Công nghệ lượng tử sẽ thay đổi tương lai như thế nào? PHẦN 5: Q-DAY
Q-Day (Ngày Q) - là cách giới an ninh mạng đặt tên cho thời điểm máy tính lượng tử fault-tolerant xuất hiện - ngày mà RSA và ECC trở thành vô dụng, và trật tự thế giới thay đổi.
Tin buồn là, Q-Day sẽ là sự gián đoạn lớn nhất trong lịch sử internet. Không hệ thống nào miễn dịch hoàn toàn.
Tin vui là, cùng chiếc máy đó, sẽ tìm ra thuốc mới cứu người, tạo năng lượng sạch, giúp con người chống lại - thậm chí chiến thắng - trong cuộc chiến với biến đổi khí hậu.
Những gì sẽ sụp đổ ngay lập tức khi thuật toán Shor chạy được?
Đó là mọi website đang khóa xanh - xài HTTPS/TLS.
Tất cả các giao dịch dùng chữ ký số TLS/SSL (vì nó xài thuật toán mã hóa RSA/ECC).
Tất cả các ví điện tử dùng ECDSA (Bitcoin, Ethereum, cùng nhiều loại crypto). Ước tính khoảng trên $2 triệu tỷ vốn hóa crypto sẽ bị thổi bay. Bitcoin là đối tượng ngon ăn nhất khi 25% bitcoin hiện vẫn đang nằm trong ví địa chỉ cũ (khóa công khai lộ ra ngoài blockchain), nên chỉ sau vài giờ các ví này sẽ bị rút sạch. 1,1 triệu BTC trong ví của Satoshi Nakamoto, nếu vẫn ở địa chỉ cũ, ai có máy QC đủ mạnh, trước sau gì cũng rút được hết.
Bitcoin tới giờ vẫn chưa áp dụng kháng lượng tử. Cộng đồng đã đề xuất BIP-360 (format địa chỉ kháng lượng tử) nhưng vẫn chưa đạt được đồng thuận.
Mọi kết nối bảo mật như hiện tại (vì xài SSH, VPN, PGP).
Mọi internet banking giao dịch điện tử, thẻ tín dụng bị tê liệt hoặc bị hack nếu không migrate sang các giải pháp kháng lượng tử kịp.
Mọi email đều có thể bị đọc được (vì xài S/MIME, PGP).
Các chữ ký phần mềm (ví dụ Windows Update) đều banh hết nếu xài code signing.
Cơ bản, các phương pháp bảo mật cũ cho Antivirus, VPN, firewall đều dựa trên RSA/ECC thì sản phẩm lập tức thành vô dụng và cần thiết kế lại từ đầu.
Mọi hạ tầng quan trọng (điện, nước, giao thông, không lưu...) - các hệ thống SCADA - đều có thể thành mục tiêu tấn công dễ dàng, vì chứng chỉ số PKI vô nghĩa.
Toàn bộ lịch sử bí mật của liên lạc ngoại giao, giao dịch ngầm... 10-20 năm qua (xem trong phần Havest Now, Decrypt Later) được giải mã.
Những gì sẽ vẫn an toàn trước Shor?
Tất cả những thứ xài AES-256 (chỉ bị yếu đi một nửa vì thuật toán Grover), SHA-256, SHA-3, PQC, QKD.
Ai có QC trước, người đó thắng
Máy tính lượng tử thực sự sẽ tạo ra một chênh lệch cực lớn - được dự đoán lớn gấp trăm nghìn lần tác động của AI hiện tại.
Tài chính sẽ là lĩnh vực cụ thể đầu tiên chứng kiến sự chênh lệch này. HFT (High-Frequency Trading) cho vào QC giúp phân tích thị trường nhanh hơn mọi đối thủ, tạo nên một lợi thế không công bằng rõ rệt. Các ngân hàng trung ương lo ngại ai kiểm soát QC mạnh nhất sẽ thống trị thị trường tài chính toàn cầu. IMF và BIS đã phát hành một loạt cảnh báo về rủi ro hệ thống tài chính từ Q-Day.
Trong dược phẩm, công ty nào sở hữu QC sẽ tìm ra thuốc mới (tất nhiên, các công ty lớn chỉ quan tâm thuốc đắt tiền như: chống ung thư, Alzheimer...) nhanh hơn, tiết kiệm hơn, và dẫn đầu thị trường. Với cuộc khủng hoảng kháng sinh đang tới (hiện tượng kháng kháng sinh ở mọi loại thuốc điều trị thông thường), QC sẽ giúp thiết kế một thế hệ thuốc kháng sinh mới từ đầu (thay vì vài triệu năm như tính toán).
Trong năng lượng, cuộc cách mạng lớn nhất cũng sớm xuất hiện chóng vánh. Vì ngành này có bản chất đều hoạt động ở cấp độ nguyên tử và electron, nên áp dụng lượng tử rất phù hợp. Pin xe điện, thay vì sạc lần lượt, nay dùng vướng víu (rối) lượng tử, có thể sạc các hạt đồng thời (có thể gọi là pin lượng tử cho chuẩn). Pin mặt trời có thể xài chấm lượng tử (quantum dots) để bẫy và kích thích photon, giảm thất thoát, hiệu suất vượt trội. Phân bón (cũng thuộc nhóm năng lượng, vì phụ thuộc lớn vào khí thiên nhiên, năng lượng hóa thạch và điện) cũng xài chấm lượng tử cho tối ưu hóa hiệu suất và năng suất.
QC giúp mô phỏng biến đối khí hậu chính xác gấp trăm lần hiện tại, tăng tốc khả năng thiết kế được vật liệu hấp thụ CO2, tối ưu hóa lưới điện tái tạo. Các hãng nghiên cứu hàng đầu đều thống nhất rằng, tác động của QC tới khí hậu là vô giá, có thể là tác động lớn nhất trong lịch sử nhân loại - cứu loài người khỏi diệt vong.
Với vật lý cơ bản, QC tăng tốc khả năng nghiên cứu vật chất tối, vật lý hạt, plasma. Năng lượng nhiệt hạch được kỳ vọng sẽ sớm bước vào thương mại hóa.
Trong điện toán, công ty nào có QC được kỳ vọng sẽ train AI nhanh hơn theo cấp số nhân cho bài toán phù hợp (chủ đề này vẫn đang tranh luận nhé, chưa có kết luận, vì QML-quantum machine learning vẫn chỉ là lý thuyết, chưa biết nó có thể hơn gì AI/ML hiện tại không), giải các bài toán tối ưu hóa nhanh hơn, đặc biệt các công ty cung cấp cloud (như Google hay AWS, Microsoft, IBM).
Thông tin & tình báo cũng tạo ra phân cực lớn. Nước nào có QC trước, sẽ đọc được thông tin tình báo của các nước khác, tạo ra lợi thế tuyệt đối phi thường trong ngoại giao, chính trị và quân sự. Ví dụ, nước A có QC đầu tiên, giúp phá mã thông tin liên lạc quân sự, biết được mọi kế hoạch tác chiến của các quốc gia khác. Tên lửa dẫn đường GPS tối tân nhất hiện nay đang xài mã hóa M-code hoặc P(Y), đều dựa trên thuật toán AES, không kháng được lượng tử, nên dùng QC có thể phá được và giả mạo tín hiệu IFF để nó vô hiệu hoặc sửa cho bay tới địa chỉ mới. QC cũng giúp phá các hệ thống SCADA (giao thông, không lưu, điện...), giúp người ta kiểm soát mọi loại giao thông và điện nước của một quốc gia. Các nhà máy điện hạt nhân lúc này là nỗi lo lớn nhất.
Trong lịch sử, thay đổi cân bằng quyền lực đều tới từ lợi thế vượt trội trong quân sự. Bom nguyên tử ra đời, thế giới trở thành lưỡng cực (Mỹ và Liên Xô sở hữu bom nguyên tử nên đứng đầu). Khi Liên Xô tan rã, nhiều quốc gia cùng đua nhau phát triển khoa học, công nghệ, kinh tế và quân sự, tạo nên một thế giới đa cực ngày nay. Khi QC thực sự ra đời, nó sẽ tạo ra một sự phân cực nữa (hy vọng không phải là đơn cực). Bom nguyên tử chỉ hủy diệt vật chất, QC có khả năng hủy diệt mọi thông tin, còn nguy hiểm hơn nhiều. QC được các quốc gia coi là vũ khí chiến lược, ngang hàng với vũ khí hạt nhân.
Vấn đề lớn nhất và được tranh luận nhiều không kém, đó là: Không biết ai đã đạt Q-Day - vì có khả năng họ sẽ không công bố. Vũ khí hạt nhân, mọi người đều biết ai đang sở hữu, do các bằng chứng khoa học không thể che giấu, bao gồm các vụ thử nghiệm tạo ra sóng địa chấn lớn, sự giám sát chặt chẽ từ vệ tinh quân sự.
Kịch bản đáng sợ nhất được vẽ ra là: một quốc gia đã bí mật đạt Q-Day, và âm thầm khai thác nó trong suốt nhiều năm trước khi bị phát hiện.
Với năng lực và tình hình lượng tử hiện tại, có tới gần 20 quốc gia có khả năng này. Đó là lý do tại sao chính phủ Mỹ lo lắng tới vậy.
Điểm yếu của công nghệ lượng tử
Vấn đề của lượng tử - cũng như điện toán lượng tử - là có nhiều cấp độ khó. Từ vật lý cơ bản đến thực tiễn triển khai - mỗi tầng là một rào cản riêng biệt.
Tầng 1 - vật lý cơ bản: lượng tử được coi là một trong những mảng khó nhất của vật lý. Vì nó quá khó, nên đã và vẫn đang hạn chế khả năng tiếp cận của số đông nhân loại. Chỉ ở vài quốc gia phát triển - nơi nền tảng giáo dục phổ thông cung cấp cho mặt bằng dân số một trình độ nhận thức chung rất cao - báo chí phổ thông mới khai thác lượng tử như thông tin hàng ngày.
Tầng 2 - kỹ thuật phần cứng: không phải khó nhất, nhưng cũng cực khó nhằn. Tin vui là phần này đang được cải thiện rất nhanh, nhờ sự phát triển cấp số nhân của công nghệ vật liệu, toán học và hóa học, cơ khí. Quan trọng, đây là tầng có lượng người đông nhất tham gia - tầng lớp kỹ sư luôn có ở mọi quốc gia phát triển, đồng thời thống trị ở mọi quốc gia đang và kém phát triển.
Tầng 3 - hạ tầng & vận hành: do hạ tầng riêng biệt, chi phí quá cao, nên tầng này vẫn đang bị hạn chế. Giới hạn của tầng này rất thực tế, chủ yếu là vấn đề tiền bạc và con người. Đừng đùa, đây là rào cản lớn nhất trong 5 tầng.
Tầng 4 - thuật toán/lập trình: so với điện toán cổ điển thì độ khó chỉ thuộc cấp bình thường. Nhưng vì ít tài nguyên, ít thời gian, nên không phát triển lắm (điện toán cổ điển có hàng triệu thuật toán sau 70 năm, còn điện toán lượng tử chỉ có vài chục thuật toán sau 30 năm). Đặc biệt, tầng này còn liên quan tới một mảng mới ra đời - dequantization (khử lượng tử) - thiết kế các thuật toán giúp máy tính cổ điển có tốc độ xử lý nhanh gần hoặc tương đương máy tính lượng tử. Tôi sẽ nói phần này sau.
Tầng 5 - phạm vi bài toán: không có nhiều bài toán cần tới máy tính lượng tử. Với tốc độ tính toán hiện nay 10.000 shot/s, thì máy tính lượng tử thua cả một laptop bèo nếu giải một bài toán nhỏ (như xử lý văn bản, streaming, hay CRUD với database). Những bài toán như mô phỏng biến đổi khí hậu, thiết kế vật liệu mới, phân tích phân tử... - nơi siêu máy tính thường cần hàng triệu năm mới giải xong - thì phù hợp với lượng tử. Nên tìm chọn và hiểu đúng bài toán rất quan trọng. Tầng này được cho là dễ nhất, có thể tiếp cận được số đông nhân loại.
Tôi phải nhắc lại phần này lần nữa. Máy tính lượng tử không giải được mọi bài toán. Nó chỉ giải một số bài toán mà thế giới KHÔNG có cách giải khác. Với mọi thứ khác - laptop của bạn vẫn nhanh hơn, rẻ hơn, đáng tin cậy hơn rất nhiều. Hiểu điều này để không bị lừa, không ảo tưởng, nhưng cũng không bỏ lỡ cuộc cách mạng đang diễn ra.
Cuộc chạy đua trước Q-Day
Câu hỏi không phải "liệu Q-Day có xảy ra không" - mà là "chúng ta có kịp chuẩn bị không".
Hàng tỷ website HTTPS. Hơn 50 tỷ thiết bị IoT. Hàng trăm nghìn hệ thống kế thừa (legacy).
Internet cần 10-15 năm để chuyển từ IPv4 sang IPv6. PQC phức tạp hơn nhiều.
Mỹ, Trung Quốc và các big tech vẫn đang công khai dẫn đầu.
Các nước đang phát triển (trong đó có Việt Nam) có nguy cơ tụt hậu vì chưa có kế hoạch kháng lượng tử rõ ràng.
Với các quốc gia kém phát triển, có thể là một lợi thế. Họ sẽ trực tiếp xài PQC mới luôn (giống như cách Việt Nam và nhiều nước làm với mobile banking).
Trong kịch bản tốt, Q-Day đến chậm (sau năm 2035). Jensen Huang - CEO của NVIDIA - thuộc phe này. Ông từng phát biểu, QC thật thì còn khuya, phải 20 năm nữa may ra mới có - dù sau đó ông đã xin lỗi. Với kịch bản này, PQC và QKD đã triển khai rộng. Chuyển đổi êm thấm. Thế giới đã chuẩn bị kịp. Thú vị là khá nhiều nhân vật sừng sỏ trong giới công nghệ đứng về phía quan điểm này. Do đó, xác suất của nó rất cao: 40%.
Kịch bản trung bình, Q-Day tới vào khoảng năm 2030-2033, theo dự báo của nhiều tổ chức và trung tâm lượng tử. PQC và QKD chưa hoàn toàn phổ biến. Gián đoạn nghiêm trọng nhưng không sụp đổ. Xác suất khoảng 45%.
Kịch bản xấu: Q-Day đến sớm trước năm 2030, và/hoặc bí mật (một quốc gia đạt Q-Day, âm thầm khai thác 2-3 năm mới bị phát hiện). Gián đoạn và sụp đổ ở nhiều hệ thống, tạo sự cách biệt ngày càng lớn giữa các quốc gia. Xác suất 15%.
Quyền lực mới gọi tên ai?
Nhân loại đã sống qua thời đại bom nguyên tử, internet, AI - và thích nghi tốt. Với QC cũng vậy thôi. Không có gì là mãi mãi.
<< Phần 4: MÃ HÓA HẬU LƯỢNG TỬ
Phần 6 >>
Nhận xét
Đăng nhận xét