Mối đe dọa lượng tử trong blockchain: phân biệt giữa ưu tiên thực sự và khẩn cấp giả tạo

Nguy hiểm thực sự: các cuộc tấn công thu hoạch và giải mã muộn

Rủi ro ngay lập tức do tính toán lượng tử đặt ra không phải là giả thuyết. Được gọi là “Harvest Now, Decrypt Later” (HNDL): các đối thủ tinh vi thu thập các liên lạc mã hóa ngày nay với ý định giải mã khi có khả năng lượng tử hoạt động. Đối với dữ liệu cần giữ bí mật trong nhiều thập kỷ — đặc biệt là thông tin nhạy cảm cấp nhà nước —, mối đe dọa này là thực tế và đòi hỏi hành động phòng ngừa ngay bây giờ. Các hệ thống cần bảo vệ trong 10-50 năm hoặc hơn nữa nên bắt đầu triển khai các sơ đồ mã hóa chống tấn công lượng tử, mà không cần chờ công nghệ trở nên hoàn toàn khả dụng.

Chữ ký số: một mối đe dọa không quá gần

Khác với mã hóa, chữ ký số đối mặt với một viễn cảnh rủi ro khác. Các chữ ký ECDSA và EdDSA, trụ cột của an ninh trong blockchain, không chứa thông tin cá nhân có thể bị phục hồi ngược nếu các thuật toán lượng tử thành công phá vỡ chúng trong tương lai. Một cuộc tấn công lượng tử thành công chỉ làm hỏng các giao dịch và ủy quyền sắp tới; không bao giờ làm mất hiệu lực các chữ ký lịch sử hay tiết lộ bí mật của quá khứ. Vì lý do này, mặc dù các chữ ký này cuối cùng sẽ cần cập nhật, không có sự cấp bách ngay lập tức để thực hiện quá trình chuyển đổi đó.

Chứng minh không kiến thức: vấn đề nhỏ nhất

zkSNARKs trình bày một mô hình an ninh hoàn toàn khác so với mã hóa đối xứng hoặc bất đối xứng. Mặc dù nhiều triển khai hiện tại dựa trên các đường cong elip, tính chất cơ bản —chứng minh kiến thức mà không tiết lộ thông tin—, vẫn được bảo vệ chống lại các cuộc tấn công lượng tử. Vì các chứng minh này không chứa dữ liệu cá nhân có thể phục hồi bằng thuật toán lượng tử, không áp dụng kịch bản “thu hoạch và giải mã muộn”. Do đó, các hệ thống dựa trên zkSNARKs có mức độ cấp bách thấp nhất trong tất cả các kiến trúc blockchain.

Thứ tự ưu tiên cho việc chuyển đổi lượng tử

Mối đe dọa lượng tử không ảnh hưởng đều nhau đến tất cả các lớp của công nghệ blockchain:

• Cấp độ cao nhất: Các mạng riêng tư và hệ thống mã hóa dài hạn lưu trữ dữ liệu cần giữ bí mật trong tương lai
• Ưu tiên trung bình: Các chuỗi công khai thông thường phụ thuộc vào các sơ đồ chữ ký hiện tại
• Ưu tiên thấp: Các hệ thống dựa trên zkSNARKs và chứng minh không kiến thức
• Trường hợp đặc biệt: Bitcoin, yêu cầu chuyển đổi trước các hệ thống khác

Bitcoin: ngoại lệ đòi hỏi dự phòng

Mặc dù phần lớn hệ sinh thái blockchain có thể chờ đợi, bitcoin là một ngoại lệ đủ lý do để bắt đầu lập kế hoạch chuyển đổi lượng tử ngay bây giờ. Các lý do là đa dạng và phức tạp.

Thứ nhất, giao thức bitcoin trải qua các chu kỳ cập nhật cực kỳ chậm. Bất kỳ thay đổi nào liên quan đến đồng thuận hoặc logic mã hóa đều gây tranh cãi, có thể dẫn đến các phân chia hoặc hard fork không thể hòa giải. Sự cứng nhắc này có nghĩa là hoàn tất một quá trình chuyển đổi lượng tử có thể mất một thập kỷ hoặc hơn nữa.

Thứ hai, bitcoin không thể buộc các chuyển đổi tự động của tài sản. Các khóa riêng tư thuộc sở hữu duy nhất của người dùng, và giao thức thiếu các cơ chế để bắt buộc cập nhật. Ước tính có hàng triệu BTC còn trong các ví không hoạt động, bị mất hoặc lỗi thời, sẽ mãi mãi dễ bị tổn thương trước các cuộc tấn công lượng tử trong tương lai khi tính toán lượng tử trở nên khả thi.

Thứ ba, nguồn gốc của bitcoin đặt ra một rủi ro đặc biệt: cấu trúc Pay-to-Public-Key (P2PK) trực tiếp tiết lộ các khóa công khai trên chuỗi khối. Thuật toán của Shor sẽ cho phép rút ngắn các khóa riêng từ các khóa công khai này ngay lập tức. Ngược lại, các sơ đồ hiện đại —dựa trên các hàm băm che giấu các khóa công khai— chỉ tiết lộ dữ liệu này trong các giao dịch, cung cấp một khoảng thời gian để hành động trước khi các kẻ tấn công.

Việc chuyển đổi bitcoin vượt ra ngoài khía cạnh kỹ thuật đơn thuần: nó liên quan đến các rủi ro pháp lý (các vấn đề chứng minh quyền sở hữu), phối hợp xã hội quy mô lớn, lịch trình thực hiện thực tế và chi phí đáng kể. Mặc dù mối đe dọa lượng tử còn xa, bitcoin cần thiết kế ngay hôm nay một lộ trình chuyển đổi không thể đảo ngược và có thể thực thi.

Cân nhắc thận trọng: không nên chuyển đổi vội vàng

Ngược lại, mặc dù mối đe dọa tồn tại, một sự cập nhật đột ngột và toàn diện của hệ sinh thái có thể gây ra các rủi ro lớn hơn nữa. Các thuật toán hậu lượng tử hiện tại đặt ra những thách thức không nên xem nhẹ: tăng đáng kể kích thước chữ ký, độ phức tạp trong triển khai cao, và trong nhiều trường hợp lịch sử, các lỗ hổng được phát hiện sau nhiều năm kể từ lần áp dụng ban đầu (Rainbow và SIKE là các ví dụ đáng chú ý).

Các chữ ký hậu lượng tử chính nổi bật —ML-DSA và Falcon— yêu cầu chữ ký lớn hơn từ 10 đến 100 lần so với hiện tại. Việc triển khai của chúng dễ bị tấn công qua các kênh bên, lỗi độ chính xác của số thực dấu phẩy động hoặc cấu hình tham số lỗi có thể làm lộ khóa.

Chiến lược đề xuất: tiếp cận dần dần và theo mô-đun

Blockchain cần tránh các chuyển đổi mù quáng sang hậu lượng tử. Thay vào đó, chiến lược kiến trúc theo từng bước, đa dạng và có thể thay thế là phù hợp:

• Mã hóa lai cho các liên lạc nhạy cảm dài hạn, kết hợp các thuật toán hậu lượng tử với các sơ đồ cổ điển đã được chứng minh
• Chữ ký dựa trên hàm băm trong các bối cảnh không cần chữ ký thường xuyên (cập nhật firmware, thay đổi hệ thống)
• Nghiên cứu liên tục ở cấp độ giao thức công khai, đồng bộ với tiến bộ thận trọng của hạ tầng khóa công khai của Internet
• Kiến trúc trừu tượng và mô-đun, cho phép các cơ chế chữ ký phát triển mà không làm tổn hại các danh tính lịch sử hoặc dòng tài sản trong chuỗi

Phương pháp này đảm bảo blockchain có thể thích nghi mà không vội vàng, tích hợp giải mã chống lượng tử khi an toàn và cần thiết, mà không làm suy yếu sự ổn định hiện tại.