Google Quantencomputer 13.000 Mal schneller! Der Willow-Prozessor bedroht die Bitcoin-Verschlüsselung

Forschungsmitarbeiter von Googles Quantencomputern haben erklärt, dass sie mit dem Willow-Quantenprozessor die Molekularstruktur 13.000 Mal schneller zeichnen können als der derzeit leistungsstärkste Supercomputer und damit den ersten verifizierbaren Quantenvorteil erreicht haben. Experten warnen, dass ausreichend leistungsstarke Quantencomputer den ECDSA-Verschlüsselungsalgorithmus knacken können, was frühestens im Jahr 2030 dazu führen könnte, dass Bitcoin-Verschlüsselung veraltet ist.

Technologischer Durchbruch des Google-Quantencomputers Willow-Prozessors

（Quelle：Google）

Die Forscher des Technologieriesen Google geben an, dass sie die molekulare Struktur 13.000 Mal schneller als der derzeit leistungsfähigste “Supercomputer” zeichnen können und damit den ersten verifizierbaren quantenmechanischen Vorteil erreicht haben. Laut Google verwendete das Experiment den Google Willow Quantenprozessor und “quantenechos”, eine Technik, die Zielwellen nutzt, um detaillierte Bilder von Objekten zu erstellen.

Die Technologie zielt auf ein einzelnes Quantenbit (die grundlegende Einheit zur Speicherung von Informationen in der Quantenberechnung) ab und sendet präzise Signale, um eine Reaktion hervorzurufen. Google erklärte, dass der Prozess anschließend umgekehrt wurde, sodass die Forscher das zurückgeworfene “Echo” oder Signal messen konnten. Der revolutionäre Aspekt dieser Quanten-Echo-Technologie besteht darin, dass sie in der Lage ist, den quantenmechanischen Zustand von Materie mit einer nie dagewesenen Genauigkeit zu messen und zu beschreiben.

Die Experimente des Google-Quantencomputers sind verifizierbar, was bedeutet, dass die Durchführung dieses Experiments auf jedem Quantencomputersystem, das die gleichen technischen Spezifikationen wie die von den Forschern verwendeten erfüllt, die gleichen Ergebnisse liefert. Diese Verifizierbarkeit ist ein entscheidendes Kriterium für wissenschaftliche Durchbrüche und hebt Googles Ergebnisse von theoretischen Durchbrüchen auf anwendbare Technologien.

Was bedeutet eine 13.000-fache Geschwindigkeitssteigerung? Angenommen, ein Supercomputer benötigt 13.000 Sekunden (ca. 3,6 Stunden) für eine Berechnung, der Willow-Prozessor benötigt nur 1 Sekunde dafür. Diese exponentielle Leistungssteigerung ist nicht nur in der akademischen Forschung von Wert, sondern könnte auch revolutionäre Auswirkungen in Bereichen wie der Arzneimittelentwicklung, Materialwissenschaft und Kryptographie haben. Für den Bereich der Verschlüsselung hingegen bringt dieser technologische Fortschritt auch bisher unbekannte Bedrohungen mit sich.

Die vier technischen Merkmale des Google-Quantencomputers Willow-Prozessors:

Geschwindigkeitsvorteil: 13.000 mal schneller als Supercomputer, erreicht einen Meilenstein der Quantenüberlegenheit.

Quanten-Echo-Technologie: Präzise Messung der Reaktion von Qubits zur Realisierung von molekularer Bildgebung

Verifizierbarkeit: Die experimentellen Ergebnisse können in anderen Quantensystemen reproduziert werden, um die wissenschaftliche Strenge sicherzustellen.

Praktische Fortschritte: Vom theoretischen Studium zur praktischen Anwendung, Verkürzung des Zeitplans für die Kommerzialisierung.

Die Bedrohung der Quantencomputer für die Verschlüsselung von Bitcoin

（Quelle：Nature）

Ein ausreichend leistungsstarker Quantencomputer kann die Verschlüsselung von Kryptowährungen knacken, und diese Algorithmen werden auch zum Schutz sensibler Informationen in Banken, im Gesundheitswesen und in militärischen Anwendungen verwendet. Die Verschlüsselung ist ein zentrales Element für die Realisierung von digitalen Vermögenswerten und Peer-to-Peer-Finanzierungen. Der Durchbruch von Googles Quantencomputer hat diese Bedrohung von der Theorie in die Realität überführt.

Quantencomputer können den elliptischen Kurven-Digital-Signatur-Algorithmus (ECDSA) rendern, der zur Erzeugung öffentlicher Bitcoin-Adressen und zur Anpassung von privaten Schlüsseln verwendet wird. Laut Experten wird dieser Algorithmus voraussichtlich bereits 2030 veraltet sein. David Carvalho, Gründer und Chief Scientist des dezentralen Netzwerksicherheitsprotokolls Naoris, sagte: „Dies ist die größte einzelne Bedrohung, der Bitcoin seit der globalen Finanzkrise gegenübersteht.“

Carvalho ergänzte, dass Bitcoin und andere dezentralisierte Protokolle mit dem Problem des kollektiven Handelns konfrontiert sind, wobei die Gemeinschaft theoretische Lösungen diskutiert, anstatt bekannte Lösungen so schnell wie möglich umzusetzen. Diese Verzögerung könnte das gesamte Verschlüsselungs-Ökosystem unvorbereitet treffen, wenn die quantenbedingte Bedrohung tatsächlich eintritt. ECDSA ist der zentrale Sicherheitsmechanismus von gängigen Verschlüsselungswährungen wie Bitcoin und Ethereum, der auf einem mathematischen Problem basiert: Es ist nahezu unmöglich, den privaten Schlüssel aus dem öffentlichen Schlüssel auf traditionellen Computern abzuleiten. Der von Quantencomputern verwendete Shor-Algorithmus kann dieses Problem jedoch effektiv lösen.

Laut einem anonymen Tech-Reporter, YouTuber Mental Outlaw, ist die Funktionalität von Googles Quantencomputer noch nicht ausreichend, um Verschlüsselungsstandards zu knacken. Mental Outlaw erklärte, dass die Länge moderner Verschlüsselungsschlüssel von 2048 bis 4096 Bit reicht, während der aktuelle Quantencomputer nur etwa 22 Bit oder kürzere Schlüssel knacken kann. Der Unterschied von 22 Bit zu 2048 Bit entspricht einer exponentiellen Differenz von etwa 93-fach, was bedeutet, dass Googles derzeitiger Quantencomputer noch einen langen Weg vor sich hat, um eine echte Bedrohung für Bitcoin darzustellen.

Diese Kluft bietet ein wertvolles Zeitfenster. Die Verschlüsselungsgemeinschaft hat etwa 5 bis 10 Jahre Zeit, um auf quantenresistente Verschlüsselungsalgorithmen umzusteigen. Das Problem ist, dass dieses Upgrade koordinierte Maßnahmen im gesamten Netzwerk erfordert, einschließlich der Modifikation von Protokollen, der Aktualisierung von Wallet-Software und der Migration bestehender Vermögenswerte, was komplexe Prozesse sind. Bitcoin, ein hochgradig dezentralisiertes Netzwerk, hat einen langsamen Entscheidungsprozess und benötigt ein breites Konsens, was ein schnelles Upgrade äußerst herausfordernd macht.

Nachquantenschlüsselstandards und Roadmap 2035

Allerdings suchen Investoren und Unternehmen nach Lösungen für dieses Problem, indem sie die Einführung post-quanten Verschlüsselungsstandards vor dem Erscheinen ausreichender leistungsstarker Quantencomputer vorantreiben. Die US-amerikanische Securities and Exchange Commission (SEC) erhielt im September ein Gutachten, das einen Fahrplan für quantensichere Verschlüsselungsstandards bis 2035 umreißt. Dieser Fahrplan bietet einen klaren Zeitrahmen und Aktionsplan, der der Verschlüsselungsindustrie Leitlinien für quantenresistente Verteidigungsstrategien gibt.

Post-Quantum-Verschlüsselung (Post-Quantum Cryptography, PQC) bezieht sich auf Verschlüsselungsalgorithmen, die gegen Angriffe von Quantencomputern resistent sind. Das National Institute of Standards and Technology (NIST) der Vereinigten Staaten hat 2024 die ersten Post-Quantum-Verschlüsselungsstandards veröffentlicht, darunter CRYSTALS-Kyber (Schlüsselverpackung) und CRYSTALS-Dilithium (digitale Signatur) sowie andere Algorithmen. Diese Algorithmen basieren auf unterschiedlichen mathematischen Problemen, die selbst von Quantencomputern nicht effektiv gelöst werden können.

Für Bitcoin und andere Verschlüsselungen sind mehrere Schritte erforderlich, um auf nachquantum Verschlüsselung umzusteigen. Zuerst ist die Entwicklung und Testung neuer Signatur-Algorithmen erforderlich, um deren Sicherheit und Effizienz zu gewährleisten. Zweitens müssen die Protokolle angepasst werden, um die neuen Algorithmen zu unterstützen, was ein Upgrade des Netzwerks erfordert (wie die Soft Fork oder Hard Fork von Bitcoin). Drittens erfolgt die Benutzermigration, wobei alle Inhaber ihre Vermögenswerte von alten Adressen auf neue Adressen, die die neuen Algorithmen verwenden, übertragen müssen. Viertens ist eine Anpassung des Ökosystems erforderlich, da alle Infrastrukturen wie Wallets, Börsen und Zahlungsabwickler aktualisiert werden müssen.

Die Komplexität dieses Prozesses ist nicht zu unterschätzen. Die bedeutenden Upgrades in der Geschichte von Bitcoin (wie SegWit und Taproot) haben jahrelange Diskussionen und Implementierungen durchlaufen. Der Umfang und die Bedeutung des quantensicheren Upgrades übersteigen diese historischen Upgrades bei weitem und könnten mehr Zeit und breitere Koordination erfordern. Obwohl der Fahrplan für 2035 weit entfernt erscheint, ist die Zeit angesichts der Entscheidungsfindungsgeschwindigkeit der Kryptowährungsgemeinschaft nicht großzügig.

Aus der Perspektive einer Investition wird der Durchbruch von Googles Quantencomputer kurzfristig keine direkten Auswirkungen auf den Preis von Bitcoin haben, da die technologische Kluft weiterhin enorm ist. Langfristige Investoren sollten jedoch die Reaktionspläne von Krypto-Projekten auf die Quantenbedrohung im Auge behalten. Projekte, die bereits mit der Forschung oder Implementierung von post-quanten Verschlüsselung begonnen haben, könnten in Zukunft einen Wettbewerbsvorteil haben. Im Gegensatz dazu könnten Projekte, die dieses Problem völlig ignorieren, systemischen Risiken ausgesetzt sein, wenn die Quantenbedrohung tatsächlich eintritt.

Für Bitcoin-Halter besteht derzeit kein Grund zur Panik, aber sie sollten die Diskussionen der Bitcoin-Entwicklergemeinschaft über das Upgrade zur quantenresistenten Verschlüsselung verfolgen. Sobald der Upgrade-Plan festgelegt und implementiert wird, müssen die Halter ihre Vermögenswerte rechtzeitig auf neue Adressen übertragen. Vermögenswerte, die nicht rechtzeitig übertragen werden, könnten beim tatsächlichen Eintreffen der Bedrohung durch Quantencomputer dem Risiko eines Diebstahls ausgesetzt sein.

Aus einer breiteren Perspektive betrachtet, ist der Durchbruch der Quantencomputer von Google ein wichtiger Meilenstein im technologischen Fortschritt der Menschheit. Er bedroht nicht nur bestehende Verschlüsselungssysteme, sondern wird auch revolutionäre Fortschritte in Bereichen wie Arzneimittelforschung, Klimamodellierung und künstlicher Intelligenz bringen. Die Krypto-Community muss diese technologische Entwicklung annehmen und proaktiv ihre Verteidigungssysteme aufrüsten, anstatt den quantenbedingten Bedrohungen zu widerstehen oder deren Existenz zu leugnen.