Ngoài mã hóa: Tại sao điện toán lượng tử có thể là một sự bùng nổ khoa học hơn là một sự sụp đổ của an ninh mạng

Nhưng liệu máy tính lượng tử có phải là mối đe dọa đối với mã hóa như người ta vẫn nói không? Mặc dù đúng là máy tính lượng tử có thể phá vỡ mã hóa truyền thống nhanh hơn và dễ dàng hơn, nhưng chúng ta vẫn còn cách xa hộp giải mã “No More Secrets” được tưởng tượng trong bộ phim 
Sneakers năm 1992. Với nhu cầu năng lượng và sức mạnh tính toán vẫn là những yếu tố hạn chế, những người có quyền truy cập vào máy tính lượng tử có thể đang cân nhắc đưa công nghệ này vào sử dụng tốt hơn ở những nơi khác — chẳng hạn như khoa học, dược phẩm và chăm sóc sức khỏe.

Bạn còn nhớ lý thuyết về kính hiển vi điện tử không?

Tôi đã dành nhiều thời gian làm việc trong lĩnh vực pháp y kỹ thuật số và điều đó đã mang lại cho tôi một góc nhìn độc đáo về những thách thức của điện toán lượng tử. Năm 1996, Peter Gutman đã xuất bản một bài báo trắng, “Xóa an toàn dữ liệu khỏi bộ nhớ từ tính và thể rắn”, trong đó đưa ra giả thuyết rằng dữ liệu đã xóa có thể được khôi phục từ ổ cứng bằng kính hiển vi điện tử. Điều này có khả thi không? Có thể — nhưng cuối cùng, quá trình này sẽ cực kỳ tốn công, tốn nhiều tài nguyên và không đáng tin cậy. Quan trọng hơn, không lâu sau đó, ổ cứng đã lưu trữ thông tin theo cách dày đặc đến mức ngay cả kính hiển vi điện tử cũng không có hy vọng khôi phục dữ liệu đã xóa. 

Trên thực tế, hầu như không có bằng chứng nào cho thấy kính hiển vi điện tử như vậy từng được sử dụng thành công cho mục đích đó và các cuộc thử nghiệm hiện đại xác nhận rằng phương pháp này không thực tế cũng như không đáng tin cậy. Nhưng nỗi sợ là có thật — và nó đã dẫn đến việc Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ (DOD) ban hành phương pháp xóa dữ liệu “7 lần” nổi tiếng của mình để loại bỏ mọi bằng chứng pháp y mà về mặt lý thuyết, kính hiển vi điện có thể phát hiện. Chúng ta có nên thực hiện các biện pháp phòng ngừa bổ sung như vậy với dữ liệu nhạy cảm hoặc được phân loại không? Tất nhiên rồi. Nhưng mối đe dọa không hề khủng khiếp như người ta vẫn nghĩ. Khi nói đến điện toán lượng tử, chúng ta có thể đang đi theo một con đường tương tự. 

Thực tế thực tế của máy tính lượng tử

Trước tiên, điều quan trọng là phải hiểu cách thức hoạt động của máy tính lượng tử. Mặc dù phim ảnh thích mô tả tin tặc, nhưng nó không phải là cây đũa thần có thể ngay lập tức chấm dứt mật mã như chúng ta biết. Nó vẫn cần được cung cấp các thông điệp riêng lẻ và được giao nhiệm vụ phá mã hóa — điều đó có nghĩa là kẻ tấn công sẽ cần phải có ý tưởng khá tốt về những thông điệp nào chứa thông tin có giá trị. Nghe có vẻ dễ dàng, nhưng hơn 300 tỷ email được gửi đi mỗi ngày, cùng với hàng nghìn tỷ văn bản. Có nhiều cách để thu hẹp phạm vi tìm kiếm, nhưng kẻ tấn công vẫn phải sử dụng rất nhiều sức mạnh tính toán để giải quyết vấn đề.

Điều đó đưa tôi đến vấn đề thực sự: Sức mạnh tính toán không phải là vô hạn. Máy tính lượng tử đang ở đỉnh cao của công nghệ, điều đó có nghĩa là những đứa trẻ viết kịch bản hoặc nhóm hacker trung bình của bạn sẽ không thể có được nó. Những người chơi duy nhất có quyền truy cập vào máy tính lượng tử (và năng lượng cần thiết để chạy chúng) sẽ là các tác nhân quốc gia và các tập đoàn lớn như Google, Microsoft và các công ty AI. Nói một cách đơn giản, máy tính lượng tử ban đầu sẽ rất tốn kém và không nhanh chóng đưa ra thị trường như nhiều người đã nêu ý kiến ​​— và điều đó có nghĩa là các quốc gia sẽ chỉ có một lượng sức mạnh tính toán nhất định theo ý của họ. Vậy thì câu hỏi đặt ra là: Phá vỡ các giao thức mã hóa có thực sự là mục tiêu mà họ định chi tiêu không? 

Các trường hợp sử dụng thực sự cho lượng tử

Câu trả lời là một câu trả lời mạnh mẽ… có thể. Đối với tôi, lợi thế thực sự của lượng tử nằm ở nghiên cứu, cạnh tranh kinh tế và ảnh hưởng toàn cầu. Điều đó không có nghĩa là máy tính lượng tử sẽ không được sử dụng để bẻ khóa mã hóa nếu một quốc gia thù địch có được thứ gì đó mà họ biết là tốt — nhưng đó sẽ không phải là cách chính mà công nghệ này được sử dụng. Hãy xem xét theo cách này: Nếu bạn là một cường quốc nước ngoài có quyền truy cập vào các mô hình máy tính tiên tiến nhất trên trái đất, bạn sẽ sử dụng chúng để làm gì? Bạn sẽ đi săn tìm vô ích qua hàng triệu thông tin liên lạc được mã hóa hay bạn sẽ dành thời gian, năng lượng và tính toán quan trọng đó để chữa bệnh ung thư, xóa bỏ chứng mất trí hoặc tạo ra các vật liệu mới tiên tiến? Đối với tôi, đó là điều hiển nhiên. Một kẻ tấn công cá nhân có thể theo đuổi lợi ích ngắn hạn, nhưng các quốc gia sẽ nghĩ nhiều hơn về lâu dài. 

Máy tính lượng tử có khả năng thúc đẩy những đột phá đáng kể trong quá trình phát triển vật liệu và chất xúc tác mới, dẫn đến việc tạo ra các vật liệu composite bền hơn, nhẹ hơn để sản xuất và các chất xúc tác phản ứng hơn cho các quá trình hóa học. Chỉ riêng điều đó đã có tiềm năng cách mạng hóa nhiều ngành công nghiệp, mang lại lợi ích dài hạn lớn hơn nhiều cho quốc gia triển khai công nghệ này. Máy tính lượng tử cũng đã cho thấy triển vọng trong ngành dược phẩm, giúp các nhà nghiên cứu phát triển các loại thuốc hiệu quả hơn và các phương pháp điều trị khác chỉ trong một phần nhỏ thời gian. Công nghệ này thậm chí còn được sử dụng để nâng cao khả năng du hành vũ trụ bằng cách cho phép tính toán quỹ đạo nhanh hơn, giúp điều hướng chính xác hơn và tối ưu hóa việc sử dụng nhiên liệu. 

Nó phụ thuộc vào phân tích chi phí-lợi ích. Chỉ có các quốc gia và các tập đoàn lớn mới có thể tiếp cận điện toán lượng tử trong tương lai gần — và liệu họ có thực sự dành sức mạnh tính toán hạn chế của mình để bẻ khóa các thuật toán mã hóa khi họ có thể thúc đẩy sản lượng kinh tế và thống trị thị trường tài chính? Điều này không có nghĩa là mọi trường hợp sử dụng điện toán lượng tử đều tốt — trong tay kẻ xấu, nó chắc chắn có thể được sử dụng theo những cách nguy hiểm. Nhưng với quá nhiều sự tập trung vào cái gọi là “ngày tận thế lượng tử” mà một số người tin rằng đang rình rập, thì bối cảnh rất quan trọng. 

Việc phá mã hóa có nằm trong danh sách các trường hợp sử dụng cho máy tính lượng tử không? Có. Nhưng nó không nằm trong danh sách cao. Vì vậy, trước khi chúng ta chi hàng tỷ đô la để xóa và thay thế mọi thuật toán mật mã đang sử dụng, có lẽ đã đến lúc hít thở sâu và xem xét cách máy tính lượng tử thực sự sẽ được sử dụng.