Chống lại những cuộc tấn công lượng tử trong tương lai

Vai trò của mạng lưới điện toán lượng tử

Hiện nay, những lỗ hổng về thuật toán và các hạn chế trong hàng rào bảo mật viễn thông có thể dẫn đến nhiều rủi ro về an ninh mạng. Báo cáo Xu hướng công nghệ thường niên năm 2025 của Deloitte chỉ ra rằng, khả năng giải quyết các bài toán phức tạp chỉ trong vài phút của máy tính lượng tử sẽ vô hiệu hóa hoàn toàn các kỹ thuật mã hóa truyền thống. Điều này đặt ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với ngành viễn thông, đòi hỏi phải có những biện pháp bảo mật cấp bách và mạnh mẽ hơn để bảo vệ dữ liệu nhạy cảm của cá nhân và tổ chức.

Theo Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA), điện toán lượng tử sẽ gây ra mối đe dọa đáng kể đối với an ninh mạng, chủ yếu do khả năng phá vỡ các thuật toán mật mã. Đứng trước các mối đe dọa điện toán lượng tử, nhiều tập đoàn công nghệ lớn như Google, Apple đã bắt đầu thử nghiệm các kỹ thuật mã hóa bảo mật lượng tử.

Cụ thể, từ năm 2022, Google đã tiến hành tích hợp các giao thức chống lượng tử vào các phương thức liên lạc nội bộ của mình để ngăn chặn các vụ tấn công “đánh cắp trước, giải mã sau”. Tháng 2/2024, Apple ra mắt hệ thống PQ3 để xác thực người gửi và xác minh tài khoản người dùng, cho phép bảo vệ iMessage vì các cơ chế này không thể bị tấn công ngược lại bằng máy tính lượng tử.

Tháng 7/2022, Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ quốc gia (NIST) đã chọn 4 thuật toán chống lại sự tấn công của máy tính lượng tử. Đánh giá dựa trên tính năng phá vỡ bảo mật được sử dụng để bảo vệ quyền riêng tư trong các hệ thống kỹ thuật số như ngân hàng trực tuyến hay phần mềm email, các thuật toán thiết kế được lựa chọn sẽ cung cấp năng lực phòng thủ mạnh mẽ, chống lại mối đe dọa do công nghệ lượng tử gây ra, cho phép các công ty viễn thông triển khai hệ thống có khả năng chống chịu với điện toán lượng tử. Các chuyên gia đến từ NIST nhận định rằng, ngay cả khi dữ liệu được mã hóa cũng có thể bị các tác nhân độc hại lưu trữ và giải mã sau này.

Nhu cầu về công nghệ bảo mật hậu lượng tử

Công nghệ mật mã hậu lượng tử (PQC) liên quan đến việc phát triển các thuật toán mã hóa tiên tiến có thể chống lại các cuộc tấn công sử dụng công nghệ điện toán lượng tử, bảo vệ các lĩnh vực quan trọng như tài chính, chăm sóc sức khỏe… khỏi các cuộc tấn công mạng tiềm ẩn và ngăn chặn nguy cơ rò rỉ dữ liệu.

BIS Research định nghĩa, PQC là sự phát triển của các kỹ thuật mã hóa được thiết kế để chống lại các mối đe dọa do điện toán lượng tử gây ra. PQC được xây dựng thông qua nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau, bao gồm dựa trên mạng lưới (Lattice-based), dựa trên hàm băm (Hash-based), dựa trên mã (Code-based) và kỹ thuật mã hóa đa biến (Multivariate cryptographic techniques).

Thị trường PQC nhanh chóng trở nên nổi bật do nhu cầu bảo mật tài sản kỹ thuật số ngày càng tăng trước các mối đe dọa mới nổi do điện toán lượng tử gây ra. Tiêu biểu, trong lĩnh vực tài chính, các giao thức mã hóa truyền thống như RSA và ECC vốn là nền tảng bảo vệ dữ liệu nhạy cảm của khách hàng, giờ đây đứng trước nguy cơ bị vô hiệu hóa bởi sức mạnh tính toán của máy tính lượng tử. Khối lượng dữ liệu khổng lồ chứa đựng thông tin tài chính nhạy cảm, hồ sơ giao dịch và bí quyết kinh doanh của các tổ chức tài chính đang trở thành mục tiêu hấp dẫn cho các cuộc tấn công mạng.

Khi các tổ chức ngày càng nhận thức được những rủi ro mà điện toán lượng tử gây ra, các chính phủ và ngành công nghiệp đã ưu tiên đầu tư vào các giải pháp chống lượng tử. Gần đây, Chính phủ Hoa Kỳ đã chỉ đạo các cơ quan liên bang bắt đầu triển khai các biện pháp bảo vệ PQC thông qua Đạo luật Chuẩn bị an ninh mạng máy tính lượng tử. Tương tự, Cơ quan Tiền tệ Singapore (MAS) đưa ra một số chính sách trong việc khuyến khích doanh nghiệp chủ động thực hiện các biện pháp giảm thiểu liên quan đến vấn đề an ninh mạng lượng tử.

Nghiên cứu gần đây của Martin và cộng sự khẳng định vai trò và tiềm năng của công nghệ lượng tử đối với ngành viễn thông trong tương lai. Về mặt tiềm năng phát triển, trong báo cáo của Research and Markets, thị trường PQC được định giá 356,4 triệu USD trong năm 2023 và dự kiến đạt 17,69 tỷ USD vào năm 2034 với tỷ lệ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 41,47%.

Dù vậy, việc phát triển mạng lưới điện toán lượng tử tại nhiều quốc gia cũng tồn tại không ít thách thức, chẳng hạn tình trạng hạ tầng viễn thông dựa vào các hệ thống lỗi thời không tương thích với các cấu hình mật mã hiện đại.

Nguyễn Hoàng Nam