Đăng trên kho lưu trữ điện tử về mật mã học Cryptology ePrint Archive ngày 4/11, công trình nghiên cứu do công ty điện toán lượng tử Alice & Bob (Pháp) thực hiện ước tính việc phá mã RSA-2048 cần máy tính lượng tử 23.000 qubit và thời gian cần thiết 3,14 ngày.

D-Wave Advantage2, một trong những máy tính lượng tử có trên 4.000 qubit. Ảnh: D-Wave

D-Wave Advantage2, một trong những máy tính lượng tử có trên 4.000 qubit. Ảnh: D-Wave

Máy tính lượng tử sử dụng nguyên lý của cơ học lượng tử để xử lý và lưu trữ thông tin. Khác với máy tính truyền thống dùng bit nhị phân (0 hoặc 1), máy tính lượng tử sử dụng qubit - đơn vị thông tin đồng thời tồn tại ở cả trạng thái 0 và 1. Nhờ vậy, hệ thống có thể thực hiện cùng lúc nhiều phép tính và giải quyết những bài toán phức tạp mà máy tính cổ điển cần nhiều năm xử lý.

Trong khi đó, RSA-2048 được xem là "tiêu chuẩn vàng" trong lĩnh vực mã hóa. Công nghệ hiện giúp bảo vệ hạ tầng số, từ website, mạng xã hội đến ngân hàng trực tuyến và lưu trữ dữ liệu, được đánh giá rất khó phá vỡ do đòi hỏi phải phân tích một module gồm 617 chữ số thành hai số nguyên tố.

Theo Interesting Engineering, trên thực tế, việc tạo ra mã hóa này rất dễ nhưng việc phá mã lại rất khó do giới hạn của máy tính cổ điển. Các hệ thống dạng này sẽ phải tiêu tốn lượng tài nguyên khổng lồ để giải mã, đến mức "làm lu mờ lợi ích thu về từ việc phá mã", do đó hacker thường không lựa chọn.

Năm 1994, nhà toán học Peter Shor công bố thuật toán nổi tiếng mang tên ông, có thể phá vỡ mật mã RSA-2048 bằng máy tính lượng tử. Trở ngại duy nhất là thuật toán cần một cỗ máy đủ mạnh và chính xác để chạy. Năm 2019, Google ước tính một máy tính lượng tử cần sức mạnh 20 triệu qubit vật lý để phá vỡ RSA-2048. Đến 2025, con số này giảm còn dưới một triệu qubit.

Theo France24, cải tiến này một phần đến từ những tối ưu thuật toán do các nhà toán học thực hiện hơn 30 năm qua, phần còn lại nhờ tiến bộ của công nghệ điện toán lượng tử, giúp nâng cao hiệu suất xử lý logic của các qubit. Dù vậy, con số 23.000 qubit và 3,14 ngày giải mã do Alice & Bob công bố vẫn được xem là điều bất ngờ, cho thấy mức độ "tiến hóa" của máy tính lượng tử nhanh hơn dự đoán.

Trong nghiên cứu, Alice & Bob cho biết 23.000 qubit là mức mà máy tính lượng tử hiện chưa thể đạt được. Chẳng hạn, D-Wave Advantage2, thuộc nhóm máy tính lượng tử mô phỏng quá trình tối ưu hóa (quantum annealing), hiện đạt 4.400 qubit. Thách thức nằm ở hạ tầng phụ trợ cần thiết để vận hành máy tính lượng tử, đồng thời phải bảo đảm toàn bộ hệ thống vừa vặn trong một phòng thí nghiệm có diện tích hợp lý.

"Nhưng việc chế tạo máy tính lượng tử như vậy sẽ khả thi trong vài năm tới", nhóm viết trong kết quả nghiên cứu. "Dù là ước tính, điều này có thể trở thành hiện thực vào cuối thập kỷ, và thuật toán mã hóa RSA-2048 sẽ trở nên lỗi thời".

Nhóm khuyến cáo, cộng đồng an ninh mạng cần kiểm soát thuật toán RSA-2048 nghiêm ngặt hơn. Đồng thời, có thể nghiên cứu chuyển đổi hệ thống sang những thuật toán mới trước khi máy tính lượng tử trở nên phổ biến hơn.

Ngày điện toán lượng tử có thể phá vỡ các dạng mã hóa sử dụng trong công nghệ thông tin, còn gọi là Q-Day, đang được cộng đồng dự đoán sẽ đến sớm. Hồi giữa năm, Google cảnh báo máy tính lượng tử có thể đủ khả năng tấn công một số hệ thống mã hóa vào năm 2029, sớm hơn 6-15 năm so với những dự đoán trước đó. Tương tự, công ty dịch vụ điện toán đám mây Cloudflare cũng thông báo triển khai dạng mã hóa mới vào năm 2029.

Theo giới chuyên gia, một khi máy tính lượng tử có đủ độ ổn định để vận hành và phá vỡ mật mã học truyền thống, mọi dữ liệu "nhạy cảm" như giao dịch tài chính, hồ sơ y tế, email hay tài khoản được bảo vệ bằng các thuật toán phổ biến hiện nay đều có thể bị mở. Các năm qua, các nhóm tin tặc được cho là đã "tích trữ" sẵn tệp dữ liệu bị mã hóa vốn chưa thể mở, với ý định giải mã ngay khi có khả năng.

Tuy nhiên, nút thắt là làm sao để tạo qubit ổn định hơn. Hiện qubit chỉ hoạt động trong môi trường cực lạnh và áp suất rất thấp, hạn chế mọi tương tác với môi trường để giúp chúng ổn định hơn. Ngay cả những qubit tiên tiến nhất, chẳng hạn qubit siêu dẫn đang được Google và IBM phát triển, cũng có tuổi thọ tính bằng mili giây.

Dustin Moody, nhà toán học tham gia dự án mật mã hậu lượng tử tại Viện Tiêu chuẩn và công nghệ quốc gia Mỹ (NIST), cho biết các tập đoàn lớn, đa quốc gia nhận thức rõ mối đe dọa giải mã của máy tính lượng tử và đang "hành động khá nhanh". Nói với Reuters, ông cho biết Nhà Trắng khuyến nghị năm 2035 là mốc mà các tổ chức nên hướng tới để hoàn thành áp dụng mật mã hậu lượng tử. NIST đã hoàn tất một bộ thuật toán mã hóa vào năm 2024, được thiết kế để chống chịu các cuộc tấn công mạng từ máy tính lượng tử.

Bảo Lâm tổng hợp

  • Việt Nam 'cần chuẩn bị ngay' cho nguy cơ bảo mật lượng tử
  • Máy tính lượng tử chính xác nhất thế giới lập kỷ lục mới
  • Nỗi lo bảo mật tại Việt Nam khi Q-Day đến sớm
  • Máy tính lượng tử giải bài toán 110 năm trong 19 giây
  • Chuyên gia đề xuất ba giai đoạn tiến tới làm chủ công nghệ mật mã hậu lượng tử