Máy tính lượng tử: mối đe dọa mới đối với an ninh mạng toàn cầu

Sự phát triển của máy tính lượng tử đang đặt ra thách thức lớn đối với các nền tảng mật mã bảo vệ Internet, hệ thống ngân hàng, chính phủ và dữ liệu doanh nghiệp. Đáng lo ngại, tin tặc có thể thu thập dữ liệu mã hóa ngay từ hôm nay, chờ đến khi công nghệ đủ mạnh để giải mã trong tương lai…

Trong nhiều thập kỷ, các thuật toán mật mã hiện đại đã tạo thành lớp bảo vệ nền tảng cho nền kinh tế số. Từ những giao dịch ngân hàng trực tuyến, hoạt động thương mại điện tử, thư điện tử, trao đổi thông tin giữa các cơ quan chính phủ đến việc lưu trữ dữ liệu doanh nghiệp, tất cả đều phụ thuộc vào khả năng bảo vệ thông tin trước những truy cập trái phép.

Tuy nhiên, sự phát triển của điện toán lượng tử đang làm thay đổi những giả định vốn được xem là nền tảng của an ninh mạng. Khác với máy tính truyền thống, máy tính lượng tử khai thác các nguyên lý của cơ học lượng tử để xử lý một số dạng bài toán đặc biệt. Khi đạt đến quy mô và độ tin cậy đủ lớn, công nghệ này có thể giải quyết những bài toán toán học mà các hệ thống máy tính hiện nay phải mất thời gian rất dài để xử lý.

Điều đó đồng nghĩa với việc một số thuật toán mật mã đang bảo vệ thế giới số có thể không còn đủ an toàn. Mặc dù máy tính lượng tử có khả năng phá vỡ những hệ thống mã hóa phổ biến vẫn đang trong quá trình phát triển, giới chuyên gia an ninh mạng cho rằng các tổ chức không thể chờ đến khi nguy cơ trở thành hiện thực mới bắt đầu chuẩn bị.

NHỮNG NỀN TẢNG MẬT MÃ ĐANG ĐỨNG TRƯỚC THÁCH THỨC MỚI

An ninh mạng hiện đại dựa trên nhiều phương thức mật mã khác nhau. Trong đó, mật mã khóa công khai đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc thiết lập kết nối an toàn, xác thực danh tính, trao đổi khóa và bảo đảm tính toàn vẹn của thông tin.

Các thuật toán như RSA và Elliptic Curve Cryptography (ECC) hiện được sử dụng rộng rãi trong những giao thức bảo mật Internet, hệ thống ngân hàng, chữ ký số, chứng thư điện tử và nhiều ứng dụng quan trọng khác.

Mức độ an toàn của những thuật toán này dựa trên các bài toán toán học được cho là rất khó giải đối với máy tính truyền thống. Chẳng hạn, RSA dựa trên độ khó của việc phân tích một số nguyên lớn thành các thừa số nguyên tố, trong khi ECC dựa trên bài toán logarit rời rạc trên đường cong elliptic.

Với năng lực tính toán hiện nay, việc giải quyết những bài toán này để phá mã trong các điều kiện thực tế đòi hỏi nguồn lực và thời gian rất lớn. Tuy nhiên, máy tính lượng tử có thể làm thay đổi căn bản tình hình.

Một trong những thuật toán lượng tử được giới nghiên cứu đặc biệt quan tâm là thuật toán Shor. Về lý thuyết, thuật toán này có thể giải quyết hiệu quả các bài toán phân tích thừa số nguyên và logarit rời rạc khi được triển khai trên một máy tính lượng tử đủ lớn, có khả năng sửa lỗi và vận hành ổn định.

Nếu đạt được năng lực đó, máy tính lượng tử có thể đe dọa trực tiếp nền tảng bảo mật của RSA và ECC. Những khóa mật mã vốn được xem là rất khó phá bằng máy tính thông thường có thể trở nên dễ bị tổn thương hơn đáng kể.

Tác động không chỉ giới hạn ở một số hệ thống công nghệ chuyên biệt. RSA và ECC hiện diện trong nhiều lớp hạ tầng số, từ kết nối bảo mật trên Internet, hệ thống định danh điện tử, chữ ký số đến các nền tảng giao dịch tài chính. Vì vậy, việc những thuật toán này suy yếu có thể kéo theo những hệ quả rộng lớn đối với toàn bộ hệ sinh thái kinh tế số.

Theo Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ quốc gia Mỹ (NIST), hiện chưa thể xác định chính xác thời điểm máy tính lượng tử đủ mạnh để đe dọa các phương thức mã hóa đang được sử dụng. Các nhà nghiên cứu vẫn phải giải quyết nhiều thách thức kỹ thuật, trong đó có độ ổn định của qubit, khả năng sửa lỗi và mở rộng quy mô hệ thống.

Tuy nhiên, NIST cho rằng quy mô và mức độ tác động tiềm tàng của nguy cơ này đủ lớn để các tổ chức phải chuẩn bị từ sớm. Bởi quá trình chuyển đổi sang những thuật toán mới không thể hoàn thành trong một thời gian ngắn.

Cũng cần phân biệt rằng máy tính lượng tử không đồng nghĩa với việc mọi phương thức mã hóa hiện nay đều sẽ bị phá vỡ. Nguy cơ lớn nhất tập trung vào các thuật toán mật mã khóa công khai như RSA và ECC. Đối với mật mã đối xứng như AES, tác động của thuật toán lượng tử khác biệt và có thể được giảm thiểu bằng cách sử dụng kích thước khóa phù hợp.

'THU THẬP HÔM NAY, GIẢI MÃ NGÀY MAI': NGUY CƠ ĐÃ BẮT ĐẦU?

Một trong những vấn đề khiến giới chuyên gia an ninh mạng lo ngại là hình thức tấn công được gọi là 'Harvest Now, Decrypt Later' (HNDL), có thể hiểu là thu thập dữ liệu hôm nay và giải mã trong tương lai.

Khác với những cuộc tấn công mạng thông thường nhằm đánh cắp hoặc khai thác thông tin ngay lập tức, HNDL có cách tiếp cận dài hạn hơn. Tin tặc có thể thu thập các dữ liệu đã được mã hóa thông qua việc xâm nhập máy chủ, nghe lén lưu lượng truyền tải trên mạng hoặc khai thác những điểm yếu trong hệ thống lưu trữ. Sau đó, chúng lưu giữ những dữ liệu này trong thời gian dài, chờ đến khi máy tính lượng tử đạt đủ năng lực để tìm cách giải mã.

Nói cách khác, dữ liệu được mã hóa hôm nay có thể chưa bị giải mã ngay, nhưng không có nghĩa là nó sẽ luôn được bảo vệ an toàn trong tương lai.

Đây là điểm khác biệt căn bản của HNDL so với những hình thức tấn công mạng truyền thống. Kẻ tấn công không nhất thiết phải khai thác ngay giá trị của dữ liệu sau khi đánh cắp. Chúng có thể chấp nhận chi phí lưu trữ và chờ đợi trong nhiều năm, đặc biệt khi thông tin thu thập được có giá trị lâu dài.

Theo NIST, một số loại thông tin nhạy cảm vẫn có giá trị trong nhiều năm, thậm chí nhiều thập kỷ. Nếu bị thu thập và lưu trữ trái phép, chúng có thể trở thành mục tiêu giải mã khi công nghệ lượng tử phát triển đủ mạnh.

Chẳng hạn, hồ sơ y tế, dữ liệu tài chính, bí mật thương mại, thông tin nghiên cứu và phát triển công nghệ, dữ liệu sở hữu trí tuệ hay thông tin liên quan đến an ninh quốc gia đều có thể duy trì giá trị bảo mật trong thời gian dài. Việc những thông tin này bị lộ sau 5, 10 hoặc 20 năm vẫn có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng.

Trong lĩnh vực ngân hàng, dữ liệu giao dịch, thông tin khách hàng và hồ sơ tài chính có thể bị khai thác để phục vụ các hành vi gian lận hoặc đánh cắp danh tính. Đối với doanh nghiệp, những tài liệu về công nghệ, thiết kế sản phẩm, chiến lược kinh doanh và hợp đồng thương mại có thể bị sử dụng để tạo lợi thế cạnh tranh bất hợp pháp.

Với các cơ quan nhà nước, dữ liệu ngoại giao, quốc phòng và thông tin liên quan đến hoạt động quản lý quốc gia có thể tiếp tục nhạy cảm trong nhiều năm sau thời điểm được tạo ra.

Đáng chú ý, báo cáo 'Harvest now, decrypt later' do Cơ quan Cảnh sát châu Âu (Europol) phối hợp với Đại học Carlos III Madrid công bố ngày 7/10/2026 đã phân tích tính khả thi về kỹ thuật cũng như những hệ quả tội phạm của hình thức tấn công này. Báo cáo xem xét các động cơ, nhóm dữ liệu có nguy cơ và những kịch bản mà cơ quan thực thi pháp luật có thể phải đối mặt trong tương lai.

Những phân tích này cho thấy HNDL không còn đơn thuần là một giả thuyết kỹ thuật để thảo luận trong giới nghiên cứu. Đây đã trở thành một vấn đề cần được đưa vào chiến lược quản trị rủi ro an ninh mạng của các tổ chức.

CUỘC CHUYỂN ĐỔI MẬT MÃ KHÔNG THỂ CHỜ ĐẾN KHI MÁY TÍNH LƯỢNG TỬ ĐỦ MẠNH

Trước những nguy cơ trên, cộng đồng công nghệ và các cơ quan quản lý an ninh mạng quốc tế đang thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang mật mã hậu lượng tử (Post-Quantum Cryptography - PQC).

Khác với một số giải pháp bảo mật dựa trên chính công nghệ lượng tử, PQC sử dụng các thuật toán toán học được thiết kế để chống lại cả máy tính truyền thống và máy tính lượng tử. Mục tiêu là xây dựng những phương thức bảo vệ thông tin có thể duy trì tính an toàn ngay cả khi máy tính lượng tử đạt đến năng lực đủ lớn để phá vỡ một số thuật toán hiện hành.

Tháng 8/2024, NIST chính thức ban hành ba tiêu chuẩn mật mã hậu lượng tử đầu tiên, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong quá trình chuẩn bị cho kỷ nguyên điện toán lượng tử.

Ba tiêu chuẩn gồm FIPS 203 (ML-KEM), phục vụ thiết lập khóa mật mã; FIPS 204 (ML-DSA), phục vụ chữ ký số; và FIPS 205 (SLH-DSA), cũng dành cho chữ ký số nhưng dựa trên phương pháp mật mã hàm băm.

Việc các tiêu chuẩn này được ban hành tạo cơ sở để các nhà cung cấp công nghệ, tổ chức và doanh nghiệp phát triển, tích hợp những giải pháp bảo mật mới vào sản phẩm và hệ thống hiện có.

Tuy nhiên, chuyển đổi sang PQC không đơn giản là thay thế một thuật toán bằng một thuật toán khác. Các thuật toán mật mã hiện diện trong nhiều lớp hạ tầng công nghệ, từ phần mềm, máy chủ, thiết bị mạng, hệ thống xác thực đến các thiết bị công nghiệp và Internet vạn vật (IoT).

Một tổ chức lớn có thể sử dụng hàng nghìn ứng dụng, thiết bị và dịch vụ khác nhau, trong đó nhiều thành phần được xây dựng từ lâu hoặc phụ thuộc vào các nhà cung cấp bên ngoài. Việc xác định chính xác những vị trí đang sử dụng mật mã dễ bị tổn thương đã là một nhiệm vụ phức tạp.

Theo Trung tâm An ninh mạng quốc gia Anh (NCSC), chuyển đổi sang mật mã hậu lượng tử là một chương trình thay đổi công nghệ quy mô lớn, có thể kéo dài nhiều năm. Cơ quan này khuyến nghị các tổ chức hoàn thành việc kiểm kê, đánh giá hệ thống và xây dựng kế hoạch chuyển đổi ban đầu trước năm 2028; ưu tiên chuyển đổi những hệ thống quan trọng trước năm 2031; và hướng tới hoàn thành chuyển đổi toàn diện vào năm 2035.

NCSC cũng nhấn mạnh yêu cầu về khả năng linh hoạt chuyển đổi mật mã (cryptographic agility), tức khả năng thay đổi hoặc cập nhật thuật toán bảo mật khi cần thiết mà không phải xây dựng lại toàn bộ hệ thống.

Điều này đặc biệt quan trọng đối với những doanh nghiệp vận hành hạ tầng công nghệ phức tạp, các tổ chức tài chính, viễn thông và đơn vị quản lý hệ thống công nghiệp trọng yếu.

Đối với doanh nghiệp vừa và nhỏ, quá trình chuyển đổi có thể đơn giản hơn khi nhiều dịch vụ công nghệ phổ biến được nhà cung cấp cập nhật tự động. Tuy nhiên, những doanh nghiệp sử dụng phần mềm chuyên biệt, hệ thống tự phát triển hoặc thiết bị có vòng đời dài vẫn cần chủ động kiểm tra khả năng tương thích và kế hoạch nâng cấp.

BẢO VỆ DỮ LIỆU HÔM NAY ĐỂ TRÁNH RỦI RO TRONG TƯƠNG LAI

Vấn đề đặt ra với các doanh nghiệp không chỉ là thời điểm máy tính lượng tử có thể phá vỡ những thuật toán mật mã hiện nay, mà còn là thời gian dữ liệu cần được bảo vệ.

Một thông tin chỉ cần bảo mật trong vài tháng sẽ có mức độ rủi ro khác với dữ liệu cần được giữ bí mật trong 10–20 năm. Vì vậy, các tổ chức cần đánh giá đồng thời thời gian cần thiết để chuyển đổi hệ thống và vòng đời bảo mật của dữ liệu.

Nếu quá trình chuyển đổi công nghệ kéo dài nhiều năm, trong khi dữ liệu vẫn cần được bảo vệ lâu dài, việc trì hoãn có thể khiến tổ chức đối mặt với rủi ro ngay từ hiện tại.

Đối với Việt Nam, đây là vấn đề cần được quan tâm trong bối cảnh ngân hàng số, thương mại điện tử, chính phủ số, dịch vụ viễn thông và các nền tảng dữ liệu đang phát triển nhanh chóng. Khối lượng thông tin được tạo ra, truyền tải và lưu trữ ngày càng lớn, trong đó có nhiều dữ liệu cá nhân, tài chính, kinh doanh và thông tin quan trọng của các tổ chức.

Các doanh nghiệp cần bắt đầu từ việc kiểm kê những hệ thống đang sử dụng mật mã khóa công khai, xác định dữ liệu nào có giá trị bảo mật dài hạn, đánh giá mức độ phụ thuộc vào nhà cung cấp công nghệ và xây dựng kế hoạch chuyển đổi theo thứ tự ưu tiên.

Đặc biệt, những hệ thống liên quan đến dữ liệu khách hàng, giao dịch tài chính, bí mật kinh doanh và hạ tầng thiết yếu cần được xem xét sớm. Việc lựa chọn giải pháp cũng cần dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế, khả năng kiểm định độc lập, mức độ tương thích và hiệu quả vận hành thực tế.

Máy tính lượng tử vẫn đang trong quá trình phát triển và chưa có cơ sở để khẳng định thời điểm chính xác công nghệ này có thể phá vỡ các hệ thống mật mã phổ biến. Nhưng điều đó không đồng nghĩa các tổ chức có thể trì hoãn việc chuẩn bị.

Trong một thế giới mà dữ liệu có thể được thu thập hôm nay và giải mã sau nhiều năm, khái niệm an toàn thông tin không còn chỉ giới hạn ở khả năng chống lại những cuộc tấn công đang diễn ra. Đó còn là khả năng bảo vệ giá trị và tính bí mật của dữ liệu trước những năng lực công nghệ có thể xuất hiện trong tương lai.