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Quantencomputer und Resistenz


Quantencomputer Quantencomputer basieren auf den Gesetzen der Quantenphysik. Die Basis sind hierbei nicht elektrische, sondern quantenmechanische Zustände. Klassische Computer arbeiten mit sogenannten Bits, Einsen und Nullen, die zwei elektrisch Zustände haben: an oder aus. 8 Bits sind ein Byte, mit denen Computer rechnen und zwar sequentiell. Das führt bei großen Datenmengen und schwieirgen Rechenaufgaben zu einem hohen Zeitaufwand. Je komplizierter die Aufgabe, dest länger und damit auch teurer wird die Lösung. Es kann z.B. Jahre dauern, bis ein selbst leistungsstarker Großcomputer große Primzahlen in ihre Faktoren zerlegt habt. Dieser Umstand wird in der Kryptographie genutzt, um wichtige Daten zu verschlüsseln.

Quantencomputer funktionieren völlig anders. Sie nutzen Quantenbits (Qubits), die zwar auch mit Einsen und Nullen arbeiten, aber beide Zustände gleichzeitig annehmen können, was man Superposition nennt. Zudem ist es möglich, dass in einem Quantencomputer ein Qubit unendlich viele Zustände annehmen kann, und es ist möglich, dass die Qubits miteinander verbunden arbeiten, was sich quantenverschränkt nennt. Mit jedem zusätzlichen Qubit verdoppelt sich die Rechenleistung.
Da Quantencomputer also nicht sequentiell, sondern parallel arbeiten, sind sie selbst bei großen Datenmengen und schwierigsten Aufgaben enorm schnell. Was bei herkömmlichen Computern Monate oder Jahre dauert, kostet den Quantencomputer wenige Sekunden.


Daraus folgt, dass, wenn diese Quantencomputer breit verfügbar sein sollten, was durchaus in den nächsten Jahren so sein könnte, die herkömmliche Kryptografie und der Passwortschutz, ja selbst die Blockchaintechnologie mit den privaten Schlüsseln nicht mehr sicher sind und mit Leichtigkeit entschlüsselt oder geknackt werden könnten. Und auch das bisher aufwendige Bitcoin-Mining könnte dann zum Kinderspiel werden, weil der Schwierigkeitsgrad der Rechenaufgaben für das Mining zur Banalität würde. So die Befürchtungen einiger Insider. Andere behaupten, die Gefahr sei speziell für Blockchains nicht sehr hoch und könnte leicht gemanaged werden. Bitcoin sei über die SHA-256-Hashfunktion so gut wie sicher.


Post Quantum Resistenz


Was ist dran an diesen Befürchtungen ? Wird die Blockchaintechnologie überholt ?


Quantencomputer U.a. Banken, Versicherungen und natürlich das Militär und Geheimdienste haben das Problem seit etlichen Jahren im Visier und arbeiten fieberhaft an strategischen Antworten und Lösungen. Z.B. hat eine Arbeitsgruppe aus der Interamerikanischen Entwicklungsbank (IDB), der LACChain, dem Cambridge Quantum Computing (CQC) und der Tecnológico de Monterrey (TEC) gemeinsam ein Forschungspapier erarbeitet und veröffentlicht, in dem sie auf bereits bestehende Gefahren für kryptografische Sicherheitsverfahren hinweisen und Lösungen andenken.
Wissenschaftler vom MIT untersuchten kürzlich die Verwendung von Quantencomputern für das Mining von Kryptowährungen und für Angriffe auf private Schlüssel.

Für die Blockchaintechnologie ist in erster Linie das asymmetrische Verschlüsselungsverfahren in Frage gestellt. Die auch als Public-Key-Kryptographie bezeichnete Verschlüsselung ist eine kritische Komponente der Blockchaintechnologie, sowie der Internet-Infrastruktur. Sie beruht auf einem Schlüsselpaar zum Ver- und Entschlüsseln von Informationen, dem Public Key zum Verschlüsseln und einem Private Key zum Entschlüsseln. Ein Public Key kann offen geteilt und zur Verschlüsselung von Informationen verwendet werden, der entsprechende Private Key wird dann zur Entschlüsselung benötigt und darf nicht geteilt werden. Die Sicherheit der Public-Key-Kryptographie beruht auf der Annahme, dass die Algorithmus-Generierung des Schlüsselpaares es bisher sehr schwierig macht, den Private Key aus dem Public Key zu berechnen. Dies könnte sich allerdings durch die Fähigkeiten eines Quantencomputers ändern.

Quantum Resistant Ledger Eine Lösungsmöglichkeit sehen Forscher in einer sogenannten Post-Quantum-Kryptographie-Schicht, ein zusätzlicher Layer für Blockchains, die Netzwerke schützt und Widerstand gegen Quantencomputer-Angriffe bietet. Mithilfe des "Extended Merkle Signature Scheme", einem Post-Quantum-Verschlüsselungs-Algorythmus, soll die Blockchain gegen Bedrohungen seitens der Quantenrechner immunisiert werden können.

Charles Hoskinson, CEO von Cardano, äußerte sich Anfang 2021 in einem Interview zu den potenziellen Gefahren und meinte, dass diese Gefahren in den 30er Jahren wohl real werden, dass diese jedoch für die Blockchain-Technologie mit Hilfe spezieller Algorythmen beherrschbar seien.

Cardano ist eines der Projekte, die sich intensiv der Blockchain-Forschung verschrieben haben und natürlich auch an Post-Quantum-Lösungen arbeiten. Andere Projekte fokussieren ihre Positionierung gar auf Quantencomputerresistenz, sei es technologisch oder als Marketinginstrument. Hierzu zählen u.a. Cellframe, Takamaka oder Mochimo. Das QRL-Projekt (Quantum Resistant Ledger) widmet sich ganz dem Gefahrenabwehr-Thema und bietet eine Lösungsplattform an. IOTA hatte anfänglich behauptet, der Tangle sei QC-resistent, ist aber inzwischen von diesem Thema abgewichen, vermutlich, weil in den nächsten Jahren kein akuter Bedarf besteht und sich wohl noch sehr viel tun wird.


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