Quantum computer là gì ? nó sẽ lật đổ cả blockchain và Bitcoin ?

Máy tính lượng tử là gì?

Máy tính lượng tử là một loại máy tính tiên tiến hoạt động dựa trên các nguyên lý của cơ học lượng tử – ngành khoa học nghiên cứu hành vi của vật chất ở cấp độ vi mô, như nguyên tử và hạt hạ nguyên tử.

Khác với máy tính truyền thống sử dụng bit (chỉ nhận giá trị 0 hoặc 1) để mã hóa và xử lý thông tin, máy tính lượng tử sử dụng qubit (quantum bit). Qubit có khả năng tồn tại đồng thời ở cả hai trạng thái 0 và 1 nhờ hiện tượng chồng chập lượng tử (superposition). Điều này cho phép một máy tính lượng tử xử lý nhiều tổ hợp dữ liệu cùng lúc.

Ngoài ra, qubit còn có thể liên kết với nhau qua hiện tượng rối lượng tử (entanglement), tạo nên mối quan hệ đặc biệt: sự thay đổi trạng thái của một qubit sẽ lập tức ảnh hưởng đến qubit kia, dù chúng cách xa nhau.

Trong máy tính truyền thống, dữ liệu được mã hóa dưới dạng bit, mỗi bit có giá trị là 0 hoặc 1.Còn trong máy tính lượng tử, đơn vị cơ bản là qubit (quantum bit).

Điểm đặc biệt của qu-bit là:

• Nó có thể ở trạng thái vừa là 0 hoặc vừa là 1, hoặc là cả hai cùng lúc nhờ vào tính chất gọi là superposition (chồng chập).

• Nhiều qu-bit còn có thể liên kết với nhau thông qua entanglement (rối lượng tử), tạo ra mối liên hệ mà thay đổi trạng thái của một qubit sẽ ảnh hưởng đến qu-bit kia dù ở xa nhau.

2) Máy tính lượng tử hoạt động như thế nào?

Máy tính lượng tử vận hành dựa trên ba cơ chế cốt lõi của cơ học lượng tử, tạo nên khả năng xử lý thông tin vượt trội so với máy tính cổ điển:

• Chồng chập lượng tử (Superposition): Không giống như bit cổ điển chỉ tồn tại ở trạng thái 0 hoặc 1, một qubit có thể tồn tại đồng thời ở cả hai trạng thái. Nhờ vào hiện tượng này, hệ thống lượng tử có thể "thử nghiệm" nhiều khả năng tính toán song song trong cùng một thời điểm.

• Rối lượng tử (Entanglement): Khi hai hoặc nhiều qubit được rối với nhau, trạng thái của chúng trở nên phụ thuộc lẫn nhau – thay đổi ở một qubit sẽ ảnh hưởng tức thì đến qubit còn lại, bất kể khoảng cách. Rối lượng tử cho phép tăng cường hiệu quả xử lý và đồng bộ hóa dữ liệu trong quá trình tính toán.

• Cổng lượng tử (Quantum Gates): Tương tự như các cổng logic (AND, OR, NOT) trong máy tính truyền thống, máy tính lượng tử sử dụng các cổng lượng tử để thao tác lên trạng thái của qubit. Tuy nhiên, các cổng lượng tử có thể tạo ra các phép biến đổi phức tạp hơn nhiều, phù hợp với tính chất chồng chập và rối lượng tử.

Kết quả tính toán:

Một hệ thống lượng tử gồm N qubit có khả năng biểu diễn đồng thời 2ⁿ trạng thái, nghĩa là quy mô không gian tính toán tăng theo cấp số nhân. Nhờ đó, máy tính lượng tử có tiềm năng giải quyết những bài toán cực kỳ phức tạp – chẳng hạn như phân tích hệ thống phân tử, giải các bài toán tối ưu hóa hoặc phân rã số nguyên lớn – chỉ trong vài phút, trong khi máy tính cổ điển có thể mất hàng ngàn năm.

ECDSA và SHA-256 là gì?

ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm)

ECDSA là thuật toán chữ ký số dựa trên lý thuyết đường cong elliptic (Elliptic Curve Cryptography – ECC), được sử dụng để tạo và xác minh chữ ký trong các giao dịch Bitcoin. Khi một người dùng muốn gửi Bitcoin, họ phải ký vào giao dịch bằng khóa riêng (private key), nhằm xác minh quyền sở hữu và tính hợp lệ của giao dịch.

Nguyên lý hoạt động:

• Từ một khóa riêng (private key), thuật toán sinh ra một khóa công khai (public key).

• Khi người dùng ký giao dịch bằng khóa riêng, người khác có thể sử dụng khóa công khai để xác minh rằng chữ ký đó là hợp lệ và đến từ chủ sở hữu hợp pháp.

Lợi ích của ECDSA trong blockchain

• Tính bảo mật cao: Dựa trên độ khó toán học của bài toán logarit rời rạc trên đường cong elliptic, rất khó để giả mạo hoặc phá vỡ chữ ký.

• Hiệu quả tài nguyên: So với các thuật toán mã hóa bất đối xứng khác như RSA, ECDSA cung cấp mức độ bảo mật tương đương nhưng sử dụng ít bit và tài nguyên tính toán hơn.

• Khả năng ứng dụng rộng rãi: Ngoài Bitcoin, ECDSA được sử dụng trong nhiều hệ thống blockchain và ứng dụng bảo mật số khác.

SHA-256 (Secure Hash Algorithm – 256 bit)

SHA-256 là một thuật toán băm mật mã (cryptographic hash function) thuộc họ SHA-2, được sử dụng rộng rãi trong hạ tầng kỹ thuật của Bitcoin. Cụ thể, SHA-256 đảm nhiệm các chức năng quan trọng như:

• Mã hóa dữ liệu giao dịch, địa chỉ ví, và thông tin trong block header.

• Tham gia trực tiếp vào quá trình đào Bitcoin (cơ chế proof-of-work), nơi các thợ đào cần tìm một đầu vào mà khi băm sẽ tạo ra một giá trị đầu ra thỏa mãn điều kiện mạng lưới đề ra.

Nguyên lý hoạt động:

• Thuật toán nhận vào một chuỗi dữ liệu có độ dài bất kỳ, sau đó trả về một chuỗi đầu ra có độ dài cố định 256 bit (tương đương 64 ký tự dạng hexadecimal).

• Một đặc điểm nổi bật: chỉ cần thay đổi một ký tự nhỏ trong đầu vào, kết quả đầu ra sẽ thay đổi hoàn toàn – điều này đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu.

Ví dụ: Băm chuỗi "HCCVentures" → a6bf86035dee7fd7664678ce2e606966dc2bbd9d9eaed2fa2725c03b53863a7b

Các tính chất quan trọng của SHA-256 trong blockchain

• Không thể đảo ngược: Không thể truy xuất lại dữ liệu đầu vào từ giá trị băm đầu ra, đảm bảo tính bảo mật.

• Tính duy nhất cao: Xác suất để hai dữ liệu khác nhau tạo ra cùng một giá trị băm (gọi là collision) là cực kỳ thấp, gần như không thể trong thực tế.

Rủi ro đối với mạng lưới blockchain từ máy tính lượng tử

Sự phát triển nhanh chóng của máy tính lượng tử (Quantum Computer – QC) đang làm dấy lên những lo ngại nghiêm trọng về bảo mật trong các hệ thống blockchain, đặc biệt là Bitcoin. Với khả năng xử lý vượt trội nhờ nguyên lý chồng chập và rối lượng tử, máy tính lượng tử có thể thực hiện một số tác vụ tính toán mà máy tính cổ điển phải mất hàng nghìn năm, chỉ trong vài giờ hoặc vài tháng.

Một trong những rủi ro đáng chú ý nhất là khả năng tấn công 51% – tức là khi một thực thể kiểm soát hơn 50% sức mạnh tính toán trong mạng lưới, họ có thể:

• Thay đổi lịch sử giao dịch,

• Ngăn chặn giao dịch mới được xác nhận,

• Chi tiêu lại (double spending), gây mất niềm tin vào toàn bộ hệ thống.

Máy tính lượng tử, với tốc độ tính toán khổng lồ, có thể phá vỡ các cơ chế mã hóa hiện tại – chẳng hạn như thuật toán

ECDSA, vốn bảo vệ khóa riêng (private key) của người dùng:

• Ví dụ minh họa: Để phá được 12 ký tự trong một địa chỉ ví thông qua brute-force từ public key, cần khoảng 3,4 triệu tỷ phép tính.

  • Với máy tính cổ điển: cần hàng nghìn năm để hoàn thành.

  • Với máy tính lượng tử: chỉ mất vài giờ đến vài ngày.

Nếu một tác nhân độc hại sở hữu máy tính lượng tử mạnh, họ có thể xác định private key của một lượng lớn ví và chiếm quyền kiểm soát phần lớn tài sản hoặc sức mạnh xác thực trong hệ thống. Trong kịch bản nghiêm trọng, việc chiếm đoạt 51% ví nắm giữ quyền quản trị (ví lớn trong staking/mining) sẽ chỉ cần vài tháng tính toán – đủ để gây ra khủng hoảng toàn diện trong mạng lưới blockchain bị ảnh hưởng.

Giải pháp chống lại rủi ro từ máy tính lượng tử

Sự xuất hiện của máy tính lượng tử đặt ra nhu cầu cấp thiết phải xây dựng các hệ thống mật mã “chống lượng tử” (quantum-resistant). Hiện tại, có nhiều hướng tiếp cận kỹ thuật nhằm bảo vệ dữ liệu và giao dịch trước nguy cơ tấn công lượng tử, bao gồm:

• TEE (Trusted Execution Environment) – Môi trường thực thi an toàn, cô lập việc xử lý dữ liệu nhạy cảm khỏi các tác nhân độc hại.

• FHE (Fully Homomorphic Encryption) – Mã hóa đồng hình hoàn toàn, cho phép xử lý dữ liệu khi đang được mã hóa, mà không cần giải mã trước.

• Tuy nhiên, giải pháp nổi bật và đang được ứng dụng phổ biến nhất trong lĩnh vực blockchain hiện nay chính là ZKP (Zero-Knowledge Proofs).

Zero-Knowledge Proofs (ZKPs): Bằng chứng không tiết lộ

ZKP là một kỹ thuật mật mã cho phép một bên (người chứng minh) chứng minh với bên còn lại (người xác minh) rằng họ biết một thông tin cụ thể — mà không cần tiết lộ nội dung thông tin đó.

Ứng dụng trong blockchain: ZKPs đang được triển khai rộng rãi trong các giao thức bảo mật và mở rộng quy mô, tiêu biểu như:

• zk-SNARKs, zk-Rollups trong mạng lưới Ethereum

• Các blockchain bảo mật như Zcash, cho phép giao dịch ẩn danh hoàn toàn

Ví dụ minh họa (giải thích theo cách trực quan):

Giả sử một hacker biết mật khẩu tài khoản Binance của bạn. Thay vì nói ra mật khẩu (tiết lộ thông tin), hacker chỉ cần thực hiện hành động rút tiền thành công nhiều lần từ tài khoản của bạn.

• Lần đầu, bạn có thể nghi ngờ do dính virus hoặc lỗi thiết bị.

• Bạn thay điện thoại, cài lại ứng dụng, nhưng vẫn chưa đổi mật khẩu.

• Khi hacker tiếp tục rút tiền lần nữa, bạn biết chắc chắn rằng mật khẩu đã bị lộ — dù hacker không hề nói ra.

Đây chính là bản chất của Zero-Knowledge Proof: chứng minh một sự thật, mà không cần công khai dữ liệu gốc.

ZKPs không chỉ tăng cường quyền riêng tư, mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng các hệ thống blockchain an toàn trước máy tính lượng tử. Khi các thuật toán như ECDSA hoặc SHA-256 dần mất khả năng chống chịu lượng tử, các công nghệ như ZKP, cùng với mật mã hậu lượng tử (post-quantum cryptography), sẽ là chìa khóa bảo vệ tương lai của tài sản số.

Theo dõi chúng tôi