Das Quantencomputing, einst ein theoretisches Konzept, entwickelt sich heute rasch weiter und verändert unser Verständnis der Datenverarbeitung.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Computern, die Bits verwenden, nutzen Quantenmaschinen Qubits, die mehrere Zustände gleichzeitig annehmen können. Dadurch sind sie bei der Lösung komplexer Probleme deutlich effizienter als herkömmliche Computersysteme.

Für den Blockchain-Sektor stellt der Aufstieg der Quantentechnologie eine erhebliche Bedrohung für die kryptografischen Systeme dar, die der Blockchain-Sicherheit zugrunde liegen. Aktuelle Verschlüsselungsmethoden wie Rivest-Shamir-Adleman (RSA) und Elliptic-Curve Cryptography (ECC) werden in Netzwerken wie Bitcoin und Ethereum häufig verwendet.

Ihre größte Stärke liegt in ihrer Komplexität, die herkömmliche Systeme nicht knacken können. Dennoch behaupten Quantenmaschinen, diese Systeme knacken zu können, was diese Netzwerke potenziell anfällig für Angriffe macht, die einst als unwahrscheinlich galten.

Da der gesamte Sektor, der Kryptowährungen, nicht fungible Token (NFTs) und dezentrale Anwendungen (DApps) umfasst, gefährdet ist, sind dringend quantenresistente kryptografische Maßnahmen erforderlich. Während wir uns langsam dem Postquantenzeitalter nähern, muss der Blockchain-Sektor innovativ sein und sich anpassen.

Um diese Probleme zu beleuchten, sprach Lisa Loud, Geschäftsführerin der Secret Network Foundation und Vorsitzende der IEEE SA Quantum Algorithms Workgroup, kürzlich mit crypto.news und diskutierte die Auswirkungen des Quantencomputings auf die Blockchain-Sicherheit und wie diesen Bedrohungen begegnet wird.

Was sind Quantencomputerangriffe und warum werden sie als Bedrohung für Blockchain und Kryptowährungen im Allgemeinen angesehen?

Angriffe mittels Quantencomputern ähneln so etwas wie modernen Brute-Force-Angriffen, da sie im Vergleich zu klassischen Computern eine viel bessere Fähigkeit besitzen, verschiedene Kombinationen auszuprobieren. Bei einem dreistelligen Zahlenschloss gibt es rund tausend Kombinationen und ein geduldiger Dieb könnte sie alle ausprobieren und Ihren Koffer aufschließen oder Ihr Fahrrad stehlen. Bei einem Online-Passwort mit 12 Zeichen erhöhen sich die Permutationen auf 7212 verschiedene mögliche Passwörter, die ein Mensch nicht bewältigen könnte – ein klassischer Computer könnte sie jedoch alle der Reihe nach ausprobieren und schließlich die richtige Kombination finden. Bei einer Brieftasche mit einem verschlüsselten privaten Schlüssel erhöht sich die Zahl der möglichen Optionen auf 2256. Das sind zu viele für klassische Computer, aber ein Quantencomputer könnte es schaffen.

Dies ist eine Vereinfachung der Realität, vermittelt aber das Konzept, warum ein Angriff durch Quantencomputer eine Bedrohung für Blockchains und Kryptowährungen darstellt. Viele Vorschläge zur Bekämpfung dieser Bedrohung sind weitgehend theoretischer Natur oder basieren auf der Lösung, neue Blockchains mit nativer Quantenresistenz zu erstellen. Dies ist jedoch nicht praktikabel, wenn in vorhandenen Blockchains Millionen von Dollar gebunden sind. Stattdessen konzentrieren sich einige Forscher auf End-to-End-Frameworks, die auf vorhandene Blockchains angewendet werden können3. Eine weitere, weniger offensichtliche, aber potenzielle Bedrohung besteht darin, dass Quantencomputer Blöcke möglicherweise viel schneller schürfen können als klassische Computer, wodurch die Schürfleistung möglicherweise zentralisiert wird.

Kann der Blockchain-Sektor diese Probleme angehen, bevor die Quantencomputertechnologie vollständig ausgereift ist?

Dies sind die Probleme, die wir heute sehen, aber wer weiß, was auf uns zukommt, wenn Quantencomputing Realität wird. Wir wissen, dass die Blockchain-Kryptographie speziell zur Bekämpfung dieser Bedrohungen weiterentwickelt wird, aber die größte Frage ist: Woran haben wir nicht gedacht? Welche Bedrohungen gibt es, die heute nicht offensichtlich sind, sondern erst entstehen werden, wenn wir diese beiden Technologien im selben Raum haben? Wir kennen die Antwort nicht, aber eines können wir sicher sein: Es wird neue und unerwartete Probleme zu lösen geben, wenn Blockchains auf Quantencomputing treffen.

Theoretisch können Quantencomputer RSA- und Elliptic-Curve-Kryptographiealgorithmen knacken. Wie groß ist die Bedrohung für aktuelle Blockchain-Plattformen wie Bitcoin und Ethereum?

Das Feld der Quantenkryptographie ist zwar vielversprechend, was das Knacken bestehender Chiffren angeht, aber noch lange nicht bereit für den praktischen Einsatz. Gleichzeitig entwickelt sich die On-Chain-Verschlüsselung weiter und die heutigen Kryptographen sind sich der Quantenbedrohung am Horizont bewusst. Aufgrund dieser Bedingungen werden bei der Entwicklung neuer On-Chain-Verschlüsselungsmethoden quantensichere Methoden als notwendig erachtet. Heute besteht keine unmittelbare Bedrohung für Bitcoin oder Ethereum, einfach weil Quantenhardware weitgehend ein theoretisches Konstrukt bleibt.

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Glauben Sie, dass kryptografische Standards dazu beitragen können, Blockchain-Netzwerke vor Quantenbedrohungen zu schützen? Können sie in bestehende Systeme wie Bitcoin und Ethereum integriert werden?

Es gibt verschiedene Kryptowährungsalgorithmen, die für den Umgang mit Quantenresistenz entwickelt wurden, wie z. B. SPHINCS+. Während ich einem Normungsausschuss bei IEEE vorsitze, der Best Practices für das Schreiben von Quantenalgorithmen definiert, gibt es andere Arbeitsgruppen bei IEEE und viele andere Normungsorganisationen, die an den Best Practices für die quantenresistente Softwareentwicklung arbeiten. Blockchains werden in der Lage sein, Verschlüsselungsalgorithmen früher umzustellen als viele andere Bereiche der Industrie. Insbesondere Ketten, die über eine Governance-Struktur verfügen, werden den Wechsel leichter vollziehen können. Ketten wie Bitcoin oder Ethereum könnten länger brauchen.

Welche Herausforderungen sind für dezentrale Blockchains bei der Migration zur Post-Quanten-Kryptographie zu bewältigen? Ist die Pseudonymität öffentlicher Blockchains ein Problem?

Die Pseudonymität der Blockchain-Benutzer ist hier nicht so sehr das Problem, sondern die Verteilung der Knoten auf jeder Blockchain, von denen Bitcoin die extremste ist. Jede Abhilfestrategie, um Bitcoin quantensicher zu machen, wird mit ziemlicher Sicherheit eine Änderung des Wallet-Adressformats erfordern. Der Proof-of-Work-Konsensmechanismus von Bitcoin ist weniger unmittelbar bedroht, aber sein Adresssystem (basierend auf ECDSA – Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) ist anfällig und muss geändert werden. Dies war in der Vergangenheit ein chaotischer Prozess, der Chaos und einige Verluste verursachte. Ethereum steht mit seiner Adressstruktur und weiten Verteilung vor ähnlichen Herausforderungen, hat aber den Vorteil, dass es aufgrund seiner Smart-Contract-Funktionen leichter aktualisierbar ist als Bitcoin.

Es ist also durchaus möglich, dass die Migration einer Blockchain zur Postquantenkryptografie mit Herausforderungen verbunden ist. Je weiter die Kette verteilt wird, desto schwieriger wird es, diese Herausforderungen zu bewältigen. Wallets, deren Migration langsamer verläuft, könnten anfälliger für Quantenangriffe sein. Um sicherzustellen, dass Postquantensysteme während der Übergangsphase mit Legacy-Systemen interagieren können, müssen über einen längeren Zeitraum hinweg duale Systeme gewartet werden. Zudem kann die größere Schlüsselstruktur die Leistung der Blockchain beeinträchtigen.

Gibt es also bestehende Blockchain-Netzwerke, die für den Übergang gerüstet sind?

Einige Blockchains, die erst vor kurzem entwickelt wurden, bieten einen einfacheren Weg zur Schadensbegrenzung. Cosmos ist beispielsweise so konfiguriert, dass eine Migration einfacher ist. Alle auf dem Cosmos SDK basierenden Chains sollten einen gemeinsamen quantensicheren Algorithmus wählen, um die Wallet-Integration zu vereinfachen. Einige Chains sind speziell darauf ausgelegt, die Daten zu verschlüsseln, die sie in Transaktionen übertragen, wie etwa Secret Network und Fhenix. Secret verwendet sichere Hardware-Enklaven (wie TEE von Intel SGX), um verschlüsselte Daten in der Chain zu schützen. Diese Verschlüsselungen sind resistent gegen Quantenangriffe, da sichere Enklaven ihre Verschlüsselungsschemata in Echtzeit ändern können, was zu Leistungseinbußen führt. Fhenix verwendet Mathematik – oder vollständig homomorphe Verschlüsselung –, um die Daten in einem komplexen Verschlüsselungsschema zu sichern, das quantenresistent ist. Die Technologie für FHE ist heute noch nicht einsatzbereit, aber ihr Zeitrahmen ist viel kürzer als der Zeitrahmen für Quantencomputer. Dies ermöglicht es, die Blockchains der Zukunft nativ mit integrierter Quantenresistenz zu entwickeln, und zwar viel früher, als Quantencomputer bereit sind, Blockchains anzugreifen.

Wie viel Zeit hat der Blockchain-Sektor, bevor die Bedrohung durch Quantencomputer unausweichlich wird?

In den nächsten 10–20 Jahren sollte die [Blockchain-]Branche vollständig vorbereitet sein. Viele Experten glauben, dass in diesem Zeitraum Quantencomputer entstehen könnten, die in der Lage sind, aktuelle kryptografische Systeme zu knacken. Wenn man sich nicht darum kümmert, werden Quantencomputer darüber hinaus wahrscheinlich in der Lage sein, die meisten aktuellen kryptografischen Systeme zu knacken, die in Blockchains verwendet werden. Der Tag, an dem Quantencomputing die Verschlüsselung von Bitcoin und Ethereum bedroht, liegt in ungewisser Zukunft. Basierend auf der Modellierung der Anzahl der seit 2014 entwickelten Qubits und der Projektion dieses Zeitrahmens in die Zukunft1 liegen die frühesten Schätzungen bei 2035, einige sagen, es wird viel später, bis zum Jahr 2050, sein.

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