Wenn Sie sich mit IT, Technik und der Welt der Blockchains beschäftigen, haben Sie sich sicherlich schon einmal gefragt, ob Quantencomputer zur Gefahr für Integrität und Manipulationssicherheit der Blockchain werden können. Weil die Frage durchaus berechtigt ist, schauen wir uns den Stand der Technik einmal genauer an.

Was sind Quantencomputer überhaupt?

Quantencomputer sind Hochleistungs-Rechenmaschinen, die mit herkömmlichen Desktop- und Industrie-Computern nichts gemeinsam haben. Sowohl Desktop-Rechner als auch Hochleistungsrechner – die „Supercomputer“ aus Industrie und Forschung – arbeiten bis heute mit Bits. Das sind digitale Schalter, die entweder an oder aus sein können, was in der IT mit Nullen und Einsen dargestellt wird.

Quantencomputer hingegen arbeiten mit Quantenteilchen, sogenannten Qubits, die vereinfacht gesagt gleichzeitig Nullen und Einsen sein können. Der Vorteil: Quantencomputer rechnen signifikant schneller als herkömmliche Hardware. Während ein Desktop-PC für eine komplexe Simulation zum Beispiel Monate benötigt, schafft ein Supercomputer dieselbe Aufgabe in Stunden und ein Quantencomputer künftig in Sekunden. Forscher gehen davon aus, dass Quantencomputer bis zu tausendmal schneller sein werden als heutige Supercomputer – mit Betonung auf „werden“, denn die Technik ist noch nicht so weit.

Wenn ihre Technik ausgereift und einsatzfähig ist, werden Quantencomputer die bisherigen Supercomputer überall dort ablösen, wo große Datenmengen verarbeitet werden müssen: bei der Klimaforschung, bei Wetterprognosen, in Geophysik, Astrophysik und Medizin – und in der Industrie, die zum Beispiel Strömungsmodelle für die Berechnung der Aerodynamik von Autos und Flugzeugen benötigt.

Stand der Quantencomputing-Entwicklung

Zurzeit betreiben Google, IBM, Intel und eine Handvoll kleinerer Firmen an verschiedenen Standorten der Welt eigene Quantencomputer, um deren Möglichkeiten zu erforschen und die Technik weiterzuentwickeln. In den letzten Jahren haben sie greifbare Fortschritte gemacht: Experten gehen davon aus, dass Quantencomputer in fünf bis zehn Jahren in der Industrie breitflächig kommerziell eingesetzt werden können.

Um die aktuellen Blockchain-Verschlüsselungen zu knacken, bräuchte man nach Einschätzung der Wissenschaft Quantencomputer mit bis zu 4.000 Qubits. Bisher bieten sie allerdings nicht viel mehr als 1 Prozent dieser Leistung. Würden die Kryptografieverfahren auf dem heutigen Stand stehen bleiben, könnten sie vermutlich in 15–20 Jahren mithilfe von Quantencomputing geknackt werden.

Ausblick und Risikobewertung

Eins vorab: Bevor Quantencomputer die Blockchain gefährden, werden sie lange vorher bereits die konventionellen Verschlüsselungen von Passwörtern und Zugangs-Codes geknackt haben. In einem Szenario, das vom zukünftigen Aufeinandertreffen weit entwickelter Quantencomputer und aus 2021 stammender Verschlüsselungstechnik ausgeht, wäre die Blockchain immer noch die letzte Bastion digitaler Sicherheit. Denken Sie mal darüber nach. Allerdings sind derartige Dystopien pure Theorie, denn natürlich werden sich auch die Kryptografieverfahren weiterentwickeln.

Aber was genau befürchtet die Blockchain-Community? In welchen Punkten müsste sich die Blockchain überhaupt der schieren Rechenpower eines Quantencomputers ergeben? Das kommt nicht zuletzt auf die Architektur der jeweiligen Blockchain an. Bei Bitcoin könnte beispielsweise der Mining-Prozess dramatisch schneller ausgeführt werden und damit den Konsensus beeinflussen. Privat-Keys könnten gehackt, Transaktionen oder Salden in der Blockchain geändert werden.

Eine große Stärke speziell von Bitcoin ist die Hash-Funktion SHA-256, deren unumkehrbare Einwegverschlüsselung „fast“ unmöglich zu knacken ist. Nach einer jüngeren Untersuchung des MIT sind Miner und Privat-Keys erst einmal sicher; eine theoretische Schwachstelle sind die zehn Minuten, innerhalb derer jede Blockchain-Transaktion verifiziert und gehasht wird. Gelingt es einem Quantencomputer mit brutaler Rechenkraft, in dieser Phase blitzschnell die unverschlüsselten Originalwerte abzugreifen, lässt sich die Blockchain theoretisch korrumpieren.

Damit es nicht soweit kommt, beschäftigen sich IT-Experten und andere Forscher innerhalb und außerhalb des Blockchain-Kosmos intensiv damit, Verschlüsselungen quantenresistent zu machen, auch wenn unter anderem ADA-Mitbegründer Charles Hoskinson davor warnt, dass Upgrades auf Post-Quantum-Algorithmen Blockchains dramatisch verlangsamen könnten.

Fest steht: Jene Blockchain, die als erste einen nachweislichen Schutz vor Quantencomputer-Angriffen aufweist, wird im Blockchain-Ökosystem einen fundamentalen Vorsprung haben. Und es besteht kein Zweifel daran, dass sie kommen wird. Deshalb blicken wir optimistisch in die Zukunft und gehen fest davon aus, dass die Blockchain längst bereit und sicher ist, wenn sich die ersten kommerziellen Quantencomputer auf den Markt wagen.

_{Bild: © Bartlomiej K. Wroblewski – shutterstock.com}

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