How quantum physics can make encryption stronger | Vikram Sharma

Translator: thuydung nguyenvu Reviewer: Nguyen Hue

Gần đây, tôi chứng kiến những tác động của tấn công mạng đối với doanh nghiệp.

Vi phạm bảo mật dữ liệu tại công ty lớn như JP Morgan, Yahoo, Home Depot và Target

Recently, we've seen the effects of cyber attacks on the business world.

đã làm thất thoát hàng trăm triệu đô

thậm chí là hàng tỷ đô.

Data breaches at companies like JP Morgan, Yahoo, Home Depot and Target

Chỉ vài cuộc tấn công mạng sẽ huỷ hoại nền kinh tế thế giới.

have caused losses of hundreds of millions

Và khu vực công vẫn không phải ngoại lệ.

and in some cases, billions of dollars.

It wouldn't take many large attacks to ravage the world economy.

Từ năm 2012 đến 2014,

Lỗ hổng bảo mật dữ liệu xảy ra tại phòng quản lý cán bộ Hoa Kỳ.

And the public sector has not been immune, either.

In 2012 to 2014,

Dữ liệu miễn trừ an ninh và vân tay bị xâm phạm,

there was a significant data breach at the US Office of Personnel Management.

ảnh hưởng 22 triệu nhân viên.

Security clearance and fingerprint data was compromised,

Chắc bạn đã nghe nói về các hackers hưởng lương nhà nước

affecting 22 million employees.

sử dụng dữ liệu bị đánh cắp tác động lên kết quả bầu cử tại nhiều quốc gia.

And you may have heard of the attempt by state-sponsored hackers

Hai ví dụ gần đây về việc xâm phạm lượng lớn dữ liệu,

to use stolen data to influence election outcomes in a number of countries.

một là ở Bundestag, quốc hội liên bang Đức,

hai là việc đọc trộm email từ Uỷ Ban toàn quốc Đảng Dân Chủ Hoa Kỳ.

Two recent examples are the compromise of a large amount of data

from the Bundestag, the national Parliament of Germany,

Tấn công mạng đang tác động đến tiến trình dân chủ.

and the theft of emails from the US Democratic National Committee.

Khả năng cao là ngày càng ghê gớm hơn.

Khi công nghệ máy tính trở nên mạnh hơn

The cyber threat is now affecting our democratic processes.

hệ thống bảo vệ dữ liệu của chúng ta sẽ dễ bị tổn hại.

And it's likely to get worse.

As computer technology is becoming more powerful,

Một lo ngại khác đến từ một loại công nghệ mới

the systems we use to protect our data are becoming more vulnerable.

được gọi là máy tính lượng tử.

Máy tính lượng tử tạo đòn bẩy

Adding to the concern is a new type of computing technology,

nâng cao công suất máy tính tới mức độ không tưởng.

called quantum computing,

Tới nỗi nó sẽ bẻ gãy nhiều hệ thống mã hoá

which leverages microscopic properties of nature

to deliver unimaginable increases in computational power.

mà chúng ta đang sử dụng.

Liệu đây có phải tình huống vô vọng?

It's so powerful that it will crack many of the encryption systems

Chúng ta có nên đóng gói các thiết bị quan trọng của mình

và chuẩn bị cho ngày tận thế dữ liệu sắp tới?

that we use today.

So is the situation hopeless?

Không đâu. Máy tính lượng tử

Should we start packing our digital survival gear

vẫn đang trong quá trình thí nghiệm.

sẽ mất vài năm nữa để ứng dụng nó vào thực tế.

and prepare for an upcoming data apocalypse?

Quan trọng hơn,

I would say, not yet.

có nhiều đột phá quan trọng trong lĩnh vực mã hoá.

Quantum computing is still in the labs,

and it will take a few years until it's put to practical applications.

Theo tôi, đây là thời điểm thú vị

More important,

trong lịch sử ngành bảo mật thông tin.

there have been major breakthroughs in the field of encryption.

Khoảng 15 năm trước,

khi tôi học về khả năng tìm thấy cái mới của chúng ta

For me, this is a particularly exciting time

về việc tạo ra hiệu ứng lượng tử, điều mà không có trong tự nhiên

in the history of secure communications.

tôi vô cùng phấn khích.

About 15 years ago,

Ý tưởng áp dụng các định luật vật lý căn bản

when I learned of our new-found ability

to create quantum effects that don't exist in nature,

để tạo mã hoá mạnh hơn

đã thu hút tôi.

I was excited.

Ngày nay, một nhóm các công ty và phòng thí nghiệm trên thế giới,

The idea of applying the fundamental laws of physics

to make encryption stronger

really intrigued me.

đang hoàn thiện công nghệ này để đưa vào ứng dụng thực tế.

Today, a select groups of companies and labs around the world, including mine,

Đúng vậy.

Chúng tôi đang chuẩn bị dùng lượng tử đánh lượng tử.

are maturing this technology for practical applications.

Thế nghĩa là sao?

Trước hết hãy dạo quanh một vòng trong thế giới mã hoá.

That's right.

We are now preparing to fight quantum with quantum.

Hãy tưởng tượng, bạn có một chiếc cặp,

trong đó đựng tài liệu quan trọng cần gửi cho bạn của mình, James Bond.

So how does this all work?

Well, first, let's take a quick tour of the world of encryption.

Được khoá an toàn.

For that, you'll need a briefcase,

Tài liệu là tuyệt mật nên chúng ta phải dùng một chiếc cặp công nghệ cao.

some important documents that you want to send your friend, James Bond,

Có một ổ khoá đặc biệt,

and a lock to keep it all safe.

khi khoá lại,

Because the documents are top secret, we're going to use an advanced briefcase.

nó sẽ chuyển toàn bộ kí tự trong tài liệu thành dãy số ngẫu nhiên.

Vậy bỏ tài liệu vào chiếc cặp, khoá lại

It has a special combination lock

which, when closed,

vào lúc tài liệu được mã hoá thành các chữ số ngẫu nhiên

converts all the text in the documents to random numbers.

bạn gửi tới cho James.

So you put your documents inside, close the lock --

Khi chiếc cặp đang trên đường tới, bạn gọi và nói mật mã cho anh ấy.

at which point in time the documents get converted to random numbers --

Khi anh ấy nhận được chiếc cặp, nhập mật mã vào,

and you send the briefcase to James.

văn bản được mã hoá lại thành chữ,

While it's on its way, you call him to give him the code.

vậy là bạn vừa gửi đến Jame Bonds một thông điệp được mã hoá.

When he gets the briefcase, he enters the code,

(cười)

the documents get unscrambled, and voilà,

Dù đơn giản, nhưng ví dụ trên đã minh hoạ ba điểm quan trọng của mã hoá.

you've just sent an encoded message to James Bond.

Mật mã - hay còn gọi là chìa khoá mã hoá.

(Laughter)

A fun example, but it does illustrate three things important for encryption.

Hãy nghĩ nó giống như mật khẩu.

Cuộc gọi để báo mật mã cho James

The code -- we call this an encryption key.

gọi là trao đổi mật mã.

You can think of it as a password.

Việc này đảm bảo

The call to James to give him the code for the combination lock.

bạn có đúng chìa khoá mã hoá.

We call this key exchange.

Và ổ khoá giúp mã hoá và giải mã tài liệu.

This is how you ensure

you get the encryption key securely to the right place.

Đây gọi là thuật toán mã hoá.

Chìa khoá sẽ mã hoá văn bản trong tài liệu

And the lock, which encodes and decodes the document.

We call this an encryption algorithm.

thành dãy số ngẫu nhiên.

Một thuật toán mã hoá là tốt khi

Using the key, it encodes the text in the documents

nếu không có chìa khoá sẽ rất khó giải mã ná.

to random numbers.

A good algorithm will encode in such a way

Mã hoá quan trọng vì

nếu ai đó lấy được chiếc cặp và cố gắng mở nó,

that without the key it's very difficult to unscramble.

nhưng nếu không có chìa khoá và thuật toán mã hoá,

What makes encryption so important

họ sẽ không bao giờ đọc được tài liệu.

is that if someone were to capture the briefcase and cut it open

Họ chỉ sẽ nhìn thấy các chữ số ngẫu nhiên trước mắt.

without the encryption key and the encryption algorithm,

they wouldn't be able to read the documents.

Hầu hết các hệ thống bảo mật đều phụ thuộc việc trao đổi chìa khoá

They would look like nothing more than a bunch of random numbers.

để trao đổi key đến đúng chỗ.

Most security systems rely on a secure method for key exchange

Tuy nhiên, khi công suất tính toán tăng nhanh,

to communicate the encryption key to the right place.

những phương pháp bảo mật ngày nay sẽ gặp rắc rối.

However, rapid increases in computational power

Hãy xem xét RSA - một trong những hệ thống được dùng rộng rãi nhất.

are putting at risk a number of the key exchange methods we have today.

Nó được phát minh vào năm 1977,

Consider one of the very widely used systems today -- RSA.

ước tính sẽ mất 400 triệu tỷ năm

When it was invented, in 1977,

để bẻ 426 bit RSA.

it was estimated that it would take 40 quadrillion years

Năm 1994, chỉ 17 năm sau đó,

to break a 426-bit RSA key.

mật mã đã bị bẻ.

Khi máy tính trở nên ngày càng mạnh,

In 1994, just 17 years later,

chúng ta dùng mã càng dài.

the code was broken.

Hiện giờ chúng ta dùng 2048 hoặc 2096 bit.

As computers have become more and more powerful,

we've had to use larger and larger codes.

Bạn thấy đó, người tạo khoá và người bẻ khoá đang trong cuộc chiến

Today we routinely use 2048 or 4096 bits.

đánh bại lẫn nhau.

As you can see, code makers and breakers are engaged in an ongoing battle

Khi máy tính lượng tử được sử dụng trong 10 đến 15 năm nữa,

to outwit each other.

chúng sẽ bẻ được các phép toán phức tạp

And when quantum computers arrive in the next 10 to 15 years,

làm nền tảng cho hệ thống mã hoá của chúng ta ngày nay.

they will even more rapidly crack the complex mathematics

Quả thực, máy tính lượng tử có khả năng biến lâu đài an ninh hiện tại của ta

that underlies many of our encryption systems today.

thành một ngôi nhà giấy.

Indeed, the quantum computer is likely to turn our present security castle

Chúng ta phải tìm cách bảo vệ lâu đài.

into a mere house of cards.

Nghiên cứu về ứng dụng máy tính lượng tử gần đây

để nâng cao mã hoá đang nổi lên.

We have to find a way to defend our castle.

Có vài đột phá thú vị.

There's been a growing body of research in recent years

Hãy điểm lại ba điểm quan trọng của mã hoá -

looking at using quantum effects to make encryption stronger.

chìa khoá, trao đổi chìa khoá và thuật toán tốt.

And there have been some exciting breakthroughs.

Remember those three things important for encryption --

Các tiến bộ về khoa học và kĩ thuật

high-quality keys, secure key exchange and a strong algorithm?

đang đặt hai trong ba yếu tố trên vào nguy hiểm.

Đầu tiên là chìa khoá.

Well, advances in science and engineering

Các dãy số ngẫu nhiên là các khối nền tảng của chìa khoá mã hoá.

are putting two of those three elements at risk.

Nhưng ngày nay chúng không thực sự ngẫu nhiên nữa.

First of all, those keys.

Hiện tại, chúng ta đang xây dựng chìa khoá mã hoá

Random numbers are the foundational building blocks of encryption keys.

từ các dãy số ngẫu nhiên so máy tính tạo lập.

But today, they're not truly random.

Chúng được gọi là số giả ngẫu nhiên.

Currently, we construct encryption keys

Dãy số được tạo bởi một chương trình hoặc công thức toán học

from sequences of random numbers generated from software,

sẽ ít nhiều theo khuôn mẫu.

so-called pseudo-random numbers.

Numbers generated by a program or a mathematical recipe

Dãy số càng ít ngẫu nhiên,

thì chúng càng ít hỗn loạn,

will have some, perhaps subtle, pattern to them.

và càng dễ đoán.

The less random the numbers are,

Gần đây, một vài casino là nạn nhân của các vụ tấn công mã hoá.

or in scientific terms, the less entropy they contain,

Kết quả của các máy đánh bạc được ghi lại

the easier they are to predict.

Recently, several casinos have been victims of a creative attack.

và được phân tích.

Việc này cho phép các tội phạm mạng

The output of slot machines was recorded over a period of time

đảo ngược trình tạo số giả ngẫu nhiên

phía sau bánh quay.

and then analyzed.

This allowed the cyber criminals

Và chúng có thể dự đoán vòng quay bánh xe với độ chính xác cao,

to reverse engineer the pseudo-random number generator

nhằm kiếm được nhiều tiền.

behind the spinning wheels.

And allowed them, with high accuracy, to predict the spins of the wheels,

Mối nguy tương tự xảy ra với chìa khoá.

enabling them to make big financial gains.

Vì vậy một bộ tạo số ngẫu nhiên thực sự là cần thiết để mã hoá an toàn.

Similar risks apply to encryption keys.

Trong nhiều năm các nhà nghiên cứu đã tạo ra một bộ tạo số ngẫu nhiên xịn.

So having a true random number generator is essential for secure encryption.

Hầu hết các máy móc cho tới nay hoặc không tạo đủ ngẫu nhiên

For years, researchers have been looking at building true random number generators.

hoặc không đủ nhanh hoặc không đủ phức tạp.

Nhưng thế giới lượng tử hoàn toàn ngẫu nhiên.

But most designs to date are either not random enough,

Về điểm này ta có thể tận dụng hết.

fast enough or aren't easily repeatable.

But the quantum world is truly random.

Những thiết bị đo lường hiệu ứng điện tử

So it makes sense to take advantage of this intrinsic randomness.

có thể tạo ra

vô số các dãy số ngẫu nhiên cực nhanh.

Devices that can measure quantum effects

Một nhóm các trường đại học và công ty trên thế giới

can produce an endless stream of random numbers at high speed.

đang tập trung tạo ra bộ tạo số ngẫu nhiên.

Foiling all those would-be casino criminals.

Tại công ty tôi, bộ tạo số ngẫu nhiên

A select group of universities and companies around the world

ban đầu có kích thước 2x1m.

are focused on building true random number generators.

At my company, our quantum random number generator

Sau đó chúng tôi thu nhỏ kích thước của máy chủ bằng một chiếc hộp.

started life on a two meter by one meter optic table.

Ngày nay, nó được thu nhỏ vào khe PCI trong máy tính.

We were then able to reduce it to a server-size box.

Today, it's miniaturized into a PCI card that plugs into a standard computer.

Đây chính là bộ tạo số siêu ngẫu nhiên nhanh nhất trên thế giới.

Nó đo đạc các hiệu ứng lượng tử tạo ra một tỷ con số ngẫu nhiên mỗi giây.

This is the world's fastest true random number generator.

Ngày nay nó được sử dụng để cải thiện bảo mật

It measures quantum effects to produce a billion random numbers per second.

cho các dữ liệu cloud, ngân hàng và tổ chức chính phủ

trên khắp thế giới.

And it's in use today to improve security

(vỗ tay)

at cloud providers, banks and government agencies

around the world.

(Applause)

Dù có bộ tạo số siêu ngẫu nhiên,

chúng ta vẫn phải đối mặt với mối đe doạ mạng khác.

Đó là trao đổi khóa an toàn.

But even with a true random number generator,

Kĩ thuật trao đổi khoá hiện tại

we've still got the second big cyber threat:

the problem of secure key exchange.

Giải pháp cho vấn đề này là

phân phối khoá lượng tử, QKD,

Current key exchange techniques will not stand up to a quantum computer.

dựa trên các nguyên tắc cơ bản và đặc tính phản trực quan

The quantum solution to this problem

is called quantum key distribution or QKD,

của cơ học lượng tử.

Chỉ với việc quan sát các hạt lượng tử cũng làm thay đổi thuộc tính của chúng.

which leverages a fundamental, counterintuitive characteristic

Đây là một minh hoạ.

of quantum mechanics.

The very act of looking at a quantum particle changes it.

Hãy hình dung lại việc trao đổi mật mã với James Bond để mở khoá.

Thay vì gọi nói mật mã cho James,

Let me give you an example of how this works.

Consider again exchanging the code for the lock with James Bond.

chúng ta sẽ dùng hiệu ứng lượng tử trên tia laser để mang theo mật mã

Except this time, instead of a call to give James the code,

và gửi nó tới James qua sợi quang học.

we're going to use quantum effects on a laser to carry the code

Giả sử tiến sĩ No đang hack khoá.

and send it over standard optic fiber to James.

Ông ta đang cố ngăn chặn chìa khoá đi tới tay James.

We assume that Dr. No is trying to hack the exchange.

Hành động này sẽ để lại dấu vết mà James và bạn có thể phát hiện ra.

Luckily, Dr. No's attempt to intercept the quantum keys while in transit

Và bạn sẽ tìm cách loại bỏ những khoá bị chặn.

will leave fingerprints that James and you can detect.

Những khoá còn lại

vẫn có thể tạo bảo mật dữ liệu đủ mạnh.

This allows those intercepted keys to be discarded.

Vì bảo mật dựa trên định luật vật lý căn bản,

The keys which are then retained

can be used to provide very strong data protection.

một máy tính lượng tử, hay bất cứ siêu máy tính nào,

And because the security is based on the fundamental laws of physics,

đều không thể bẻ khoá được.

Nhóm của tôi đang hợp tác với các trường đại học hàng đầu

a quantum computer, or indeed any future supercomputer

và bộ quốc phòng

để hoàn thiện công nghệ này

will not be able to break it.

cho thế hệ bảo mật tiếp theo.

My team and I are collaborating with leading universities

and the defense sector

Internet vạn vật (IoT) báo hiệu một kỉ nguyên siêu kết nối

to mature this exciting technology

into the next generation of security products.

với 25 đến 30 tỷ thiết bị kết nối vào năm 2020, theo dự báo.

The internet of things is heralding a hyperconnected era

Đề thế giới chúng ta vận hành tốt trên IoT,

with 25 to 30 billion connected devices forecast by 2020.

ta cần tin tưởng vào các hệ thống hỗ trợ các thiết bị kết nối.

For the correct functioning of our society in an IoT world,

Tôi chắc rằng công nghệ lượng tử đóng vai trò quan trọng

trust in the systems that support these connected devices is vital.

giúp chúng ta tận dụng tối đa những sáng kiến đáng kinh ngạc

We're betting that quantum technologies will be essential in providing this trust,

làm cho cuộc sống chúng ta phong phú hơn.

enabling us to fully benefit from the amazing innovations

Cám ơn

(vỗ tay)

that are going to so enrich our lives.

Thank you.

(Applause)