Tìm kiếm các dạng mã hóa chống lại máy tính lượng tử

Nhiều thứ bạn làm trực tuyến mỗi ngày được bảo vệ bằng mã hóa để không ai khác có thể theo dõi. Ngân hàng trực tuyến và tin nhắn với bạn bè, v.v... đều được mã hóa, cũng như những tài liệu thông tin bí mật của các chính phủ. Nhưng sự phát triển của máy tính lượng tử đang đe dọa các biện pháp bảo vệ này và có thể làm cho chúng trở nên vô dụng.

Máy tính lượng tử hoạt động hoàn toàn khác so với máy tính cổ điển: bit cổ điển là 1 hoặc 0, nhưng bit lượng tử (qubit), có thể tồn tại ở nhiều trạng thái cùng một lúc. Các tính chất bất thường của qubit làm cho máy tính lượng tử mạnh hơn nhiều trong một số loại tính toán, bao gồm các vấn đề toán học làm nền tảng cho phần lớn mã hóa hiện đại.

Điển hình nhất là bài toán thừa số hóa một số nguyên N thành tích của hai số nguyên tố p và q, tức là cho biết N, phải tìm p và q sao cho pq = N. Đây là bài toán cơ bản trong mật mã học, đang được sử dụng để đảm bảo an ninh trong giao tiếp quốc tế. Tính bảo mật thông tin thể hiện ở chỗ không thể giải bài toán này bằng các siêu máy tính hiện thời khi N đủ lớn. Thí dụ, nếu N là một số có 193 chữ số thì các siêu máy tính phải mất khoảng 30 năm mới tính được p và q. Thời gian tính toán sẽ tăng rất nhanh khi số chữ số của N tăng lên. Nếu N là một số có 500 chữ số thì thời gian cần để tính sẽ là 10^12 năm, tức là lớn hơn cả tuổi thọ của vũ trụ (có thể coi như đồng nghĩa với không thể giải được)! Trong khi đó, nếu sử dụng máy tính lượng tử, là loại máy tính hoạt động trên nguyên lý của vật lý lượng tử, có thể thực hiện cùng một lúc nhiều phép tính (hay còn gọi là xử lý song song), thì thời gian cần thiết để tìm ra lời giải chỉ là một phần mười giây cho trường hợp đầu và khoảng hai giây cho trường hợp sau.

"Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã biết rằng nếu chế tạo thành công một máy tính lượng tử quy mô lớn, nó có thể thực hiện một số tính toán khá lớn có khả năng đe dọa các hệ thống mật mã ngày nay", Dustin Moody, Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Hoa Kỳ (NIST), nói.

Từ năm 2016, NIST đã phát động một cuộc thi phát triển các giải pháp mật mã mới nhằm chống lại khả năng tính toán của máy tính lượng tử.

Cuộc thi vẫn còn dài, dự kiến sẽ công bố giải pháp chiến thắng vào năm 2022, nhưng tuần trước NIST thông báo họ đã rút gọn danh sách 69 ứng viên ban đầu xuống còn 15 và 5 trong số đó đều sử dụng một cách tiếp cận: mật mã dựa trên mạng tinh thể.

Mã hóa hiện nay thường sử dụng toán học truyền thống để "khóa" dữ liệu, chỉ mở khóa cho những người có "chìa khóa" hoặc có thể tìm ra tổ hợp "chìa khóa". Trong khi đó, mật mã dựa trên mạng tinh thể sử dụng các lưới khổng lồ với hàng tỷ điểm riêng lẻ ở hàng ngàn chiều không gian khác nhau. Việc phá mã có nghĩa là đi từ một điểm cụ thể đến một điểm khác - về cơ bản là không thể làm được trừ khi bạn đã biết sẵn lộ trình.

Ngay cả Cơ quan An ninh Quốc gia Hoa Kỳ từ lâu đã gióng lên hồi chuông cảnh báo về mối đe dọa từ máy tính lượng tử, gần đây đã bày tỏ sự tin tưởng vào các phương pháp mã hóa dựa trên mạng tinh thể.

Tuy nhiên, vấn đề không chỉ là tìm ra cách mã hóa phức tạp hay không thể xuyên thủng. Một phương pháp mã hóa sẽ chỉ có ý nghĩa ứng dụng nếu có thể sử dụng dễ dàng. Hãy tưởng tượng một thiết bị y tế có ít bộ nhớ và băng thông rất hạn chế, nếu các phép toán phức tạp đến mức việc mở khóa đòi hỏi một chiếc "chìa khóa" dung lượng lớn, giải pháp mã hóa đó sẽ không khả thi trên thực tế.

Biện pháp mã hóa này hiện chưa thể phá bằng các giải pháp lượng tử đã biết, và NIST nói rằng đây là nhóm những thuật toán hứa hẹn nhất trong danh sách.

Danh sách ứng cử viên rút gọn của NIST cũng bao gồm các cách tiếp cận khác, tuy nhiên đó là những cách ít được nghiên cứu hơn và không được sử dụng nhiều trong thế giới thực, khiến cho hầu hết các nhà quan sát tin rằng hệ thống mạng tinh thể sẽ chiến thắng cuộc thi vào năm 2022.

Có thể một thập kỷ hoặc lâu hơn nữa chúng ta mới có máy tính lượng tử đích thực. Như vậy vẫn còn thời gian để lựa chọn dạng mã hóa "chống lượng tử", và sau đó tất cả các bên có thể bắt đầu quá trình chuyển đổi từ mã hóa truyền thống sang dạng mã hóa mới.

https://www.technologyreview.com/

https://tiasang.com.vn/-doi-moi-sang-tao/Uy-quyen-luong-tu-cua-Google-Co-thuc-su-uy-quyen--20668

https://tiasang.com.vn/-doi-moi-sang-tao/Uy-quyen-luong-tu-20669