Quantencomputing zur Ausführung von Wirtschaftsmodellen zur Einführung von Krypto

Nach vielen Berichten entwickelt sich das Quantencomputing (QC), das zur Darstellung seiner binären Einsen und Nullen atomaren „Spin“ anstelle einer elektrischen Ladung verwendet, exponentiell weiter. Wenn QC jemals in großem Maßstab umgesetzt wird, könnte dies ein Segen für die menschliche Gesellschaft sein und unter anderem dazu beitragen, die Ernteerträge zu verbessern, bessere Medikamente zu entwickeln und sicherere Flugzeuge zu entwickeln. 

Auch der Kryptosektor könnte profitieren. Erst letzte Woche simulierte beispielsweise ein von der Bank of Canada in Auftrag gegebenes Projekt die Einführung von Kryptowährungen bei kanadischen Finanzorganisationen mit Quantencomputing. 

„Wir wollten die Leistungsfähigkeit des Quantencomputings an einem Forschungsfall testen, der mit klassischen Computertechniken schwer zu lösen ist“, sagte Maryam Haghighi, Direktorin für Datenwissenschaft bei der Bank of Canada, in einer Pressemitteilung. 

Andere befürchten jedoch, dass Quantencomputing aufgrund seiner außergewöhnlichen „Brute Force“-Leistung auch die kryptografische Struktur der Blockchain knacken könnte, die Bitcoin gedient hat (BTC) seit seiner Gründung so gut. Tatsächlich sagen einige, dass es nur eine Frage der Zeit ist, bis Quantencomputer in der Lage sein werden, die enormen Primzahlen zu identifizieren, die Schlüsselbestandteile eines privaten BTC-Schlüssels sind – vorausgesetzt, es werden keine Gegenmaßnahmen entwickelt. 

In diesem Sinne ein kürzlich veröffentlichter Artikel berechnet Wie viel Quantenleistung würde benötigt werden, um einen privaten BTC-Schlüssel zu duplizieren, d mit der University of Sussex verbunden. 

Sicherlich wird dies keine leichte Aufgabe sein. Der Algorithmus von Bitcoin, der öffentliche Schlüssel in private Schlüssel umwandelt, ist „einseitig“, was bedeutet, dass es einfach ist, einen öffentlichen Schlüssel aus einem privaten Schlüssel zu generieren, aber mit heutigen Computern praktisch unmöglich ist, einen privaten Schlüssel aus einem öffentlichen Schlüssel abzuleiten. 

Darüber hinaus müsste dies alles in etwa 10 Minuten erledigt sein, der durchschnittlichen Zeitspanne, die ein öffentlicher Schlüssel im Bitcoin-Netzwerk offengelegt oder angreifbar ist. Es wird auch davon ausgegangen, dass der öffentliche Schlüssel mit der BTC-Adresse identisch ist, wie es in den frühen Tagen von Bitcoin üblich war, bevor es üblich wurde, den KECCAK-Algorithmus zum „Hashen“ öffentlicher Schlüssel zur Generierung von BTC-Adressen zu verwenden. Es wird geschätzt, dass etwa ein Viertel der vorhandenen Bitcoins ungehashte öffentliche Schlüssel verwenden.

Angesichts dieser Einschränkungen schätzen die Autoren, dass 1.9 Milliarden Qubits erforderlich wären, um innerhalb von 10 Minuten in einen einzelnen privaten Bitcoin-Schlüssel einzudringen. Qubits oder Quantenbits sind das Analogon zu „Bits“ in der klassischen Informatik. Im Vergleich dazu können die meisten Proto-QC-Computer heute 50–100 Qubits erzeugen, obwohl der hochmoderne Eagle-Quantenprozessor von IBM 127 Qubits verwalten kann. 

Anders ausgedrückt: Das sind 127 Qubits gegenüber den 1.9 Milliarden, die nötig sind, um die Sicherheit von Bitcoin mithilfe eines groß angelegten Quantencomputers mit gefangenen Ionen zu knacken, wie im AVS Quantum Science-Artikel vorgeschlagen.

Mark Webber, Quantenarchitekt bei Universal Quantum, einem Spin-out-Unternehmen der University of Sussex, und Hauptautor des Papiers, sagte„Unser geschätzter Bedarf […] legt nahe, dass Bitcoin vorerst als sicher vor einem Quantenangriff gelten sollte, aber die Quantencomputertechnologien skalieren schnell, und regelmäßige Durchbrüche wirken sich auf solche Schätzungen aus und machen sie zu einem sehr möglichen Szenario innerhalb der nächsten 10 Jahre.“ 

Ist die Bedrohung real?

Könnte die Sicherheit von Bitcoin wirklich geknackt werden? „Ich denke, dass Quantencomputer die Kryptowährung zerstören könnten“, sagte Takaya Miyano, Professor für Maschinenbau an der japanischen Ritsumeikan-Universität, gegenüber Cointelegraph, „Allerdings nicht in ein paar Jahren, sondern in 10 bis 20 Jahren.“

Miyano leitete kürzlich ein Team, das eine auf Chaos basierende Stream-Verschlüsselung entwickelte, die Angriffen großer Quantencomputer standhalten soll.

David Chaum, der letztes Jahr für Cointelegraph schrieb, schlug ebenfalls Alarm – nicht nur für Krypto aber auch für die breitere Gesellschaft:

„Vielleicht am erschreckendsten für eine Gesellschaft, die so sehr auf das Internet angewiesen ist, bringt Quanten-Computing alle unsere digitalen Infrastrukturen in Gefahr. Unser modernes Internet basiert auf Kryptographie⁠ – der Verwendung von Codes und Schlüsseln zur Sicherung der privaten Kommunikation und Speicherung von Daten.“

Für Kryptowährungen wie Bitcoin und Ether (ETH), „für die dieses Konzept von grundlegender Bedeutung ist, könnte ein ausreichend leistungsfähiger Quantencomputer den Diebstahl von Werten in Milliardenhöhe oder die Zerstörung einer gesamten Blockchain bedeuten“, fuhr Chaum fort.

Es gibt mehr als 4 Millionen BTC, „die potenziell anfällig für einen Quantenangriff sind“, so das Beratungsunternehmen Deloitte Schätzungen, eine Zahl, die Eigentümer umfasst, die nicht gehashte öffentliche Schlüssel verwenden oder BTC-Adressen wiederverwenden, eine weitere unkluge Praxis. Bei aktuellen Marktpreisen beläuft sich das Risiko auf etwa 171 Milliarden US-Dollar. 

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„Ich persönlich denke, dass wir im Moment nicht in der Lage sind, eine gute Schätzung abzugeben“, wie lange es dauern wird, bis Quantencomputer die Verschlüsselung von BTC knacken können, Itan Barmes, Quantensicherheitsleiter bei Deloitte Niederlande und Projektmitarbeiter beim Weltwirtschaftsforum, sagte Cointelegraph. Aber viele Experten schätzen heute 10 bis 15 Jahre, sagte er. Auch viele dieser Schätzungen zielen darauf ab, die Verschlüsselung ohne zeitliche Einschränkungen zu knacken. Es wird schwieriger sein, alles innerhalb von 10 Minuten zu erledigen.

Auch andere Kryptowährungen, nicht nur Bitcoin, könnten anfällig sein, darunter solche mit Proof-of-Stake (PoS)-Validierungsmechanismen; Bitcoin verwendet ein Proof-of-Work (PoW)-Protokoll. „Wenn das Blockchain-Protokoll öffentliche Schlüssel ausreichend lange offenlegt, wird es automatisch anfällig für Quantenangriffe“, sagte Marek Narozniak, Physiker und Mitglied der Quantenforschungsgruppe von Tim Byrnes an der New York University, gegenüber Cointelegraph. „Es könnte einem Angreifer ermöglichen, Transaktionen zu fälschen oder sich für PoS-Systeme als Blockproduzenten auszugeben.“ 

Zeit sich vorzubereiten

Es scheint, dass die Kryptoindustrie etwa ein Jahrzehnt Zeit haben könnte, um sich auf einen möglichen QC-Angriff vorzubereiten, und das ist von entscheidender Bedeutung. Narozniak bemerkte:

„Es ist mehr als genug Zeit, um quantensichere Kryptografiestandards zu entwickeln und angemessene Abzweigungen zu derzeit verwendeten Blockchain-Protokollen auszuarbeiten.“

Auf die Frage, ob er zuversichtlich sei, dass die Post-Quanten-Kryptographie rechtzeitig entwickelt wird, um Hacker zu vereiteln, bevor die 10-Minuten-Grenze durchbrochen wird, verwies Barmes von Deloitte auf ein neueres Papier von ihm mitverfasst zu Quantenrisiken für die Ethereum-Blockchain, das zwei Arten von Angriffen beschreibt: einen Speicherangriff und einen Transitangriff. Die erste „ist weniger kompliziert in der Ausführung, aber um sich dagegen zu schützen, muss man nicht unbedingt den Kryptografiealgorithmus ersetzen.“ Andererseits sagte er gegenüber Cointelegraph:

„Der Transit-Angriff ist viel schwieriger auszuführen und auch viel schwieriger davor zu schützen. Es gibt einige Kandidatenalgorithmen, von denen angenommen wird, dass sie gegen Quantenangriffe resistent sind. Sie alle haben jedoch Leistungsnachteile, die sich nachteilig auf die Anwendbarkeit und Skalierbarkeit der Blockchain auswirken können.“

Ein Wettrüsten?

Was sich in diesem Bereich abspielt, scheint also eine Art Wettrüsten zu sein – da Computer immer leistungsfähiger werden, müssen Verteidigungsalgorithmen entwickelt werden, um der Bedrohung zu begegnen. 

„Dieses Gesamtmuster ist für uns wirklich nichts Neues“, sagte Narozniak. „Wir sehen es auch in anderen Branchen.“ Innovationen werden eingeführt und andere versuchen sie zu stehlen, so dass Mechanismen zum Schutz vor Piraterie entwickelt werden, die noch raffiniertere Diebstahlgeräte provozieren. 

„Was diesen Fall der quantensicheren Kryptographie ein wenig anders macht, ist, dass die Quantenalgorithmen eine drastischere Änderung erfordern. Schließlich basieren diese Geräte auf einer anderen Physik und bieten für bestimmte Probleme eine unterschiedliche Rechenkomplexität“, fügte Narozniak hinzu.

Tatsächlich macht sich QC eine unheimliche Eigenschaft der Quantenmechanik zunutze, bei der ein Elektron oder ein Atomteilchen gleichzeitig in zwei Zuständen sein kann. Im klassischen Rechnen stellt eine elektrische Ladung Informationen entweder als 0 oder als 1 dar und das ist fest, aber beim Quantenrechnen kann ein Atomteilchen sowohl eine 0 als auch eine 1 oder eine 1 und eine 1 oder eine 0 und ein a sein 0 usw. Wenn diese einzigartige Qualität genutzt werden kann, explodiert die Rechenleistung um ein Vielfaches, und die Entwicklung von QC gepaart mit Shors Algorithmus – erstmals 1994 als theoretische Möglichkeit beschrieben, aber bald weitreichende Realität, wie viele glauben – ist ebenfalls eine Bedrohung um die RSA-Verschlüsselung aufzubrechen, die in weiten Teilen des Internets, einschließlich Websites und E-Mails, verwendet wird. 

„Ja, es ist ein sehr hartes und aufregendes Waffenrennen“, sagte Miyano gegenüber Cointelegraph. „Angriffe – einschließlich Seitenkanalangriffe – auf Kryptosysteme werden aufgrund der Fortschritte bei Computern und mathematischen Algorithmen, die auf den Maschinen laufen, immer mächtiger. Jedes Kryptosystem könnte aufgrund des Aufkommens eines unglaublich leistungsfähigen Algorithmus plötzlich kaputt gehen.“

Simulation finanzieller Beziehungen 

Man sollte jedoch nicht unbedingt davon ausgehen, dass die Auswirkungen des Quantencomputings auf den Kryptosektor völlig schädlich sein werden. Samuel Mugel, Chief Technology Officer bei Multiverse Computing, dem Unternehmen, das das oben genannte Programm bei der Bank of Canada leitete, erklärte, dass sie im Pilotprojekt ein Netzwerk finanzieller Beziehungen simulieren konnten, in dem die Entscheidungen, die ein Unternehmen treffen könnte, dargestellt wurden hängt stark von den Entscheidungen anderer Unternehmen ab und erklärt Cointelegraph weiter:

„Spieltheoretische Netzwerke wie dieses sind für normale Supercomputer sehr schwer zu lösen, weil optimalere Verhaltensweisen übersehen werden können. Quantencomputer haben Möglichkeiten, mit dieser Art von Problemen effizienter umzugehen.“

Auf Quantenmechanik basierende Geräte bieten möglicherweise weitere einzigartige Möglichkeiten, fügte Narozniak hinzu: „Im Gegensatz zu klassischen Zuständen können Quantenzustände beispielsweise nicht kopiert werden. Wenn digitale Token mithilfe der Quantenzustände dargestellt würden, würde das No-Cloning-Theorem sie automatisch davor schützen, doppelt ausgegeben zu werden.“

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Quantenverschränkung könnte auch zur Sicherung von Quanten-Smart-Verträgen genutzt werden, sagte Narozniak. „Token könnten während der Vertragsausführung verwickelt werden, wodurch beide Parteien anfällig für eventuelle Verluste werden, wenn der Smart Contract nicht wie vereinbart ausgeführt wird.“

Entwicklung der Post-Quanten-Kryptographie

Alles in allem scheint die Bedrohung des Kryptoversums durch Quantencomputing real zu sein, aber es wäre enorme Kraft erforderlich, um die zugrunde liegende Kryptographie zu durchbrechen, und Hacker müssten auch unter strengen Zeitvorgaben arbeiten – sie hätten nur 10 Minuten Zeit, um in einen privaten BTC-Schlüssel einzudringen. zum Beispiel. Die Realität, die Bitcoin-Verschlüsselung mit elliptischen Kurven durch den Einsatz von Quantencomputern zu durchbrechen, ist ebenfalls noch mindestens ein Jahrzehnt entfernt. Aber die Industrie muss jetzt mit der Entwicklung von Abschreckungsmitteln beginnen. „Ich würde sagen, dass wir rechtzeitig bereit sein sollten, aber wir müssen ernsthaft damit beginnen, daran zu arbeiten“, sagte Barmes.

Tatsächlich findet derzeit eine beträchtliche Menge an Forschung „im Post-Quanten-Krypto“ statt, sagte Dawn Song, Professorin in der Informatikabteilung der University of California in Berkeley, gegenüber Cointelegraph und fügte hinzu:

„Es ist wichtig, dass wir eine quantenresistente oder Post-Quanten-Kryptographie entwickeln, damit wir die Alternativen parat haben, wenn Quantencomputer in der Realität leistungsstark genug sind.“