Liệu máy tính lượng tử có khả năng phá vỡ sự an toàn của Bitcoin không?

Bitcoin là gì?

Bitcoin là một loại tiền điện tử được đề xuất lần đầu tiên trong bản cáo bạch năm 2008 bởi thực thể ẩn danh Satoshi Nakamoto. Đến năm 2009, mạng lưới Bitcoin chính thức đi vào hoạt động với sự xuất hiện của khối đầu tiên—Genesis Block. Phát kiến công nghệ này đã tạo nền tảng cho đồng tiền kỹ thuật số phi tập trung, hoàn toàn khác biệt so với hệ thống tài chính truyền thống.

Những đặc điểm nổi bật của Bitcoin

Điểm khác biệt lớn nhất của Bitcoin là cho phép các giao dịch trực tiếp giữa người dùng mà không cần sự kiểm soát của các cơ quan tập trung như ngân hàng trung ương hoặc chính phủ. Hệ thống phi tập trung này vận hành dựa trên công nghệ blockchain, ghi lại toàn bộ dữ liệu giao dịch một cách minh bạch và không thể thay đổi. Nguồn cung Bitcoin chỉ giới hạn ở mức 21 triệu đồng, khiến sự khan hiếm trở thành yếu tố then chốt tạo nên giá trị của Bitcoin.

Bitcoin bảo vệ giao dịch bằng mật mã khóa công khai. Khi sử dụng cặp khóa công khai và khóa riêng, hệ thống đảm bảo tính xác thực của giao dịch và ngăn chặn hành vi giả mạo trái phép. Cơ chế mật mã này gần như loại bỏ khả năng bên thứ ba làm giả giao dịch hoặc chuyển tài sản trái phép.

Ban đầu, Bitcoin chỉ được giao dịch trong giới đam mê công nghệ. Gần đây, Bitcoin đã trở thành tài sản đầu tư và phương tiện thanh toán được chú ý rộng rãi. Hiện nay, Bitcoin được niêm yết trên các sàn giao dịch toàn cầu, gia tăng mạnh tính ứng dụng thực tế.

Sự khác biệt giữa Bitcoin và tiền tệ tập trung

Bitcoin vận hành dựa trên những nguyên lý hoàn toàn khác biệt so với tiền tệ tập trung truyền thống. Tiền pháp định (ví dụ như yên hoặc đô la) do ngân hàng trung ương hoặc chính phủ phát hành và quản lý, với các chính sách về cung tiền và lãi suất do cơ quan trung ương quyết định. Ngược lại, Bitcoin không có quản trị viên trung tâm; mọi thành viên mạng lưới đều tham gia xác nhận và phê duyệt giao dịch bình đẳng.

Lợi ích của hệ thống phi tập trung này bao gồm:

• Giao dịch nhanh chóng: Không phụ thuộc ngân hàng hay trung gian thanh toán, thời gian xử lý giao dịch được rút ngắn đáng kể. Các giao dịch quốc tế vốn phải mất nhiều ngày qua ngân hàng có thể hoàn thành chỉ trong vài giờ.
• Thanh toán xuyên biên giới thuận tiện: Bitcoin cho phép chuyển tiền xuyên quốc gia dễ dàng, phù hợp với thương mại toàn cầu. Phí chuyển đổi và phí trung gian cũng giảm nhiều lần.
• Khả năng chống lạm phát: Với nguồn cung cố định 21 triệu đồng, Bitcoin tránh được tình trạng mất giá do phát hành tiền pháp định quá mức. Đó là lý do Bitcoin được ví như “vàng kỹ thuật số”.

Nhờ những đặc tính này, Bitcoin được coi là một giải pháp thay thế đột phá cho hệ thống tài chính truyền thống và được nhiều cá nhân, doanh nghiệp sử dụng để bảo vệ tài sản cũng như giao dịch hiệu quả.

Máy tính lượng tử là gì?

Máy tính lượng tử là thế hệ công nghệ tính toán mới, ứng dụng cơ học lượng tử để giải quyết các bài toán phức tạp mà máy tính truyền thống khó xử lý. Máy tính truyền thống dùng bit (0 hoặc 1) để xử lý dữ liệu, còn máy tính lượng tử sử dụng “qubit”, có thể đồng thời biểu diễn cả 0 và 1 trong trạng thái chồng chập (superposition). Nhờ đó, máy tính lượng tử cho phép thực hiện tính toán song song trên nhiều trạng thái.

Thêm vào đó, hiện tượng “rối lượng tử” giúp các qubit liên kết chặt chẽ, mở rộng khả năng giải các bài toán phức tạp. Khi các qubit rối lượng tử, thông tin có thể chia sẻ tức thì giữa chúng, giúp máy tính lượng tử thực hiện các phép tính chỉ trong vài phút thay vì hàng nghìn năm như máy tính truyền thống.

Ứng dụng và tiềm năng trong tương lai

Máy tính lượng tử được kỳ vọng sẽ cách mạng hóa các lĩnh vực như máy học, tối ưu hóa danh mục tài chính và mô phỏng hóa học. Ví dụ, máy tính lượng tử có thể đẩy nhanh phát hiện thuốc bằng cách mô phỏng hành vi phân tử, phân tích dữ liệu lớn để tối ưu chuỗi cung ứng, đồng thời cải thiện mô hình dự báo thời tiết và khí hậu phức tạp.

Trong ngành dược, máy tính lượng tử giúp phân tích cấu trúc phân tử phức tạp, rút ngắn đáng kể thời gian phát triển thuốc. Trong tài chính, chúng nâng cao phân tích rủi ro và tối ưu hóa danh mục, tăng độ chính xác cho quyết định đầu tư.

Thách thức hiện tại và triển vọng tương lai

Máy tính lượng tử vẫn đang trong quá trình hoàn thiện, cần nhiều nghiên cứu và đổi mới để đạt mức ứng dụng rộng rãi. Những thách thức lớn bao gồm tỷ lệ lỗi cao của qubit, vấn đề ổn định và yêu cầu hạ tầng làm mát quy mô lớn. Qubit rất nhạy cảm với môi trường nên phải hoạt động ở nhiệt độ cực thấp.

Dù vậy, máy tính lượng tử mang tiềm năng thực hiện các phép tính trong vài phút mà máy tính truyền thống phải mất hàng thiên niên kỷ, và dự kiến sẽ thay đổi căn bản nhiều ngành công nghiệp trong tương lai.

Theo lộ trình nghiên cứu, IBM đã công bố kế hoạch ra mắt hệ thống lượng tử sở hữu 200 qubit logic và 100 triệu cổng lượng tử vào năm 2029. Đến năm 2033, IBM đặt mục tiêu 2.000 qubit logic và 1 tỷ cổng lượng tử. Microsoft phát triển nền tảng Azure Quantum, còn Amazon tham gia vào điện toán lượng tử qua AWS, thúc đẩy cạnh tranh R&D toàn cầu.

Máy tính lượng tử có thể đe dọa Bitcoin không?

Bitcoin sử dụng các thuật toán mật mã như SHA-256 trong quá trình khai thác. Những thuật toán này rất an toàn trước máy tính truyền thống nhưng có thể chịu tác động của sức mạnh vượt trội từ máy tính lượng tử. Về lý thuyết, máy tính lượng tử có thể giải mã khóa riêng, gây rủi ro cho bảo mật ví và giao dịch.

Máy tính lượng tử có thể giải các bài toán toán học phức tạp nhanh hơn rất nhiều so với máy tính truyền thống, làm thay đổi cán cân sức mạnh khai thác và có thể ảnh hưởng đến tính phi tập trung của một số loại tiền điện tử. Chúng có khả năng phá vỡ mật mã khóa công khai và giải mã khóa riêng, gây ra các mối đe dọa như truy cập trái phép hoặc đánh cắp tài sản tiền điện tử.

Theo ông Carlos Perez-Delgado, giảng viên Đại học Kent, cần nhiều thời gian và nguồn lực để bảo vệ Bitcoin trước nguy cơ lượng tử. Ông cảnh báo máy tính lượng tử mạnh có thể kiểm soát hoàn toàn Bitcoin.

Nghiên cứu từ Đại học Kent cho biết việc giảm thiểu rủi ro lượng tử sẽ cần nâng cấp giao thức với 76 ngày ngừng hoạt động. Phương án thiết thực hơn là dành 25% máy chủ để nâng cấp trong khi hệ thống vẫn vận hành, dẫn đến khoảng 10 tháng ngừng hoạt động. Perez-Delgado nhấn mạnh các công ty công nghệ cần sớm giải quyết rủi ro máy tính lượng tử:

Sự xuất hiện của máy tính lượng tử chắc chắn sẽ khiến các hệ thống an ninh mạng hiện tại phải đối diện những rủi ro lớn.

Ponemon Institute ước tính một giờ ngừng hoạt động gây thiệt hại 500.000 USD cho doanh nghiệp; nếu Bitcoin ngừng hoạt động 76 ngày, thiệt hại có thể lên tới 912 triệu USD.

Với 275 triệu nhà đầu tư Bitcoin và không có quản trị viên trung tâm, việc triển khai nâng cấp vô cùng khó khăn. Việc cập nhật blockchain yêu cầu từng giao dịch phải được nâng cấp, trong khi tốc độ xử lý của Bitcoin lại chậm, khiến quá trình càng phức tạp. Các công nghệ như “death throttling” giúp tăng tốc nhưng có thể làm giảm trải nghiệm người dùng, tương tự như thời gian ngừng hoạt động kéo dài.

Biện pháp ứng phó với điện toán lượng tử

Các sàn giao dịch tiền điện tử lớn tại Mỹ đang cân nhắc những giải pháp dưới đây để đối phó với rủi ro từ điện toán lượng tử:

• Mật mã chống lượng tử: Các nhà phát triển đang nghiên cứu công nghệ mã hóa mới, đảm bảo an toàn trước máy tính lượng tử. Các giải pháp này dựa trên những bài toán mà ngay cả máy tính lượng tử cũng khó giải quyết.
• Tiền điện tử chống lượng tử: Đang có các đề xuất phát triển loại tiền điện tử mới, tích hợp khả năng chống tấn công lượng tử ngay từ đầu.

Bitcoin của Satoshi có bị đe dọa không? Chuyên gia cảnh báo rủi ro bảo mật

Emin Gün Sirer, nhà sáng lập kiêm CEO Ava Labs, mới đây đề xuất đóng băng khoảng 1,1 triệu BTC lưu giữ trong ví của Satoshi Nakamoto. Ông chỉ ra điểm yếu trong định dạng Pay-to-Public-Key (P2PK) ở các ví ban đầu, cảnh báo máy tính lượng tử có thể lợi dụng lỗ hổng này.

Sirer cho rằng máy tính lượng tử đe dọa các phương pháp mật mã như RSA và elliptic curve cryptography, nhưng tác động đến hàm băm một chiều là hạn chế, nên rủi ro hiện tại với tiền điện tử vẫn trong tầm kiểm soát:

Điện toán lượng tử tăng tốc một số phép tính, nhưng khả năng đảo ngược hàm băm một chiều của tiền điện tử còn hạn chế. Một số nền tảng chỉ có “khoảng thời gian” ngắn cho các cuộc tấn công lượng tử, khiến việc khai thác thành công càng khó khăn.

Định dạng P2PK ban đầu và rủi ro từ máy tính lượng tử

Các ví ban đầu của Satoshi Nakamoto áp dụng định dạng P2PK, trong đó khóa công khai được công khai trực tiếp. Định dạng này hiện không còn được sử dụng ở ví Bitcoin hiện đại hay các hệ thống như Avalanche, nhưng từng phổ biến trong giai đoạn đầu của Bitcoin. Sirer khuyến nghị nên đóng băng các đồng coin dùng P2PK trước khi máy tính lượng tử phổ biến:

Các đồng coin đào từ thời kỳ đầu của Satoshi có thể là mục tiêu hấp dẫn cho hacker. Trước khi rủi ro lượng tử hiện diện, nên xây dựng quy trình đóng băng tất cả coin dựa trên UTXO định dạng P2PK.

Vấn đề cốt lõi là khóa công khai có thể lấy trực tiếp từ địa chỉ. Vì mọi giao dịch Bitcoin đều công khai, bất cứ ai cũng có thể trích xuất khóa công khai từ địa chỉ P2PK. Nếu máy tính lượng tử bẻ được khóa riêng từ khóa công khai, coin ở các địa chỉ đó sẽ bị đe dọa mất cắp.

Địa chỉ P2PKH dựa trên hàm băm của khóa công khai và chỉ tiết lộ khi sử dụng coin. Nếu chưa từng có giao dịch, khóa riêng vẫn an toàn. Khi phát sinh giao dịch, khóa công khai bị lộ và địa chỉ coi như “đã sử dụng”. Đa số ví hiện đại ngăn tái sử dụng địa chỉ, nhưng không phải người dùng nào cũng tuân thủ biện pháp này.

Đề xuất của Sirer là một phần trong thảo luận về tăng cường bảo mật tiền điện tử và được chú ý như một giải pháp đối phó với tiến bộ của điện toán lượng tử.

Bao nhiêu Bitcoin có thể bị đánh cắp bởi máy tính lượng tử?

Nếu máy tính lượng tử có thể tính ra khóa riêng, toàn bộ coin lưu trữ ở địa chỉ P2PK và P2PKH đã sử dụng lại sẽ bị đe dọa.

Trong năm đầu Bitcoin ra đời, địa chỉ P2PK chiếm đa số, hiện còn khoảng 2 triệu BTC ở các địa chỉ này. Sau khi P2PKH được giới thiệu năm 2010, phần lớn coin đã chuyển sang định dạng mới. Tuy nhiên, địa chỉ P2PKH tái sử dụng hiện giữ khoảng 2,5 triệu BTC, nghĩa là tổng cộng khoảng 4 triệu BTC—tương đương 25% tổng nguồn cung—có nguy cơ bị tấn công. Theo giá hiện tại, số coin này trị giá hơn 40 tỷ USD.

Đây là khoảng một phần tư tổng số Bitcoin trên thị trường. Nếu tấn công lượng tử thành công, tác động đến thị trường tiền điện tử sẽ rất lớn. Di chuyển tài sản khỏi các địa chỉ dễ bị tấn công và sử dụng định dạng chống lượng tử sẽ là thách thức lớn sắp tới.

Công nghệ lượng tử hiện nay có thể phá vỡ Bitcoin không?

Google vừa giới thiệu chip lượng tử “Willow”, cho phép thực hiện phép tính mà siêu máy tính truyền thống cần tới mười tỉ tỷ năm trong năm phút. Tuy nhiên, Willow vẫn chưa đủ sức phá mã hóa của Bitcoin.

Các máy tính lượng tử hiện tại—bao gồm Willow—đều gặp phải tỷ lệ lỗi cao và giới hạn về khả năng mở rộng. Để phá mã hóa Bitcoin, cần hàng triệu qubit logic hiệu chỉnh lỗi, trong khi Willow chỉ có 105 qubit vật lý. Giải mã thuật toán mật mã Bitcoin cần khoảng 5.000 qubit logic (tức hàng triệu qubit vật lý). Với chỉ 105 qubit vật lý, Willow còn rất sơ khai.

Theo Deloitte, máy tính lượng tử hiện nay mất 30 phút để phá vỡ chữ ký Bitcoin, nên tránh tái sử dụng địa chỉ vẫn bảo vệ tài sản an toàn. Nếu thời gian tính toán giảm còn dưới 10 phút, blockchain Bitcoin có thể bị đe dọa.

Nghiên cứu Fujitsu chỉ ra để phá RSA 2.048 bit cần 10.000 qubit logic, hơn 2 nghìn tỷ phép toán, 104 ngày hoạt động ổn định—cao hơn nhiều so với công nghệ hiện tại. Phá SHA-256 của Bitcoin cần 1 triệu qubit, tấn công 51% cần 1 tỷ qubit, vượt xa máy tính lượng tử hiện nay từ 1.000 đến 1 triệu lần. Như vậy, khả năng máy tính lượng tử phá Bitcoin trong tương lai gần là cực kỳ thấp.

Ethereum đã chuẩn bị ứng phó điện toán lượng tử

Các dự án blockchain như Ethereum đã bắt đầu chuẩn bị đối phó điện toán lượng tử. Đồng sáng lập Ethereum Vitalik Buterin vừa công bố giai đoạn mới mang tên “Surge”.

Nội dung trọng tâm của “Surge” là giải quyết các mối đe dọa từ máy tính lượng tử. Buterin nhấn mạnh Ethereum cần khả năng chống lại công nghệ có thể phá các tiêu chuẩn mã hóa hiện tại. Ông giải thích “Surge” nhằm xử lý những “thách thức nhỏ” nhưng then chốt, dù không thuộc các nhóm lớn hơn. Dù thực tế máy tính lượng tử chưa xuất hiện, Buterin vẫn nhấn mạnh phải đầu tư vào công nghệ mật mã tiên tiến để bảo vệ blockchain dài hạn.

Nỗ lực của Ethereum đánh dấu bước tiến lớn trong nhận thức về chống lượng tử, ảnh hưởng đến toàn ngành blockchain.

Nhà phát triển Bitcoin PoW bác bỏ nguy cơ Bitcoin sụp đổ trong ngắn hạn

Ki Young Ju, CEO nền tảng phân tích on-chain CryptoQuant, khẳng định trên X rằng máy tính lượng tử chưa thể đe dọa bảo mật Bitcoin:

Bitcoin sẽ không bị phá vỡ bởi máy tính lượng tử trong nhiều thập kỷ tới. Đừng tin vào FUD (fear, uncertainty, doubt—sợ hãi, không chắc chắn, nghi ngờ) vô căn cứ từ các nguồn thiếu hiểu biết. Nhân tiện, Adam Back là nhà mật mã học huyền thoại và là cha đẻ của thuật toán Proof-of-Work (PoW) của Bitcoin.

Adam Back, nhà mật mã học và tác giả thuật toán Proof-of-Work của Bitcoin, cũng nhận định hiện công nghệ lượng tử chưa đủ để phá mã hóa Bitcoin, và số lượng qubit tăng không đồng nghĩa tăng hiệu năng rối lượng tử. Ông cho rằng cần nhiều đột phá lớn để đe dọa Bitcoin, có thể mất 50 năm mới đạt tới.

Các ý kiến chuyên gia đều cho rằng máy tính lượng tử hiện tại chưa đe dọa Bitcoin, nhưng nhấn mạnh cần chuẩn bị phòng thủ lâu dài.

Tóm tắt: Hướng phát triển của điện toán lượng tử

Sự phát triển của máy tính lượng tử đặt ra thách thức mới với tài sản số, đặc biệt Bitcoin. Dù ví ban đầu của Satoshi Nakamoto và một số định dạng địa chỉ P2PK cũ có thể là mục tiêu, công nghệ lượng tử hiện tại vẫn còn nhiều rào cản. Cùng lúc, các sáng kiến phát triển mật mã chống lượng tử và phòng ngừa rủi ro đang triển khai trên toàn ngành.

Như minh chứng bởi “Willow” của Google và nghiên cứu Fujitsu, máy tính lượng tử hiện nay cần tiến xa thêm nhiều lần mới đủ sức phá mã hóa Bitcoin. Các ước tính hiện tại cần từ 1 triệu đến 1 tỷ qubit—gấp 1.000 đến 1 triệu lần năng lực ngày nay.

Tuy nhiên, công nghệ có thể tiến nhanh hơn dự báo. Khi Ethereum tiên phong sáng kiến chống lượng tử với “Surge”, cộng đồng Bitcoin cũng cần hoạch định chiến lược dài hạn. Việc phát triển mật mã chống lượng tử, di chuyển tài sản khỏi địa chỉ cũ, và cập nhật giao thức sẽ đòi hỏi cách tiếp cận đa tầng.

Khả năng thích ứng linh hoạt với tiến bộ công nghệ và đầu tư R&D liên tục là chìa khóa bảo vệ an toàn cho Bitcoin. Cộng đồng tiền điện tử cần hợp tác thiết lập tiêu chuẩn bảo mật mới cho kỷ nguyên lượng tử—một thách thức trọng yếu phía trước.

Câu hỏi thường gặp

Máy tính lượng tử phá mã hóa của Bitcoin như thế nào?

Máy tính lượng tử sử dụng thuật toán Shor để khai thác điểm yếu trong mã hóa ECDSA của Bitcoin. Về mặt lý thuyết, chúng có thể đảo ngược khóa riêng từ khóa công khai, khiến mối đe dọa có thể xảy ra từ những năm 2030. Quá trình chuyển sang mật mã chống lượng tử đang được triển khai.

Bao lâu nữa máy tính lượng tử sẽ đe dọa Bitcoin?

Các chuyên gia dự báo máy tính lượng tử sẽ là mối đe dọa thực sự với bảo mật Bitcoin trong 2–3 năm tới. “Q-Day” (ngày lượng tử vượt trội) đang đến gần và toàn ngành đang tăng tốc chuẩn bị.

Bitcoin phòng thủ thế nào trước tấn công lượng tử?

Hiện tại, Bitcoin chưa tích hợp công nghệ chống lượng tử. Dù vậy, các lỗ hổng trong chữ ký elliptic curve đã được nhận diện, và các phương án nâng cấp hoặc chuyển sang mật mã hậu lượng tử đang được xem xét. Các biện pháp dự kiến sẽ được áp dụng trước khi rủi ro lượng tử trở thành hiện thực.

Mật mã chống lượng tử (hậu lượng tử) là gì, có thể dùng với Bitcoin không?

Mật mã chống lượng tử được thiết kế để chống lại các nguy cơ từ máy tính lượng tử. Công nghệ này có thể áp dụng cho Bitcoin, các thuật toán hậu lượng tử như ML-DSA đã được chuẩn hóa vào tháng 8 năm 2024. Áp dụng đúng sẽ tăng cường bảo mật cho Bitcoin.

Ví và khóa riêng Bitcoin hiện tại có bị máy tính lượng tử phá được không?

Hiện tại, máy tính lượng tử chưa thể phá khóa riêng Bitcoin. Tuy nhiên, nếu máy tính lượng tử đủ mạnh, về lý thuyết điều này có thể xảy ra. Đến năm 2026, chưa xuất hiện máy tính lượng tử thực dụng, nên chưa phát sinh rủi ro ngay lập tức.

Có kế hoạch nâng cấp mạng lưới Bitcoin để đối phó rủi ro lượng tử không?

Mạng lưới Bitcoin chưa có kế hoạch nâng cấp cụ thể cho rủi ro lượng tử. Tuy nhiên, kiến trúc Bitcoin rất linh hoạt, các chuyên gia cho rằng còn nhiều thời gian trước khi máy tính lượng tử trở thành nguy cơ thực sự. Dự báo rủi ro này chưa xuất hiện trong 10–20 năm tới, đủ để chuẩn bị các giải pháp kỹ thuật cần thiết.

Bitcoin so với các blockchain khác về mức độ dễ bị tấn công lượng tử ra sao?

Bitcoin sử dụng mã hóa ECDSA nên dễ bị tấn công lượng tử nhất. SHA-256 có khả năng chống chịu tốt hơn. So với các blockchain khác, Bitcoin đang triển khai các biện pháp phòng thủ lượng tử chậm hơn, dự kiến đến thập niên 2030 sẽ đối mặt nguy cơ lớn.