
Tác động đến tiền điện tử
Thành tựu này của Google không chỉ thúc đẩy sự phát triển của điện toán lượng tử mà còn có tác động sâu sắc đến nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là lĩnh vực blockchain và tiền điện tử. Ví dụ: Thuật toán chữ ký số đường cong Elliptic (ECDSA) và hàm băm SHA-256 được sử dụng rộng rãi trong các giao dịch tiền điện tử như Bitcoin. ECDSA được sử dụng để ký và xác minh giao dịch và SHA-256 được sử dụng để đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu. . Nghiên cứu cho thấy thuật toán lượng tử do học giả Grover [3] đề xuất có thể bẻ khóa SHA-256, nhưng nó đòi hỏi rất nhiều qubit - cần tới hàng trăm triệu qubit. Tuy nhiên, thuật toán lượng tử [4] do học giả Shor đề xuất năm 1994 có thể bẻ khóa hoàn toàn ECDSA, chỉ cần một triệu qubit.
Trong giao dịch Bitcoin, Bitcoin được chuyển từ địa chỉ ví này sang địa chỉ ví khác. Địa chỉ ví bitcoin được chia thành hai loại sau:
Loại địa chỉ ví đầu tiên sử dụng trực tiếp khóa chung ECDSA của người nhận thanh toán và loại giao dịch tương ứng được gọi là thanh toán cho khóa chung (p2p k);
Loại địa chỉ ví thứ hai sử dụng giá trị băm của khóa công khai ECDSA của người nhận thanh toán. Loại giao dịch tương ứng được gọi là thanh toán cho hàm băm khóa công khai (p2p kh), nhưng khóa chung sẽ bị lộ khi thực hiện giao dịch.
Trong 2 loại giao dịch này, giao dịch p2p kh chiếm tỷ trọng lớn nhất. Vì tất cả các giao dịch Bitcoin đều công khai, điều này có nghĩa là bất kỳ ai cũng có thể lấy khóa công khai ECDSA của người nhận từ các giao dịch lịch sử p2p k. Khoảng thời gian tạo khối của Bitcoin là khoảng 10 phút, trong thời gian đó mọi người đều có thể lấy khóa công khai ECDSA của người nhận từ một giao dịch p2p kh đang hoạt động. Sau khi kẻ tấn công bằng máy tính lượng tử lấy được khóa chung ECDSA, kẻ đó có thể chạy thuật toán lượng tử của Shor trên máy tính lượng tử để lấy khóa riêng ECDSA tương ứng từ khóa chung ECDSA, từ đó có thể chiếm tất cả Bitcoin của khóa riêng . Ngay cả khi giao dịch p2p kh chỉ có khoảng thời gian 10 phút thì thuật toán lượng tử của Shor vẫn đủ để lấy được khóa riêng.
Mặc dù 105 qubit mà chip Willow của Google đạt được nhỏ hơn nhiều so với số qubit cần thiết để bẻ khóa thuật toán mã hóa Bitcoin, nhưng sự xuất hiện của Willow báo trước một con đường rộng mở để xây dựng các máy tính lượng tử thực tế quy mô lớn, như trong Hình 3. Thành tựu mới nhất, khả năng phá vỡ các thuật toán mã hóa của máy tính lượng tử vẫn là một vấn đề đáng lo ngại.
Các loại tiền điện tử như Bitcoin sẽ có thể duy trì hoạt động của các giao dịch cho đến khi máy tính lượng tử quy mô lớn ra đời, vì một máy tính cổ điển sẽ phải mất 300 nghìn tỷ năm để bẻ khóa khóa riêng ECDSA. Mặc dù công việc của Google chưa thể gây ra mối đe dọa cho các thuật toán như RSA và ECDSA được sử dụng trong thực tế, nhưng có thể thấy rằng chip Willow của Google đã đặt ra những thách thức mới đối với hệ thống bảo mật tiền điện tử. Làm thế nào để bảo vệ tính bảo mật của tiền điện tử dưới tác động của điện toán lượng tử sẽ trở thành tâm điểm quan tâm chung trong giới công nghệ và tài chính, và điều này chủ yếu dựa vào công nghệ chuỗi khối kháng lượng tử. Điều này cũng khiến việc phát triển công nghệ blockchain kháng lượng tử, đặc biệt là nâng cấp kháng lượng tử của các blockchain hiện có, trở thành ưu tiên hàng đầu để đảm bảo tính bảo mật và ổn định của tiền điện tử.
Hình 3 [5]
Blockchain kháng lượng tử
Mật mã sau lượng tử (PQC) [6] là một loại thuật toán mật mã mới có thể chống lại các cuộc tấn công điện toán lượng tử. Mặc dù thuật toán lượng tử của Shor và thuật toán lượng tử của Grover có thể bẻ khóa các thuật toán mã hóa cổ điển như ECDSA hiện đang được sử dụng rộng rãi trong blockchain và tiền điện tử, nhưng chúng không thể bẻ khóa các thuật toán mã hóa hậu lượng tử. Điều này cho phép các thuật toán mã hóa hậu lượng tử được duy trì an toàn ngay cả khi kỷ nguyên lượng tử ra đời. Việc di chuyển chuỗi khối lên cấp độ kháng lượng tử không chỉ là khám phá công nghệ tiên tiến mà còn để đảm bảo tính bảo mật mạnh mẽ lâu dài của chuỗi khối trong tương lai.
AntChain OpenLabs trước đây đã hoàn thành việc xây dựng các khả năng mã hóa hậu lượng tử cho toàn bộ quy trình chuỗi khối và chuyển đổi thư viện mật mã phiên bản hậu lượng tử dựa trên OpenSSL [7] để hỗ trợ nhiều thuật toán mã hóa hậu lượng tử tiêu chuẩn NIST [8] và hậu lượng tử truyền thông TLS lượng tử. Đồng thời, để giải quyết vấn đề chữ ký hậu lượng tử có khả năng mở rộng lưu trữ gấp hơn 40 lần so với ECDSA, bằng cách tối ưu hóa quy trình đồng thuận và giảm độ trễ đọc bộ nhớ, TPS của chuỗi khối phản lượng tử có thể đạt khoảng 50% của chuỗi ban đầu. Thư viện mật mã này có thể được sử dụng làm phần mềm trung gian để tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển chuỗi khối sau lượng tử và các tình huống khác như các vấn đề chính phủ và tài chính.
Đồng thời, AntChain OpenLabs cũng đã lập kế hoạch di chuyển sau lượng tử các thuật toán mã hóa chức năng phong phú và tham gia phát triển giao thức quản lý khóa phân tán cho thuật toán tiêu chuẩn chữ ký hậu lượng tử NIST Dilithium. Phân phối sau lượng tử hiệu quả đầu tiên Một giao thức chữ ký ngưỡng, có thể khắc phục những thiếu sót của các sơ đồ mã hóa sau lượng tử của ngành không thể hỗ trợ các giá trị ngưỡng tùy ý, đồng thời, hiệu suất được cải thiện hơn 10 lần so với các sơ đồ trong ngành. . Công việc liên quan đã được xuất bản trên IEEE Transactions on Information Forensics and Security, một tạp chí bảo mật hàng đầu [9].
Tham chiếu
[ 1 ] https://x.com/sundarpichai/status/1866167562373124420
[2] https://x.com/sama/status/1866210243992269271
[3] Grover L K. Một thuật toán cơ học lượng tử nhanh để tìm kiếm cơ sở dữ liệu[C]//Kỷ yếu của hội nghị chuyên đề ACM thường niên lần thứ 28 về Lý thuyết điện toán 1996: 212-219.
[ 4 ] Shor P W. Thuật toán tính toán lượng tử: logarit rời rạc và phân tích nhân tử [C] // Kỷ yếu hội thảo chuyên đề thường niên lần thứ 35 về nền tảng của khoa học máy tính 1994: 124-134.
[ 5 ] https://blog.google/technology/research/google-willow-quantum-chip/
[6] Bernstein DJ, Lange T. Mật mã hậu lượng tử[J] Nature, 2017, 549(7671): 188-194.
[7] https://github.com/openssl/openssl
[8] https://csrc.nist.gov/News/2022/pqc-candidates-to-be-standardized-and-round-4
[9] Tang G, Pang B, Chen L, Zhang Z. Chữ ký ngưỡng dựa trên mạng hiệu quả với khả năng thay thế chức năng [J]. Giao dịch của IEEE về pháp y và bảo mật thông tin 2023, 18: 4173-4187.
[ 10 ] Cozzo D, Smart N. Chia sẻ LUOV: ngưỡng chữ ký hậu lượng tử[C]// Kỷ yếu của Hội nghị IMA lần thứ 17 về Mật mã và Mã hóa - IMACC 2019: 128 – 153.
Bài viết này được viết bởi AntChain OpenLabs và ZAN (tài khoản X @zan_team) là hệ thống công nghệ mở mã nguồn mở TrustBase dựa trên AntChain OpenLabs.
