Quantencomputer als Gefahr für die Blockchain

Auch wenn Blockchain-Technologien aktuell einen Hype erleben, besitzen sie einen großen Nachteil – den hohen Energieverbrauch. Mit zunehmender Länge eines Blockchains nimmt der Bedarf an Strom und Rechenleistung exponentiell zu. Quantencomputer könnten die Rechenoperationen viel schneller und energieärmer ausführen, aber auch zur Gefahr für die Distributed-Ledger-Technologie werden.

Was sind Quantencomputer?

Quantencomputer beherrschen das Rechnen mit quantenmechanischen Phänomenen wie Überlagerung und Verschränkung. Sie unterscheiden sich von binären digitalen elektronischen Computern, die auf Transistoren basieren. Während herkömmliches Digital Computing verlangt, dass die Daten in Binärziffern (Bits) kodiert werden, die sich jeweils in einem von zwei bestimmten Zuständen (0 oder 1) befinden, verwendet die Quantenberechnung Quantenbits, die sich in Überlagerungen von Zuständen befinden können. Dies sind so genannte Qubits, welche die seltsame Art und Weise ausnutzen, wie sich subatomare Teilchen verhalten, um mehr Werte (oder sogar zwei Werte auf einmal) zu enthalten.

Heute steckt die Entwicklung von Quantencomputern noch in den Kinderschuhen, aber es wurden Experimente durchgeführt, bei denen Quantencomputeroperationen an einer sehr kleinen Anzahl von Quantenbits durchgeführt wurden. Die praktische und theoretische Forschung geht weiter und viele nationale Regierungen und Militärbehörden finanzieren die Quantencomputerforschung. Es existiert ein kleiner 16-Quantencomputer, der über das IBM-Quantenerfahrungsprojekt für Experimente zur Verfügung steht und die Quantencomputer sind bereits Gegenstand von Forschungen und Investitionen in vielen großen Unternehmen.

Quantencomputer beherrschen das Rechnen mit quantenmechanischen Phänomenen wie Überlagerung und Verschränkung

Probleme für den Blockchain?

Die Blockchain-Technologie funktioniert dank des Netzwerks aus verschiedenen Computern, die das Logbuch am Leben erhalten und es verschiedenen Parteien ermöglichen, Transaktionen mit maximaler Sicherheit durchzuführen – und das ist der Hauptgrund, warum Kryptowährungen so aufregend sind. Aber was wäre, wenn es eine viel fortschrittlichere Technologie gäbe, die dieses Buch gefährden und die Sicherheit von Transaktionen ins Wanken bringen könnte?

Die Bitcoin-Verschlüsselung (Was ist Bitcoin?) wird heute durch die Schwierigkeit gewährleistet, ihren Code mit vorhandenen Computern zu knacken, aber Quantencomputer werden theoretisch viel schneller arbeiten können, da sie nicht auf die Funktionsweise mit Bits beschränkt sind.

Wie erstmals vom MIT Technology Review berichtet, untersuchten die Forscher die Anwendung von Quantencomputern sowohl für das Mining der Kryptowährungen als auch als Möglichkeit für Angriffe auf private Schlüssel. Miner werden länger sicher sein als Wallets, behaupten die Forscher. Die größte Gefahr für Bitcoin-Nutzer besteht, wenn Transaktionen an das Netzwerk gesendet, aber noch nicht verarbeitet wurden.

Ein Angreifer mit einem Quantencomputer wird wahrscheinlich in der Lage sein, die Transaktion zu ändern, bevor die legitime Transaktion durchgeführt wird. Wenn private Schlüssel kompromittiert werden, ist das nicht nur eine schlechte Nachricht für Bitcoin und Co. Es würde alles andere gefährden, was mit Public-Private-Key-Verschlüsselung arbeitet, wie Messaging-Anwendungen, SSL-Zertifikate und Datenspeicherung.

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Wenn Ressourcen nicht mehr imitiert sind

Aktuelle Verschlüsselung, Kryptographie und Systeme mit privatem/öffentlichem Schlüssel gehen von der Annahme aus, dass es Grenzen für die Ressourcen und die Rechenleistung gibt, die eingesetzt werden können, um solche Systeme zu knacken. Quantencomputer können (vielleicht) leistungsfähig genug sein, um die derzeit verwendeten Systeme zum Schutz der sicheren Online-Kommunikation und der verschlüsselten Daten zu durchbrechen. Wenn die Ressourcen von Quantencomputern jemals allgemein verfügbar sind oder anderweitig in die „falschen“ Hände geraten, könnten Verschlüsselung und Kryptographie, wie wir sie heute kennen, gefährdet sein. Dies hat das National Institute of Standards and Technology dazu veranlasst, den Prozess zur Standardisierung der so genannten Post-Quantum-Kryptographie zu beginnen. Es liegt auf der Hand, dass ein grundlegender Passwortschutz kurios erscheint und lediglich ein „netter Versuch“ ist, angesichts der Ressourcen, die Quantencomputer zu einem „Brute-Force“-Hack aufbringen können.

Die Blockchain-Technologie basiert auf der Kryptographie mit öffentlichen Schlüsseln, um die Sicherheit des Ledgers zu gewährleisten. Darüber hinaus stützt sich Bitcoin auf die Arbeit von „Minern“, die mit Hilfe von Rechenleistung bestimmte komplexe mathematische Probleme lösen, um Transaktionen zu verifizieren – eine Aufgabe, die von Entitäten mit Quantencomputer-Plattformen noch weiter verbessert werden könnte.

Auch hier stellt Quantencomputing eine reale Bedrohung für bestehende Blockchain-Algorithmen dar.

Daher arbeiten die Entwickler an quantenresistenten Ledgern. Auch wenn der weit verbreitete Einsatz von Quantencomputing im kommerziellen Kontext noch weit entfernt ist, werden in diesem Bereich erhebliche Ressourcen eingesetzt. Wenn das Quantencomputing verfügbar wird, muss sich der Blockchain (Was ist Blockchain?) an diese neuen technologischen Möglichkeiten anpassen. Der Prozess ist bereits im Gange. Da die Experten derzeit bei der Entwicklung des Quantencomputings an der Hardware-Technologie arbeiten, ist auch eine passende Software in Planung. Es wird davon ausgegangen, dass diese Supercomputer bis zum Jahr 2030 bereits aktiv und in vollem Umfang in Betrieb sein werden.

Resistente Ledger als Lösung

Quantum Resistant Ledger, auch bekannt als QRL, gilt als die erste dezentrale Plattform, welche die Blockchain-Technologie vor der Quantenbedrohung schützt. QRL ist als zukunftssichere Lager- und Kommunikationsplattform mit vollständig dezentralen Funktionen konzipiert, die vor der Quantenbedrohung absolut sicher sein soll. QRL kann immun gegen die Quantenbedrohung bleiben und so auch das allgemeine Interesse an Kryptowährungen erhalten. Das QRL löst das Problem potenzieller Abstürze, die durch Quantencomputing verursacht werden, mit Hilfe des Extended Merkle Signature Scheme, also der Post-Quantum-Verschlüsselung, was bedeutet, dass Quantencomputer seiner Sicherheit nicht gewachsen wäre. Es scheint jedoch, dass QRL einen Weg gefunden hat, dieses Verschlüsselungsmodell erfolgreich anzuwenden, d.h. zu garantieren, dass selbst wenn es soweit kommt, dass Quantencomputer die Sicherheit von Blockchains gefährden könnte. Es kann sein, dass die Quantenbedrohung nur eine zukünftige Gefahr ist und nicht ein potentielles Ende der Sicherheit der Blockchains bedeuten muss, denn viele Krypto-Währungen können Aktualisierungen vornehmen.