By Kenna Hughes-Castleberry gepostet am 14. Oktober 2022
Mehr zum Thema Quantencomputing und Kryptowährungen erfahren Sie unter Herbst-IQT Konferenz zu Quantencomputing und Cybersicherheit.
Bei der Entwicklung innovativer Technologien besteht immer die Realität, dass verschiedene Arten von Technologien einander bedrohen. Dies scheint beim Quantencomputing der Fall zu sein und Blockchain, da viele Quantenalgorithmen das besonders sichere System der Blockchain gefährden könnten. Laut a 2022 Studie by DeloitteBisher haben nur sehr wenige aktuelle Kryptowährungen oder Blockchain-basierte Unternehmen Anstrengungen unternommen, um quantensicher zu werden. „Die meisten Kryptowährungen identifizieren dieses Problem [Quantencomputing] nicht einmal in ihren Roadmaps“, sagte der Studie angegeben. Während Quantencomputing derzeit möglicherweise keine Bedrohung für Blockchain-Plattformen darstellt, wird es irgendwann so weit entwickelt sein, dass dies möglich ist, was möglicherweise zu einer Bedrohung führen wird verringern bei der Verwendung von Kryptowährungen.
Definition von Blockchain- und Quantenalgorithmen
Für diejenigen, die mit Blockchain nicht vertraut sind: Plattform ist als digitales Hauptbuch auf mehreren Rechnern innerhalb eines Peer-to-Peer-Netzwerks laufen. Blockchain verwendet Zufallszahlengeneratoren zusammen mit den Daten selbst (in Blöcken gespeichert), um einen Hash oder eine Bezeichnung für jeden Block zu erstellen. Jeder Hash basiert teilweise auf dem Hash des vorherigen Blocks, was das Hacken erschwert. Wenn ein Block gehackt wird, ändert sich sein Hash sofort und die Blockchain bricht zusammen. Um einen erfolgreichen Hack durchzuführen, müsste ein Hacker alle folgenden Hashes in der Kette sowie alle Hashes in jedem Computer im Netzwerk erfolgreich ändern. Dies ist einer der Gründe, warum Blockchain eine sicherere digitale Plattform ist.
Mark Webber, leitender Quantenarchitekt bei Universal Quantum, spricht über Quantencomputing und Kryptowährungen sowie Blockchain (PC Universal Quantum)
Die meisten Experten sehen jedoch die Möglichkeiten des Quantencomputings, insbesondere der Quantentechnologie Algorithmen, was eine ernsthafte Bedrohung für das Blockchain-System darstellt. Der bedrohlichste dieser Algorithmen ist der von Shor und Grover. Shor-Algorithmus wurde Mitte der 1990er Jahre entwickelt, um Primfaktoren einer bestimmten ganzen Zahl zu finden. „In vielerlei Hinsicht hat es das Feld mit dieser Begeisterung für eine Anwendung, gepaart mit einem exponentiellen Vorteil durch den Einsatz von Quantencomputern, angekurbelt“, erklärte er Mark Webber, leitender Quantenarchitekt bei Universelles Quantum, ein Unternehmen, das sich auf den Bau der nächsten Generation von Quantencomputern konzentriert. Webber untersuchte die Wechselwirkungen zwischen Quantencomputing und Blockchain, insbesondere im Fall von Kryptowährungen. Da viele verschlüsselte Kommunikationen wie die Blockchain öffentliche und private Schlüssel für sichere Kanäle verwenden, könnten Algorithmen wie der von Shor damit drohen, private Schlüssel durch die Verarbeitung des öffentlichen Schlüssels preiszugeben. „Während diese Schlüssel in der klassischen Welt als sicher gelten, können wir diese Verschlüsselungstechniken knacken, wenn wir über einen ausreichend leistungsstarken Quantencomputer verfügen“, fügte Webber hinzu.
Ebenso kann Grovers Algorithmus aufgrund seiner Fähigkeit, Suchfunktionen zu optimieren und wichtige Werte in großen Pools zufälliger Daten zu finden, eine Bedrohung für die Blockchain darstellen. Als ein 2022 Forbes In dem Artikel heißt es: „Der Unterschied zwischen den Algorithmen von Grover und Shor besteht darin, dass Grovers eine größere Bedrohung für kryptografisches Hashing und gespeicherte Daten darstellt, während Shors Algorithmen eine Bedrohung für den Kommunikationskanal darstellt, in dem sich Daten zwischen der [Kryptowährungs-]Wallet und den Blockchain-Knoten befinden.“ Aufgrund dieser beiden Algorithmen gehen viele Experten davon aus, dass Quantencomputer letztendlich die gesamte Kryptowährungsplattform gefährden und wertlos machen könnten.
Im Moment gibt es eine Zeitverzögerung, da sich die Quantentechnologie weiterentwickelt. Und viele Organisationen und Quantenunternehmen nutzen diese Zeitverzögerung, um die Vorteile und Gefahren der Quantentechnologie besser zu verstehen. Als Quantenarchitekt arbeitet Webber nicht nur am Bau der nächsten Generation von Quantencomputern, sondern versucht auch, den zeitlichen Verlauf der Quantenauswirkungen zu verstehen. Er fragt oft: „Wie schnell müssen wir dieses Problem lösen, damit es einen relevanten Quantenvorteil darstellt?“ Bei manchen Problemen kann es durchaus sein, dass Sie tagelang auf Ihre Antwort warten müssen. In manchen Fällen hingegen, etwa bei der Aufhebung bestimmter Aspekte der Verschlüsselung, gibt es ein Zeitfenster für die Schwachstelle. Das bedeutet, dass man das Problem sehr schnell lösen muss, beispielsweise in weniger als 10 Minuten, und dass die gewünschte Laufzeit dann die Anforderungen an die Quantenhardware definiert.“
Auch beim Thema Verschlüsselung und Blockchain können Quanteneffekte eine positive Rolle spielen. „Die Zufallszahlengeneratoren für diese Verschlüsselungsverfahren können von a stammen Quantenquelle“, sagte Webber. „Wir können eine kleine Anzahl von Qubits als im Wesentlichen echte Zufallszahlenquelle verwenden. Wir sprechen hier nicht von großen Quantencomputern, sondern von Qubits, die den Grad der Verschlüsselung verstärken, die wir haben.“ Doch diese Qubits könnten zu einem zweischneidigen Schwert werden und auch einen einfacheren Weg ermöglichen, sich in ein potenzielles Kryptowährungssystem zu hacken.
Mit Quantum Computing in Kryptowährungen hacken
Viele Kryptowährungen, wie Bitcoin, verwenden eine Technik namens elliptische Kurve (EC)-Kryptographie zur Gewährleistung verschlüsselter Transaktionen. EC verwendet Paare aus öffentlichen und privaten Schlüsseln sowohl für die Entschlüsselung als auch für die Verschlüsselung. „Es hat auch ein eigenes Zeitfensterelement“, fügte Webber hinzu. „Dies führt zu der wichtigen Frage: Wenn wir diese Schlüssel knacken könnten, welcher Prozentsatz des Bitcoin-Netzwerks wäre angreifbar?“ Andere Untersuchungen haben gezeigt, dass es derzeit einen bestimmten Prozentsatz der gesamten Bitcoins gibt, der anfällig für einen langsamen Angriff wäre, und das sind etwa 25 %.“ Webber und andere Experten glauben, dass die Quantenhardware, die für einen derart langsamen Angriff erforderlich ist, noch einige Jahre von unserem jetzigen Stand entfernt ist, Kryptowährungen unternehmen jedoch weiterhin kaum Anstrengungen, um ihre Systeme quantensicher zu machen. „Wenn sich nichts ändert, wird es zwei Phasen der Störung geben“, erklärte Webber. „Die ersten etwa 25 % aller Bitcoin wären angreifbar, und das wäre ein großer Vertrauensverlust für das System, aber vielleicht nicht völlig katastrophal.“ Aber die zweite Phase, in der wir in der Lage sind, die Verschlüsselung innerhalb eines kürzeren Zeitfensters zu knacken, würde alle Transaktionen angreifbar machen und letztendlich das Ende von Bitcoin bedeuten.“
Schätzungen zufolge benötigen Quantencomputer, die diese Art der Verschlüsselung brechen können, derzeit über eine Million physische Qubits, was weit von den etwa 100 führenden Unternehmen entfernt ist, die derzeit vorhanden sind. Webber erklärt, dass dies der Antrieb von Universal Quantum ist: „Wir haben uns immer auf die Skalierungsfrage konzentriert und jetzt Designentscheidungen getroffen, die es uns ermöglichen, so schnell wie möglich auf die Gerätegrößen zu wachsen, die für einen breiten Quantenvorteil erforderlich sind.“
Webber hofft, dass Bitcoin-Unternehmen und andere Kryptowährungen die Zeitverzögerung nutzen werden quantenbeweis ihre Plattformen. Laut Webber: „Theoretisch sollte Bitcoin genügend Zeit haben, einen solchen Wechsel vorzunehmen.“ Ein Punkt, den einer meiner Mitarbeiter anspricht, sind die Herausforderungen beim Governance-Prozess, bei dem es darum geht, in der Community genügend Zustimmung zu bekommen, um zu sagen: „Okay, wir sollten uns alle ändern, das ist etwas, das nicht ignoriert werden sollte.“ Mit a Da möglicherweise ein Konsens erforderlich ist und die Fähigkeit, die Blockchain in der Entwicklung quantenresistent zu machen, wird es zu einem Wettlauf gegen die Zeit um die Zukunft von Bitcoin und anderen Kryptowährungen.
Aber wie Webber auch erklärt, ist Quantencomputing nicht nur schlecht für die Blockchain, da es wichtige Lösungen für dezentrale Finanzen und autonome Banken bieten kann. „All die Anwendungen, die uns für Quantencomputing im Finanzwesen begeistern, viele dieser Probleme müssen auch in den dezentralen Versionen dieser Systeme gelöst werden“, sagte Webber. „Könnte ein dezentrales Finanzsystem also auch einen Quantencomputer in der Cloud suchen, um bestimmte Probleme zu lösen? Möglicherweise…"
Kenna Hughes-Castleberry ist Mitarbeiterin bei Inside Quantum Technology und Science Communicator bei JILA (eine Partnerschaft zwischen der University of Colorado Boulder und NIST). Ihre Beats beim Schreiben umfassen Deep Tech, Metaverse und Quantentechnologie.
