Các chuyên gia bảo mật từ lâu đã cảnh báo rằng máy tính lượng tử có thể gây ra mối đe dọa cơ bản đối với công nghệ mật mã truyền thống và làm lung lay nền tảng bảo mật của toàn bộ hệ thống mã hóa kỹ thuật số. Nghiên cứu mới nhất cho thấy quy mô cần thiết để một máy tính lượng tử (CRQC) có "khả năng liên quan đến mật mã" để phá vỡ RSA và mật mã đường cong elip (ECC) hiện đang được sử dụng rộng rãi có thể nhỏ hơn nhiều so với các dự đoán chính thống trước đây, điều đó có nghĩa là các hệ thống mã hóa hiện tại có thể bị tấn công lượng tử trong một khoảng thời gian ngắn hơn.

Một nghiên cứu của các kỹ sư đến từ Khoa Vật lý tại Viện Công nghệ California và Đại học California đã chỉ ra rằng việc sử dụng máy tính lượng tử với thuật toán Shor (thuật toán Shor) để bẻ khóa công nghệ mật mã khóa công khai tiên tiến nhất không cần đến một hệ thống quy mô cực lớn với hàng triệu qubit. Theo nghiên cứu, một máy tính lượng tử chỉ có khoảng 10.000 qubit nguyên tử có thể là mối đe dọa thực tế đối với mã hóa khóa công khai RSA. Ngưỡng này thấp hơn nhiều so với ước tính trước đây được cộng đồng khoa học đưa ra.

Trong suy luận cụ thể, các nhà nghiên cứu cũng đưa ra thang thời gian trực quan hơn: nếu một máy tính lượng tử có khoảng 26.000 qubit vật lý, về mặt lý thuyết, nó có thể bẻ khóa RSA-2048 trong khoảng 7 tháng, trong khi ECC-256, hiện đang được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống blockchain và tiền điện tử, có thể bị bẻ khóa chỉ trong 10 ngày. Hầu hết các loại tiền điện tử như Bitcoin và Ethereum, cũng như nhiều dự án blockchain, đều dựa vào mật mã đường cong elip để bảo vệ các giao dịch và tài khoản. Một khi điện toán lượng tử trở nên khả thi về mặt chi phí và kỹ thuật, các giả định bảo mật cốt lõi của các hệ thống này sẽ phải đối mặt với những thách thức chưa từng có.

Một nghiên cứu khác được Google Research công bố trong tuần này càng làm tăng thêm mối lo ngại trong ngành. Phân tích của nhóm Google cho thấy số lượng qubit vật lý cần thiết để phá vỡ ECC dự kiến ​​sẽ giảm xuống dưới 500.000, tức là khoảng 1/20 so với một số dự đoán trước đó. Để chứng minh khái niệm, các nhà nghiên cứu đã biên soạn hai bộ mạch lượng tử để triển khai thuật toán Shor; Thuật toán Shor được nhà toán học người Mỹ Peter Shor đề xuất vào năm 1994 và được coi là một trong số ít thuật toán lượng tử có triển vọng ứng dụng rõ ràng trong thế giới thực.

Trong số hai sơ đồ mạch, sơ đồ đầu tiên sử dụng ít hơn 1.200 qubit logic và 90 triệu cổng Toffoli, trong khi sơ đồ thứ hai sử dụng ít hơn 1.450 qubit logic và 70 triệu cổng Toffoli. Nghiên cứu chỉ ra rằng một khi phần cứng lượng tử phát triển đến quy mô đủ lớn để chứa các mạch như vậy, các mạch này dự kiến ​​sẽ hoàn thành hoạt động trong vài phút, từ đó phá vỡ bài toán logarit rời rạc đường cong elip 256 bit (ECDLP-256) hỗ trợ bảo mật ECC. Tuy nhiên, xét từ thực tế công nghệ hiện nay, phần cứng điện toán lượng tử hiện đại vẫn còn khá hạn chế về số lượng qubit logic. Hiện tại, nó chỉ có thể cung cấp khoảng 48 qubit logic, vẫn còn kém xa so với nhu cầu của các mạch trên.

Mặc dù vậy, các công ty công nghệ quốc tế đã bắt đầu đẩy nhanh quá trình chuyển đổi "mật mã hậu lượng tử". Nhóm nghiên cứu mật mã của Google gần đây đã công khai cảnh báo rằng để đảm bảo an ninh lâu dài cho thế giới kỹ thuật số, cần phải thay thế hoàn toàn sơ đồ mã hóa đường cong elip hiện tại bằng thuật toán mật mã kháng lượng tử vào năm 2029. Thời điểm này sớm hơn đáng kể so với mục tiêu chính thức là “đạt được sự sẵn sàng lượng tử hoàn toàn vào năm 2033” do chính phủ Hoa Kỳ đặt ra. Đồng thời, Google cũng thông báo sẽ bổ sung hỗ trợ cho thuật toán chữ ký số ML-DSA trong Android 17 nhằm thúc đẩy quá trình chuyển đổi nền tảng di động này sang kiến ​​trúc bảo mật “kháng lượng tử”. ML-DSA đã được Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) tiêu chuẩn hóa và được coi là một trong những thuật toán ứng cử viên quan trọng cho các hệ thống mật mã sau lượng tử.

Từ góc độ của giới mật mã và ngành công nghiệp, các xu hướng mới nhất từ ​​nghiên cứu hàn lâm và các công ty công nghệ lớn đang cùng nhau đưa ra một tín hiệu ngày càng rõ ràng: Máy tính lượng tử với khả năng phá hủy mật mã thực sự có thể xuất hiện sớm hơn dự kiến ​​và cơ sở hạ tầng mã hóa hiện có dựa trên RSA và ECC phải nhanh chóng thúc đẩy quá trình di chuyển có hệ thống sang kỷ nguyên hậu lượng tử. Mặt khác, một khi công nghệ điện toán lượng tử vượt qua ngưỡng tới hạn, hệ thống mã hóa “an toàn” hiện tại có thể bị lỗi trong một khoảng thời gian ngắn, do đó ảnh hưởng sâu sắc đến dữ liệu ngân hàng, ví tiền điện tử và thậm chí toàn bộ nền kinh tế kỹ thuật số.