Quantenresistente Blockchain: Warum Mathematik und nicht Maschinen den Schlüssel hält

Raffinierte Akteure, darunter auch Nationalstaaten, sammeln stillschweigend verschlüsselte Daten mit der einzigen Absicht, diese zu entschlüsseln, sobald die Quantencomputertechnologie ausgereift ist. Da Organisationen gesetzlich verpflichtet sind, Identitätsprotokolle, Aufzeichnungen und sensible Daten über Jahre hinweg zu speichern, bleiben diese Daten für zukünftige Entschlüsselungen anfällig. Eine sehr reale Strategie, die als bezeichnet wirdjetzt ernten, später entschlüsseln ist bereits im Spiel.

Blockchains sind einzigartig exponiert. Im Gegensatz zur kurzlebigen Kommunikation sichern Blockchains dauerhaft Geld, Identität, Verträge und Governance. Ohne proaktive Abwehrmaßnahmen jetzt laufen wir Gefahr, das Fundament der dezentralen Finanzen und Governance den quantengetriebenen Angriffen von morgen schutzlos auszuliefern.

Wenn Blockchains als Rückgrat von Finanzen, Governance und Identität dienen sollen, müssen sie für das Quantenjahrzehnt konzipiert werden – nicht mit exotischer Hardware, sondern mit besserer Mathematik.

Eine Veränderung in der Kryptographie

Traditionelle Kryptographie, wie RSA, basiert auf der Schwierigkeit, sehr große Primzahlen zu faktorisieren. Jahrzehntelang war diese rechnerische Komplexität ausreichend. Doch im Jahr 1994, Peter Shor vom MIT zeigte, dass ein Quantencomputer diese Probleme exponentiell schneller lösen könnte, wodurch „schwierige“ Rätsel in lösbare verwandelt werden.

Post-quantum-Kryptographie (PQC) entstand als Reaktion darauf. Anstatt sich auf die Schwierigkeit eines einzelnen Problems zu stützen, verbirgt PQC Daten auf eine Weise, die Angreifer zwingt, eine unpraktikabel große Anzahl von Vermutungen anzustellen. Die klassische McEliece-Kryptosystem, eingeführt im Jahr 1978, gilt immer noch als einer der stärksten PQC-Ansätze. Doch dies hat seinen Preis: Die Verschlüsselung und Entschlüsselung unter McEliece ist so rechenintensiv, dass es wie eine Heilmethode ist, die fast den Patienten zusammen mit der Krankheit tötet.

Im Bereich der Blockchain haben Entwickler einige entscheidende Schritte unternommen, um die Herausforderungen der Post-Quanten-Kryptographie pragmatisch anzugehen. Die Ethereum Foundation unterstützt eine Forschungsgruppe namens ZKnox, arbeitet an Open-Source-Post-Quantum-Lösungen, die die Gasgebühren um bis zu das 12-Fache senken und dabei Ethereum’s Zukunft vor Quantenbedrohungen schützen könnten. Algorand sichert seine gesamte Chain-Historie mit FALCON-Signaturen für seine post-quantensichere Widerstandsfähigkeit.

Ein bahnbrechender Fortschritt in der MIT-Codierung

Hier ist die zentrale Erkenntnis: Es ist nicht erforderlich, alle Daten zu verschlüsseln, um sie quantensicher zu machen. Das Entschlüsseln aller Daten ist rechnerisch äußerst aufwendig und sehr kostspielig.

Random Linear Network Coding (RLNC), eine Kodierungsmethode, die über zwei Jahrzehnte in meinem MIT-Labor entwickelt wurde „Netzwerk-Codierung und zuverlässige Kommunikationsgruppe“ bietet eine bewährte Alternative. RLNC zerlegt Daten in kodierte Gleichungen, die dann gemischt und neu kombiniert werden können, während sie durch das Netzwerk reisen.

Traditionelle PQC ist kostspielig, da sie die Verschlüsselung und Entschlüsselung aller Daten erfordert. Mit PQC-Verschlüsselung mittels RLNC Sie müssen nur einen Bruchteil verschlüsseln — sagen wir, eine von zehn codierten Gleichungen — und der gesamte Datensatz erhält dadurch seinen quantensicheren Schutz.

Mit RLNC schützt die Verschlüsselung von 10 % der Daten effektiv 100 % des Datensatzes, während 90 % der Rechenlast eingespart werden. Und noch wichtiger: Es basiert vollständig auf reiner Mathematik. Da RLNC aus der Codierung und Decodierung von Daten in Pakete besteht, kann es auf jeder Ebene des Web3-Stacks eingebettet werden, was eine quantensichere und skalierbare Leistung dezentraler Systeme ermöglicht.

Auf Anwendungsebene wird die Mathematik auf der Software-Schicht angewandt und lokal verwaltet, was die schnellste Adoption ermöglicht. Auf Infrastruktur-Ebene haben wir eine Synthese von vorgenommenRLNC in Hardware-Chips am MIT, der zeigt, dass dies bis hinunter zu Silizium und in den Kern von Blockchain-Knoten skaliert werden kann, um eine langfristige systemische Resilienz bei minimalen Kosten zu gewährleisten.

Letztendlich kann RLNC auch als „quantensichere Speicher­schicht“ für Blockchains genutzt werden. Eine Methode, um sicherzustellen, dass die Daten­verbreitung, Speicherung und das Schreiben auf die Chain quantensichere Eigenschaften erben, ohne dass jede Transaktion mühsam Ende-zu-Ende verschlüsselt wird.

Der Aufruf zum Handeln

Institutionen werden ihre Finanzsysteme, Identitätssysteme oder Governance-Modelle nicht auf öffentlichen Blockchains ablegen, es sei denn, diese Systeme sind nachweislich zukunftssicher. Und wir müssen nicht auf die Ankunft von Quantencomputern warten, um uns gegen sie zu schützen. Zu diesem Zeitpunkt ist es bereits zu spät; die Daten werden dann schon abgegriffen worden sein.

Wie ich gerne betone, gibt es nichts Quantenhaftes an Post-Quantum-Sicherheit. Es ist alles Codierung. Stift-und-Papier-Mathematik. Trotz anderslautender Annahmen benötigt man keine Quantenmaschine, um quantensicher zu sein.

Wenn Blockchains als Rückgrat der Finanzen, Governance und des IoT dienen sollen, müssen sie nicht nur skalierbar, sondern auch gegen Quantenbedrohungen dauerhaft geschützt sein. Und mit RLNC haben wir endlich eine Möglichkeit, Quanten­sicherheit sowohl praktisch als auch leistungsfähig zu gestalten.