Das Quantenproblem: Quanten kommen nicht für Ihr Bitcoin

So lange Bitcoin existiert, wurden neue Formen von FUD (Angst, Unsicherheit und Zweifel) verwendet, um seinen Untergang vorherzusagen. Trotz dessen ist Bitcoin zu einem Multi-Billionen-Dollar-Asset gewachsen und hat begonnen, seinen Platz in der globalen Geldordnung einzunehmen. In den letzten Monaten ist das Gespenst eines kryptografisch relevanten Quantencomputers (CRQC), der es einem Angreifer ermöglichen könnte, geheime Schlüssel aus öffentlichen Schlüsseln zu rekonstruieren und Bitcoin-Transaktionen zu signieren, die die Coins anderer Leute bewegen, als eine weiterentwickelte Form von FUD zurückgekehrt. Ist dies eine realistische Bedrohung für das fortwährende Wachstum von Bitcoin? Mit einem Wort: nein. Es gibt keine Beweise dafür, dass ein CRQC innerhalb eines Jahrzehnts gebaut wird, und es bleibt ungewiss, ob ein solches Gerät jemals gebaut wird. Die Quantenbedrohung bleibt FUD.

Stand der Technik

Bis heute hat kein Quantencomputing-Gerät etwas berechnet, das außerhalb der Reichweite eines aufgeweckten 6-Jährigen liegt (empirisch bestätigt). Quantencomputer sind bemerkenswerte Technologien und zeigen die wirklich science-fiction-würdigen Fähigkeiten der modernen Welt. Diese Geräte nutzen grundlegende Technologien wie optische Pinzetten, Laser-Kühlung, supraleitende Flux-Qubits, elektromagnetische Fallen, Verdünnungs-Kühlschränke und viele mehr. Innerhalb dieser Geräte werden einzelne Qubits in spezifische subatomare Zustände gezwungen (die für jede Kandidatentechnologie unterschiedlich sind), in Überlagerungen verwoben, manipuliert, um Berechnungen darzustellen, und dann werden ihre subatomaren Eigenschaften gelesen und interpretiert. Die erstaunliche Wahrheit ist, dass diese Geräte existieren und manipuliert werden können, um bedeutungsvolle Berechnungen über eine Handvoll Eingaben zu produzieren. Die kalte Realität ist, dass (zum Beispiel bei einer Kandidatentechnologie) eine Berechnung, die ein kleines Kind durchführen kann, genug Energie erfordert, um eine Texas High School klimatisiert zu halten, viele Stunden Einrichtung und weitere Stunden Nachbearbeitung.

Die Zukunft lesen

Ich weiß, was Sie denken: "Aber es fließt so viel Geld in die Quantencomputing-Branche." Korrelieren Geldflüsse in einem Bereich mit dem Tempo des technologischen Fortschritts in diesem Bereich? Nicht wirklich. Tatsächlich kann argumentiert werden, dass bis die richtige zugrunde liegende Technologie entwickelt und die Produkt-Markt-Passung bestätigt ist, Geldflüsse in ein Gebiet eine negative Korrelation mit der Wahrscheinlichkeit haben, dass anwendbare Technologien entwickelt werden. Dies lässt sich deutlich erkennen, wenn man das Space Shuttle-Programm von NASA mit SpaceX's Falcon 9 vergleicht. SpaceX nahm (hauptsächlich) bekannte Wissenschaft und reduzierte sie auf die Praxis, um einen nachweisbaren Marktbedarf für zuverlässigen und kostengünstigen Zugang zum Weltraum zu befriedigen, mit Kosten von weniger als 5 Milliarden Dollar für die erste bemannte Mission. Das Space Shuttle kostete ungefähr 50 Milliarden Dollar, um seine erste bemannte Mission zu erreichen. Falcon 9 kostete nicht nur einen Größenordnungsfaktor weniger in der Entwicklung, sondern hat bis heute auch eine perfekte Sicherheitsbilanz für die Besatzung. Es gibt viele Gründe für diese Unterschiede, aber es zeigt, dass kein Geldbetrag eine Technologie praktikabel macht, die noch nicht bereit ist. Übertragen wir dies auf das Quantencomputing: Wir können sehen, dass mit Unmengen an Geld, die in das Problem gesteckt werden, Technologiedemonstrationen zu enormen Kosten möglich sind. Aber das sagt uns nichts darüber, ob mehr Geld uns den heiligen Gral stabiler, fehlerfreier Qubits (wie die Zuverlässigkeit der Falcon 9) bringen wird. Kein Betrag an fortgesetzter Entwicklung des Space Shuttle-Programms hätte jemals die niedrigen Kosten und die hohe Zuverlässigkeit von Falcon 9 hervorgebracht, und es ist durchaus wahrscheinlich, dass kein Betrag an fortgesetzter Entwicklung, egal zu welchem Preis, jemals eine der aktuellen Quantencomputing-Technologien zuverlässig genug machen wird, um ein einziges Schlüsselpaar zu brechen.

Jetzt könnten Sie denken: "Aber was ist mit all den jüngsten Fortschritten?" Es gibt zwei wichtige Dinge, die man über die kürzlich veröffentlichten Fortschritte im Hinterkopf behalten sollte. Erstens haben viele dieser Fortschritte nur in der reinen Mathematik stattgefunden. Zum Beispiel die kürzlich veröffentlichte Google-Arbeit, die ein so wichtiges Ergebnis hatte, dass sie sich entschieden haben, den theoretischen Quantenkreis zu redigieren, anstatt das Risiko einzugehen, dass er zur Brechung wichtiger kryptografischer Systeme verwendet wird. Dies mag wie ein massiver Fortschritt in Richtung der Zukunft der CRQCs erscheinen, aber in Wirklichkeit hat sich nichts geändert. Es sei denn (oder bis) die Quantenhardware ihren Falcon 9-Moment hat, gibt es einfach kein Gerät, das auch nur annähernd die Stabilität und den Maßstab hat, um den redigierten Kreis auszuführen. Es ist pure Theater, um einen Kreis zu verbergen, der für ein Gerät entworfen wurde, das möglicherweise niemals existiert. Zweitens sehen wir auf der Hardware-Seite selbst viele neue Ergebnisse und Fortschritte, die in einem bestimmten Jahr veröffentlicht werden, aber wie viele davon beziehen sich auf dieselbe Quantencomputing-Kandidiertechnologie? Wie viele stellen lediglich einen Neuanfang dar, nachdem ein vorheriges Ergebnis in einer Sackgasse endete? Die Realität ist, dass diese Fortschritte keinen linearen Weg zum eventualen Erfolg darstellen. Sie repräsentieren die Breitensuche in einem unendlichen Möglichkeitsraum, in dem Quantenforscher hoffen, einen Weg zu finden, auf dem sie auch nur einen bescheidenen Abstand zurücklegen können, ohne erneut in eine Sackgasse zu geraten.

Wenn wir die Realität der Zukunft des Quantencomputings betrachten, ist sie bestenfalls trübe. Es gibt vielversprechende technologische Entwicklungen. Besonders, aus meiner Sicht, im Bereich der neutralen Atomgeräte. Aber es ist viel zu früh, um zu sagen, ob es einen offenen Weg zu einem eventualen CRQC entlang irgendeiner der derzeit bekannten Zweige gibt oder ob weitere Neustarts in unserer Zukunft liegen. Wenn wir irgendwann viele Iterationen derselben Kandidatentechnologie sehen, die zunehmend leistungsfähigere Geräte implementiert und bedeutende Ergebnisse berechnet, die ein frühreifes Kind ebenfalls berechnen kann, können wir diese Diskussion mit anderen Beweisen erneut aufgreifen.

In der Theorie

Es gibt zwei mögliche Erklärungen für das wiederholte Versagen der Quantenforschung, einen CRQC über viele Jahrzehnte zu entwickeln. Es ist möglich, dass es einfach ein hartes Problem ist und wir weiterhin Wissenschaft und Ingenieurwesen anwenden, um es zu lösen, und eines Tages wird die Genialität der menschlichen Spezies siegen, wie es bei der Entwicklung des Internets, des Smartphones, der sozialen Medien und von Bitcoin der Fall war (dem Leser überlassen, zu entscheiden, welche dieser Entwicklungen positiv sind). Auf der anderen Seite könnte es sein, dass die Entwicklung eines CRQC entweder unmöglich ist oder für immer außerhalb unserer Reichweite bleibt. Überlegen Sie, was es bedeuten würde, wenn ein CRQC existieren würde: Die Maschine müsste innerhalb ihrer Superposition ein Feld von Möglichkeiten repräsentieren, das so groß ist wie die Komplexität des zu lösenden kryptografischen Problems. D.h. um die 128-Bit-Sicherheit des elliptischen Kurven-Discrete-Logarithmus auf Bitcoins secp256k1-Kurve zu brechen, müsste die Quanten-Superposition alle möglichen Werte einer 128-Bit-Zahl repräsentieren. In der klassischen Informatik würde die Darstellung all dieser Werte mehr Computer-Speicher (um viele Größenordnungen) erfordern, als die Menschheit jemals produziert hat. Wenn es auch nur die geringste Granularität in der Quanten-Superposition gibt (d.h. die Quanten-Superposition ist nicht perfekt kontinuierlich über alle möglichen Werte), dann kann der Quantencomputer niemals kryptografisch relevant werden. Wenn die Energie, die erforderlich ist, um eine Superposition zu halten, mit der Komplexität des dargestellten Feldes skaliert, dann kann ein Quantencomputer niemals kryptografisch relevant werden. Das zeitgenössische Verständnis der Quantenphysik schließt keine dieser Möglichkeiten aus.

Fazit: Bitcoin kann sich nicht ausruhen

Trotz all dem muss die Entwicklung von Bitcoin in Richtung neuer kryptografischer Algorithmen fortgesetzt werden. Während ein quantenbasierter Angriff auf die Kryptografie von Bitcoin keineswegs unmittelbar bevorsteht, ist es durchaus möglich, dass durch andere Mittel ein weiterer Fehler gefunden werden könnte. Wir wissen, dass bestimmte elliptische Kurven Schwächen aufweisen, und secp256k1 könnte die nächste sein. Bitcoin hat so lange überlebt, weil Angriffe auf das System es gestärkt haben, und das wird weiterhin der Fall sein, während sich der quantenbasierte FUD-Angriff entfaltet. Die Entwicklung von P2MR oder P2TRv2, von SHRINCS, SPHINCS, IBC, ML-DSA und weiteren post-quanten Signaturschemata wird letztendlich zu Verbesserungen der Widerstandsfähigkeit von Bitcoin gegenüber zukünftigen Angriffen führen, selbst wenn ein tatsächlicher CRQC niemals entwickelt wird.

Dieser Artikel ist in der neuesten Printausgabe von Bitcoin Magazine, der Quantum-Ausgabe, enthalten. Wir teilen ihn hier als frühen Einblick in die Ideen, die im gesamten Heft erkundet werden.