Chinesische Forscher haben einen Quantencomputer zehn Milliarden Mal schneller als Googles Prototyp erstellt. Wir erklären, warum das wichtig ist und was es für die Kryptosphäre bedeutet.
Was sind Quantencomputer?
Ein Quantencomputer ist eine superstarke Rechenmaschine, die Informationen etwa 100 Billionen Mal schneller verarbeiten kann als ein herkömmlicher Computer. Diese Art von Leistung ist für die Verarbeitung von großen Datenmengen unglaublich praktisch. Aber auch für die Modellierung von Schaltkreisen und vielen weiteren möglicherweise noch nicht entdeckten Anwendungsfällen.
Diese Technologie hat jedoch eine dunkle Seite. Forscher glauben, dass Quantencomputer die Computersicherheit, wie wir sie kennen, vollständig zerstören können. Bei solch einer leistungsstarken Datenverarbeitungsleistung dauert die Analyse von Code nicht länger als einen Moment. Dies bedeutet, dass Quantencomputer Terabytes an Daten in nur einer Sekunde lesen und so kryptografischen Code brechen können.
Beispielsweise werden Bankgeschäfte und Nachrichten mithilfe des RSA-Algorithmus verschlüsselt. Um RSA zu brechen, würde ein normaler Computer Hunderte, wenn nicht Tausende von Jahren benötigen. Ein Quantencomputer kann die RSA-Kryptographie in wenigen Minuten abhandeln.
Mark Mattingley-Scott, IBM Q Europe Ambassador, erläuterte den Fortschritt der Forschung zu Quantencomputern:
Wir sind jetzt in der Phase, in der wir Quantencomputer haben und diese nutzen können. Wir können sie programmieren. Nun suchen wir nach einer Möglichkeit, diese industrialisierbarer und stabiler zu machen, sowie nach robusten Technologien. Wir lernen, wie man Algorithmen für sie schreibt. Wir arbeiten an verschiedenen Arten von Quantencomputern.
Mattingley-Scott ist sich sicher, dass die Menschheit für solche Maschinen bereit ist. Er glaubt auch, dass wir für die Konsequenzen bereit sind.
Wie Quantencomputer funktionieren
Die Hardware ist auch komplexer als die ihrer Vorgänger. Es gibt mehr Teile als bei einem herkömmlichen Computer und er muss ständig gekühlt werden.
Ein Quantencomputer arbeitet im Gegensatz zu einem herkömmlichen Computer nicht mit Bits oder Bites (eine Informationseinheit in einem doppelten Berechnungssystem), sondern mit Quantenbits oder Qubits. Diese Technologie beschleunigt die Computerverarbeitung um das Hundertfache.
Welche Quantencomputer sind auf dem Markt?
Ein NASA-Experiment zeigte, dass die Maschine drei Minuten und 20 Sekunden benötigte, um dieselben Berechnungen durchzuführen, die der leistungsstärkste traditionelle Supercomputer zu der Zeit von 10.000 Jahren benötigen würde.
Prototyp-Quantencomputer erschienen Ende des 20. Jahrhunderts. Im Herbst 2019 stellte Google seine jüngste Entwicklung vor und demonstrierte die enormen Möglichkeiten der Quantenberechnung.
Aus unbekannten Gründen hat die NASA ihren Bericht darüber gelöscht, aber Journalisten der Financial Times konnten eine Kopie sichern.
Anfang Dezember 2020 erschien ein neuer, noch leistungsfähigerer Quantencomputer. Es wurde von einer Gruppe chinesischer Wissenschaftler unter der Leitung des bekannten Physikers Jianwei Pan geschaffen.
Die Ergebnisse ihrer Experimente in der Zeitschrift Science zeigten, dass die Produktivität des neuen Computers dem von Google um den Faktor zehn Milliarden und den herkömmlichen Supercomputern um den Faktor 100 Billionen überlegen war.
Die Forscher lieferten keine Informationen über die Preise eines solchen Quantencomputers.
Quantencomputer im öffentlichen Dienst
Forscher des neuen Quantencomputers glauben, dass die Entwicklung der Maschine der „Quantenüberlegenheit“ nahekommt. Ein überaus produktiver Computer, der sehr schwierige Aufgaben schnell lösen kann, könnte jedem Land einen Vorteil in einer Vielzahl von Bereichen verschaffen, von Chemie über künstliche Intelligenz (KI) bis hin zur Big-Data-Analyse.
Quantenüberlegenheit bedeutet, dass ein Computer Berechnungen durchführen kann, die für einen herkömmlichen Computer unmöglich sind.
Im folgenden Video setzt Pan die durch seine Forschung ermöglichte Errungenschaft der „Quantenkommunikation“ mit der Entwicklung der menschlichen Zivilisation gleich. Der Forscher erklärte, dass Homo sapiens den Neandertalern vor 100.000 Jahren aufgrund der Kommunikationsfähigkeit überlegen war.
Im 21. Jahrhundert entwickeln die Menschen die Kommunikation weiter, aber jetzt auf Quantenebene. Pan ist sicher, dass die Arbeit auf diesem Gebiet die Grundlage für die zukünftige Entwicklung der Menschheit sein wird.
Wie Quantencomputer zum Feind der Miner wurden
Ein Quantencomputer könnte einer Person oder einer Gruppe einen Vorteil oder sogar die Kontrolle über ein Netzwerk verschaffen und die Mining-Industrie gefährden. Mining erfordert Hochleistungsausrüstung.
Miner nutzen die Rechenleistung ihrer eigenen Computer, um mathematische Probleme zu lösen. Einige nutzen herkömmliche Computer, während andere spezielle Geräte wie beispielsweise ASICs einsetzen.
Wer zuerst das mathematische Problem löst, erhält die Blockbelohnung. Je leistungsfähiger der Computer ist, desto höher sind die Chancen, das Problem zu lösen und die Belohnung in Bitcoin (BTC) zu erhalten. Manchmal schließen sich Miner zusammen und lösen Aufgaben gemeinsam. Der einzige Nachteil – der Gewinn muss unter den Mitgliedern des Pools aufgeteilt werden.
Miner sind auf der ganzen Welt verstreut – das wiederum unterstützt den dezentralen Aufbau der Kryptowährungen.
Das Kreisdiagramm zeigt deutlich, dass die Aktivität von Bitcoin-Minern auf Einzelpersonen und große Pools verteilt ist. Sie alle konkurrieren und es gibt keinen klaren Marktführer.
Das kollektive Rechenvolumen, das Miner im Bitcoin-Netzwerk verbrauchen, wird als Hash-Rate bezeichnet. Dank der Rivalität, die der Wettbewerb mit sich bringt, sind die Wettbewerbsbedingungen grundsätzlich ausgeglichen. Jeder arbeitet zumindest proportional mit der gleichen Ausrüstung.
51%-Attacke
Quantencomputer haben jedoch eine völlig andere Rechenleistung. Sie könnten dieses empfindliche Gleichgewicht durchaus stören. Ein Quantencomputer könnte 51 Prozent der Bitcoin-Hashrate übernehmen, was auch als 51%-Attacke bekannt ist. Der Besitzer des Quantencomputers hätte somit die vollständige Kontrolle über den Kryptowährungsmarkt.
Ein solcher Power Grab würde die Funktionsfähigkeit des Netzwerks zerstören und Transaktionsbestätigungen blockieren. Darüber hinaus droht bei einem Angriff von 51 Prozent die Gefahr von doppelten Ausgaben. Eine doppelte Ausgabe kann bereits bestätigte Transaktionen stornieren.
Um einen solchen Angriff mit normalen Computern und ASICs zu verwirklichen, wären enorme finanzielle und elektrische Ressourcen erforderlich. Ein Quantencomputer, der mit einem Kryptowährungsnetzwerk verbunden ist, kann diese Art von Angriff schnell und kostengünstig ausführen.
Quantencomputer: eine Bedrohung für die Kryptowährungen
In der Praxis ist es unwahrscheinlich, dass dieses Szenario Realität wird. Unter anderem, weil der Erwerb eines Quantencomputers noch unrealistisch ist.
Laut Analysten von Deloitte könnte ein Quantencomputer für den Diebstahl von Passwörtern und Codes – und somit Coins – eingesetzt werden. Sie glauben, dass mindestens 25 Prozent der BTC-Hodler einem hohen Risiko ausgesetzt sind.
Anderson Cheng, CEO von Post Quantum, stellte in einem Decrypt-Interview fest, dass die Krypto-Community Tools gegen solche Angriffe entwickeln sollte. Andernfalls könnte seiner Meinung nach die zerstörerische Kraft dieser Maschinen Bitcoin vernichten.
Interessante Tatsache! Derzeit entwickelt das Nationale Institut für Standards und Technologie (NIST) Post-Quanten-Kryptographie-Algorithmen. Mit der Hilfe dieser Gruppe könnte sich theoretisch eine Kryptowährung in einen quantenresistenten Zweig der Blockchain verwandeln. Dieser neue „Zweig“ könnte weiterhin auf der Basis eines quantenresistenten Algorithmus arbeiten.
Das Tool von NIST könnten bereits 2022 auf den Markt kommen. Davor muss die Krypto-Community mit der „Quantenunsicherheit“ leben.
Wovor hat die Krypto-Community sonst noch Angst?
Kürzlich hat der beliebte Kryptoanalytiker PlanB eine Umfrage bezüglich der Risiken für Bitcoin unter seinen Lesern durchgeführt.
Quantencomputer waren unabhängig von ihrer Zerstörungskraft nur die zweitgrößte Sorge. Die gruseligste Bedrohung für Bitcoin war laut der Crypto-Community der regulatorische Druck der Mächte. Die restlichen Gefahren sind:
- Zentrales Mining. Das Problem ist, dass mehr als 70 Prozent der Bitcoin-Hashrate aus China stammen. Wenn die Regierung des Landes die Kontrolle über lokale Miner übernimmt, könnte das Netzwerk in Gefahr geraten.
- Hacks, Bugs und Cyberkriminelle.
- Finanzderivate.
- Forks – das heißt, neue verbesserte Versionen von BTC.
- Die Aufteilung der Krypto-Community ist in zwei Lager: unterschiedliche Sichtweisen auf die Bedrohung durch Quantencomputer.
Trotz der Tatsache, dass Quantencomputer derzeit ausschließlich in den Händen großer Forschungsgruppen und Regierungen existieren, kann nicht ausgeschlossen werden, dass in der Zukunft auch Kriminelle Zugriff auf Quantenmaschinen erhalten.
Auf Englisch geschrieben von Harry Leeds.
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