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Technologie auf dem Prüfstand Quantencomputer ein Risiko für die Blockchain?

| Autor / Redakteur: Dipl. Betriebswirt Otto Geißler / Peter Schmitz

Bislang gilt die Blockchain als nahezu unangreifbar, da es eine nie dagewesene Rechenleistung erfordert, um das Ledger zu fälschen. Googles neuer Quantencomputer löste erst kürzlich eine mathematische Aufgabe in nur 200 Sekunden, wofür heute die leistungsfähigsten Rechner offenbar rund 10.000 Jahre benötigten. Ist damit das Ende der Blockchain besiegelt?

Ein Quantencomputer knackt eine Blockchain; ist das ein mögliches Szenario, oder nur eine futuristische Träumerei?
Ein Quantencomputer knackt eine Blockchain; ist das ein mögliches Szenario, oder nur eine futuristische Träumerei?
(© iaremenko - stock.adobe.com )

Nehmen wir an, es gäbe diesen voll funktionsfähigen Quantencomputer schon heute, könnte dieser dann mit einer solchen atemberaubenden Rechenleistung die Bitcoin Blockchain hacken, die Private Keys entschlüsseln oder gar die restlichen Bitcoins in wenigen Tagen minen?

Zunächst einmal muss an dieser Stelle in aller Deutlichkeit eine Entwarnung ausgesprochen werden, denn der Quantencomputer von Google ist noch lange nicht so weit wie es den Anschein hat. Nicht zuletzt, weil die Entwickler von IBM die Zahlen anzweifeln und den 10.000 Jahren die ernüchternde Zahl von 2,5 Tagen gegenüberstellen.

In diese Kerbe schlägt auch der Bitcoin-Entwickler Peter Todd, der ein aktuelles Risiko für die Blockchain anzweifelt. Denn Googles Quantencomputer sei seiner Meinung nach nur für eine sehr einfache Art von Quanten-Computing anwendbar, die noch lange nicht in der Lage ist, die Kryptographie zu knacken.

Darüber hinaus sind noch viele Fragen wie zum Beispiel die Skalierbarkeit von Quantencomputern oder die Verursachung von exponentiellen Kosten durch das Hinzufügen von Qubits offen. Damit ist der Quantencomputer noch sehr weit von einem markttauglichen Produkt entfernt.

Mögliche Manipulationen durch Quantensysteme

Zum anderen wäre es durchaus möglich, dass weiterentwickelte Quantencomputer der Zukunft so viel Performance aufweisen, dass sie beispielsweise von einem Bitcoin Public-Key den dazugehörigen Private-Key ableiten könnten. Auf diese Weise gelänge es, die Coins auf der Blockchain zu bewegen - ohne die Blockchain selbst zu korrumpieren. Dafür müsste jedoch noch sehr viel mehr Entwicklung und Zeit in das Quanten-Computing investiert werden.

Wobei die aktuelle Verschlüsselung, Kryptographie bzw. Systeme mit privaten oder öffentlichen Schlüsseln von der These ausgehen, dass es bei der Performance von Computern Grenzen gibt. Da aber die Quantencomputer theoretisch viel schneller arbeiten könnte, weil sie nicht auf die Funktionsweise mit Bits beschränkt sind, werden sie wahrscheinlich dann in der Lage sein, die derzeit verwendeten Systeme zum Schutz der verschlüsselten Daten zu knacken.

Um aber eine massive Bedrohung für die Blockchain zu werden, müsste ein Quantencomputer eine weitaus wichtigere Kryptographie korrumpieren: Die SHA-256 Hash-Funktion, die für das Mining verwendet wird. Dazu muss man wissen, dass die Basis der Hash-Funktionen ihre Unumkehrbarkeit ist. Das macht sie um ein Vielfaches komplexer als andere Kryptographien.

Aktuelle Einschätzungen

Wissenschaftler vom MIT untersuchten erst kürzlich die Verwendung von Quantencomputern für das Mining von Kryptowährungen und für Angriffe auf private Schlüssel. Die Forschungen ergaben, dass Miner demnach länger sicher sein sollen als Wallets. Das größte Gefahrenpotenzial für Nutzer von Bitcoins oder der Blockchain besteht aber zu dem Zeitpunkt, wenn Transaktionen an das Netzwerk gesendet, aber noch nicht verarbeitet wurden.

Die Hacker werden demnach mit einem Quantencomputer befähigt sein, Transaktionen zu modifizieren, bevor sie eigentlich getätigt sind. Beim Kompromittieren von privaten Schlüsseln ist das nicht nur ein Gefahrenpotenzial für Blockchain und Bitcoin, sondern die Quantencomputer würden alles bedrohen, was mit Public-Private-Key-Verschlüsselung wie zum Beispiel Messaging-Anwendungen, SSL-Zertifikate und Datenspeicherung arbeitet.

Dies veranlasste das National Institute of Standards and Technology dazu, die Post-Quantum-Kryptographie zu standardisieren. Wobei ein grundlegender Passwortschutz angesichts der großen Ressourcen, die ein Quantencomputer für einen „Brute-Force“-Hack aufbringen könnte, als völlig unzureichend anzusehen ist.

Wie kann die Blockchain dagegenhalten?

Doch aber so aussichtslos scheint die Lage nun auch wieder nicht zu sein: Es besteht zum Beispiel die Möglichkeit, die Key-Generierung auf andere Algorithmen umzustellen, wogegen die Quantencomputer nichts ausrichten können.

Des Weiteren arbeiten Entwickler bereits heute an Quanten-resistenten Ledgern, obwohl ein kommerzieller Einsatz des Quanten-Computing noch in weiter Ferne liegt. Daraus resultiert, dass mit der Verfügbarkeit des Quanten-Computing sich die Blockchain an diese neuen technologischen Anforderungen anpassen muss.

Das Quantum Resistant Ledger (QRL) gilt als die erste dezentrale Plattform, die die Blockchain-Technologie vor den Bedrohungen des Quanten-Computing schützen soll. QRL ist eine zukunftssichere Kommunikations-Plattform mit dezentralen Funktionen, die das Problem potenzieller Abstürze löst, die durch Quanten-Computing verursacht werden können.

Mithilfe des „Extended Merkle Signature Scheme“, also der Post-Quantum-Verschlüsselung, soll die Blockchain gegen Bedrohungen seitens der Quantenrechner immunisiert und auch das Interesse an Kryptowährungen erhalten werden.

Andererseits wird für die Entwicklung der Quantencomputer sowohl an der Hardware-Technologie sowie an passenden Softwarelösungen noch fieberhaft gearbeitet. Hierzu sind ebenfalls noch einige Problemstellungen zu lösen.

Zum Beispiel, dass sich der Betrieb eines Quantencomputers noch extrem aufwendig gestaltet. Dazu gehört die Kühlung durch flüssigen Stickstoff sowie andere Fragen, die einen dauerhaften und wirtschaftlichen Betrieb derzeit noch unmöglich machen. Experten gehen davon aus, dass Quantencomputer bis zum Jahr 2030 bereits aktiv und in vollem Umfang im Einsatz sein werden.

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