Möglichkeiten, wie Quantencomputing die Blockchain bedrohen könnte

Selbst wenn die Blockchain-Technologie als neuartige Innovation auftritt, stehen digitale Assets – wie Kryptowährungen und nicht-fungible Token (NFTs) – sowie das gesamte dezentrale Anwendungen (DApps) Ökosystem, das davon angetrieben wird, vor den Herausforderungen, die durch Quantencomputing entstehen. Quantencomputing schreitet mit schneller Geschwindigkeit voran und nutzt die Prinzipien der Quantenmechanik, um Computer zu schaffen, die in der Lage sind, Probleme zu lösen, die für klassische oder binäre Computer als zu komplex erachtet werden.

Als die kommende Ära des Rechnens vermarktet, die bestimmt ist, Supercomputer (die klassische Computer sind, die eine signifikant überlegene Leistung im Vergleich zu herkömmlichen Computern aufweisen) zu übertreffen, haben Quantencomputer das Potenzial, bestehende Sicherheitsnormen aufgrund ihrer Rechenüberlegenheit in Frage zu stellen. Ihre Fähigkeit, hochkomplexe Probleme zu lösen, könnte auch das vorherrschende Verständnis der Unveränderlichkeit der Blockchain-Technologie gefährden.

Quantencomputing, mit seinem Potenzial, digitale Sicherheitsprotokolle zu destabilisieren, könnte böswilligen Akteuren dabei helfen, Angriffe auf Kryptowährungen und verschiedene Blockchain-Anwendungen zu orchestrieren, obwohl die Technologie noch in ihren frühen Entwicklungsphasen steckt. 

Daher ist es unerlässlich zu verstehen, was Quantencomputer so extrem leistungsfähig macht und wie sie Blockchain-gestützte Anwendungen in Zukunft gefährden könnten. Da das globale Krypto-Ökosystem am Rande der Mainstream-Akzeptanz steht, müssen Entwickler und Unternehmer in unbekannten Gebieten bezüglich kryptografischer Algorithmen navigieren und Innovationen entwickeln, um die Bedrohungen durch Quantencomputing abzumildern.

Die Arbeitsprinzipien eines Quantencomputers 

Der Hauptunterschied zwischen Quantencomputern und ihren klassischen oder binären Gegenstücken liegt in ihrem Ansatz zur Nutzung von Zuständen zur Darstellung von Zahlen in komplexen Berechnungen. Klassische Computer verwenden Bits, um Informationen in binärer Form (0 oder 1) zu kodieren, während Quantencomputer Quantenbits oder „Qubits“ nutzen und Eigenschaften wie Quantenüberlagerung und Verschränkung ausnutzen, um gleichzeitig mehrere Zustände darzustellen.

Betrachten wir das einfache Beispiel der Darstellung einer Zahl zwischen 0 und 255. Klassische Computer benötigen acht Bits, um jede Zahl in diesem Bereich darzustellen. Im Gegensatz dazu kann ein Quantencomputer alle 256 Zahlen gleichzeitig mit acht Qubits darstellen.

Diese Eigenschaft ermöglicht es Quantencomputern, zahlreiche Kombinationen zu berücksichtigen und komplexe Berechnungen mit einer Geschwindigkeit auszuführen, die die Fähigkeiten selbst der fortschrittlichsten Supercomputer weit übertrifft. Durch die Nutzung supraleitender Elemente, die bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt einen extrem niedrigen Widerstand gegen den Elektronenfluss aufweisen, sind Quantencomputer inhärent empfindlich gegenüber Wärme, elektromagnetischen Wellen und sogar Luftexposition, was in suboptimalen Umgebungen zu Berechnungsverlusten führt.

Daher wird die kommende Ära des Rechnens wahrscheinlich zwischen den Fähigkeiten aktueller klassischer Computer und den fortschrittlichen Quantencomputern liegen, es sei denn, es erfolgen bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung von Quantencomputern für den alltäglichen Gebrauch.

IBM hat sein Quantum System One entwickelt, ein integriertes Quantencomputersystem mit einem 127-Qubit-Prozessor. Da sich das Quantencomputing jedoch mit erschreckender Geschwindigkeit weiterentwickelt, ist die Realisierung eines Quantencomputers mit 1.000 Qubits nicht außerhalb der Reichweite.

IBM erwartet, bis 2023 einen Quantencomputerprozessor mit 1.121 Qubits vorzustellen, der industrielle Anwendungen im großen Maßstab ermöglichen und eine Rechenkapazität bieten soll, die die des leistungsfähigsten Supercomputers der Welt weit übertrifft.

Sind Kryptowährungen anfällig für Quantencomputing-Angriffe?

In Erwartung der Markteinführung von reinen Quantencomputern wird die nächste Welle des Rechnens wahrscheinlich von quantenverstärkten Supercomputern angeführt werden, die klassische und quantenbasierte Arbeitsabläufe kombinieren.

Solche Geräte könnten eine Rechenkapazität von 50 bis 1.000 Qubits besitzen, insbesondere angesichts der Vorstellung des 433-Qubit-IBM Quantum Osprey am 9. November 2022, weniger als ein Jahr nach der Einführung des 127-Qubit-Eagle-Prozessors.

Angesichts der beträchtlichen Macht heutiger Quantencomputer und ihrer eingeschränkten Verfügbarkeit könnte man leicht schlussfolgern, dass noch viel Zeit vergehen wird, bevor Quantencomputer eine greifbare Bedrohung für Kryptowährungen darstellen.

Trotz des reichlichen Potenzials wird die Erreichung eines Quantenvorteils illusorisch bleiben, es sei denn, es werden fortschrittliche Techniken zur Fehlerunterdrückung entwickelt und die Rechengeschwindigkeiten ohne begleitende Probleme erhöht.

Selbst wenn man den Szenario durchspielt, dass Quantencomputing die Kryptografie, die Kryptowährungen zugrunde liegt, überwindet, wäre eine astronomische Menge an Rechenleistung erforderlich, um einen Speicherangriff zu initiieren, bei dem Wallet-Adressen mit einem öffentlichen Schlüssel angegriffen werden, um die eingeschlossenen Mittel zu stehlen. Für eine Blockchain wie das Ethereum-Netzwerk würde die Durchführung eines solchen Speicherangriffs mehr als 10 Millionen Qubits an Rechenleistung erfordern.

Im Falle eines Transitangriffs, bei dem ein böswilliger Akteur enorme Quantenrechenleistung einsetzt, um die Kontrolle über Transaktionen innerhalb der Blockzeit zu übernehmen, ist der Umfang erheblich größer, da er alle Knotenpunkte betrifft. Dennoch sind Angreifer aufgrund der Notwendigkeit, den Angriff vor der Hinzufügung eines neuen Blocks zum Blockchain-Netzwerk durchzuführen, auf wenige Minuten für Bitcoin und einige Sekunden für Ethereum beschränkt, um einen Transitangriff durchzuführen.

Da für die erfolgreiche Durchführung eines solchen Angriffs Milliarden von Qubits an Quantenrechenleistung erforderlich sind, haben Blockchain-Entwickler ausreichend Zeit, neue kryptografische Signaturalgorithmen zu entwickeln und zu implementieren, die gegen Quantenangriffe unempfindlich sind.

Ist Bitcoin der Gefahr des Diebstahls durch Quantencomputer ausgesetzt?

Das Brechen der Verschlüsselung, die Bitcoin schützt, würde einen immensen Einsatz von Quantenrechenleistung erfordern, der unter der Koordination einer einzigen Entität orchestriert wird, die den Diebstahl durchführt.

Forscher der University of Sussex weisen darauf hin, dass ein Quantencomputer mit 1,9 Milliarden Qubits an Rechenleistung erforderlich wäre, um das Bitcoin-Netzwerk innerhalb von 10 Minuten zu infiltrieren. Dies impliziert, dass Hacker Millionen von Quantencomputern mobilisieren müssten – ein Szenario, das in der nahen Zukunft als unplausibel erscheint.

Wenn mit verringerter Rechenleistung ein Angriff ausgeführt wird, verlängert sich die erforderliche Zeit exponentiell, was ausreichend Gelegenheit bietet, die betroffenen Knotenpunkte zu deaktivieren und das Netzwerk wiederherzustellen. Während ein Speicherangriff eher denkbar erscheint, werden Kryptowährungen, einschließlich Bitcoin, unweigerlich Änderungen am zugrunde liegenden Blockchain-Protokoll vornehmen müssen, um solchen Ereignissen entgegenzuwirken.

Obwohl diese Strategie Bitcoin-Wallets weiterhin für zukünftige Angriffe anfällig machen könnte, sind solche Änderungen offensichtlich einfacher zu implementieren als die Einführung eines neuen kryptografischen Algorithmus. Bitcoin verwendet derzeit den Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA), eine kryptografische Methode mit separaten Signatur- und Verifizierungsalgorithmen, die den privaten Schlüssel, den öffentlichen Schlüssel und die Signatur eines Benutzers nutzen, um sicherzustellen, dass die Mittel nur von ihnen ausgegeben werden können.

Öffentliche Blockchains erfordern jedoch einen Konsens unter den wichtigsten Nutzern, um Änderungen an ihren Protokollen zu genehmigen, was bedeutet, dass selbst die Änderung des Bitcoin-Protokolls mehr Zeit in Anspruch nehmen könnte als erwartet. In Anerkennung der Notwendigkeit quantenresistenter Software und kryptografischer Lösungen verfolgen zahlreiche Projekte im Kryptobereich dieses Ziel mit großer Eifer.

Die Zukunft von Bitcoin in einer Ära, in der Quantencomputing den Mainstream durchdrungen hat, wird wahrscheinlich den Übergang zu einem fortschrittlicheren, quantenresistenten Ledger-System erfordern, der von einem bahnbrechenden kryptografischen Algorithmus orchestriert wird.

Bedeutet Quantencomputing das Ende für Kryptowährungen?

Quantencomputer werden voraussichtlich verschiedene Sektoren revolutionieren, indem sie bei molekularen Simulationen helfen, die Entwicklung energieeffizienter Materialien und wirksamerer Medikamente fördern sowie Katalysatoren verbessern, was zahlreichen Fertigungsindustrien zugutekommen könnte.

Obwohl das grundlegende Motiv hinter Quantencomputern die Lösung der verwirrendsten Probleme der Welt ist, könnten diese Maschinen von böswilligen Akteuren genutzt werden, um Chaos in öffentlichen Blockchains und Kryptowährungsnetzwerken auszulösen.

Die Beantwortung der Frage nach der Langlebigkeit der Blockchain angesichts des Quantencomputing erfordert die Weiterentwicklung der Technologie zu einem quantenresistenten Ledger-System innerhalb des kommenden Jahrzehnts. Diese Entwicklung ist vor allem deshalb unerlässlich, da Quantencomputer innerhalb der nächsten 10–15 Jahre genug Macht ansammeln könnten, um Kryptowährungen anzugreifen.

Eine mögliche Lösung liegt in der Vergrößerung der Schlüsselgrößen, obwohl die Machbarkeit der ständigen Verdopplung der Schlüsselzahlen als Gegenmaßnahme gegen ständig stärkere Quantencomputer noch nicht geklärt ist.

Innovative kryptografische Theorien, wie die Gitterbasierte Kryptografie, bei der mathematisches Rauschen in die Verschlüsselung integriert wird, um einen Quantencomputer zu verwirren, und quantenresistente Algorithmen, die auf mathematischen Problemen basieren, entwickeln sich zu potenziellen Zukunftspfaden.

Die letztere Methodik ist so konzipiert, dass sie sowohl klassische als auch Quantencomputer behindert und dadurch ihre Relevanz und Sicherheit in beiden Rechenbereichen aufrechterhält. Unabhängig davon, ob Kryptowährungen strukturierte Gitter oder hash-basierte Algorithmen integrieren, wird der entscheidende Faktor darin bestehen, die Fähigkeiten von Quantencomputern ständig zu übertreffen.

Daher stellt Quantencomputing derzeit zwar keine direkte Bedrohung für Kryptowährungen in ihrer bestehenden Form dar, doch wird ein einheitliches Erfordernis bestehen, um eine Reihe von Änderungen einzuleiten, die dezentrale Governance-Strukturen vor der drohenden Gefahr von Quanten-Supercomputern schützen.

Werden Quantencomputer das PoW-Mining stören?

Zahlreiche verbreitete Kryptowährungen, einschließlich Bitcoin, verlassen sich auf Proof-of-Work (PoW)-Mining, um die Sicherheit ihrer zugrunde liegenden Blockchain-Protokolle zu stärken. Der PoW-Ansatz erfordert, dass Netzwerkteilnehmer, sogenannte Miner, einen wettbewerbsintensiven Prozess durchlaufen, um die führenden Löser komplexer mathematischer Rätsel zu sein und damit neue Transaktionen auf der Blockchain zu validieren. Die Kryptowährung – als Blockbelohnung bezeichnet – wird dem Gewinner dieses Rechenwettbewerbs zuteil.

Mit der Zeit könnte ein Quantencomputer die Lösung von Mining-Rätseln im Vergleich zu modernen Mining-Geräten exponentiell beschleunigen, was es denen, die über Quantenrechenfähigkeiten verfügen, ermöglicht, Mining-Belohnungen in großem Umfang zu sammeln. Darüber hinaus ermöglicht es ihnen, den Prozess der Transaktionsverifizierung potenziell zu dominieren, indem sie einen überwiegenden Teil der Rechenleistung des Netzwerks übernehmen, ein Szenario, das als 51%-Angriff bekannt ist. 

Während einige Forscher der Ansicht sind, dass Quantencomputer bis mindestens 2028 keinen 51%-Angriff auf Bitcoin durchführen können, deuten neue Beweise darauf hin, dass ein solches Ereignis früher eintreten könnte.

Fazit

Die Schnittstelle von Quantencomputing und Blockchain-Technologie enthüllt ein neues Schlachtfeld im Bereich der Cybersicherheit und digitaler Vermögenswerte. Quantencomputer verkörpern mit ihrer tiefgreifenden Rechenleistung sowohl einen beispiellosen Verbündeten als auch einen potenziellen Gegner für Blockchain-Technologien und Kryptowährungen. Während sie das Potenzial haben, einige der komplexesten Probleme in verschiedenen Bereichen zu lösen, ist ihre Fähigkeit, derzeit sichere kryptografische Systeme zu kompromittieren, unbestreitbar. 

Daher hängt das Überleben von Blockchain und Kryptowährungen in einer quanten dominierten Zukunft von der proaktiven Entwicklung kryptografischer Algorithmen und Sicherungsmechanismen ab, die gegen die beeindruckenden Fähigkeiten von Quantenmaschinen resistent sind. Das kommende Jahrzehnt erfordert ein ernsthaftes, kollektives Engagement von Entwicklern, Kryptographen und Branchenakteuren, um zu innovieren, sich anzupassen und dezentrale digitale Vermögenswerte vor aufkommenden Quantenbedrohungen zu schützen, um die anhaltende Lebensfähigkeit und Sicherheit von Kryptowährungen und Blockchain-Technologien in einer Zukunft, die mit Quantencomputing verwoben ist, zu gewährleisten.