Quantencomputer & Verschlüsselung – Zentachain

Das Quantencomputing begann in den frühen 1980er Jahren, als der Physiker Paul Benioff das erste quantenmechanische Modell der Turing-Maschine vorschlug. Richard Feynman und Yuri Manin äußerten dann die Idee, dass ein Quantencomputer das Potenzial habe, Dinge zu simulieren, die ein klassischer Computer nicht könnte. David Deutsch, der theoretische Physiker der Universität Oxford, ist als Vater des Quantencomputers bekannt.

Quantencomputer führen Berechnungen basierend auf der Wahrscheinlichkeit des Zustands eines Objekts durch, bevor es gemessen wird, anstatt nur 1s oder 0s, was bedeutet, dass sie im Vergleich zu klassischen Computern das Potenzial haben, exponentiell mehr Daten zu verarbeiten. Ein Quantencomputer ist jedes Gerät zur Berechnung, das direkt quantenmechanische Phänomene wie Überlagerung und Verschränkung nutzt, um Operationen an Daten durchzuführen. Aufgrund der einzigartigen Eigenschaften von Qubits ist es möglich, Algorithmen zu erstellen, die auf einem Quantencomputer wesentlich schneller laufen als auf einem klassischen Computer. Diese Algorithmen können für verschiedene wissenschaftliche und geschäftliche Anwendungen verwendet werden und bieten viele Vorteile.

Heutige Computer bearbeiten Bits, die in einem von zwei Zuständen existieren: a 0 oder a 1. Mit anderen Worten, klassische Computer führen logische Operationen unter Verwendung der bestimmten Position eines physischen Zustands aus. Diese sind normalerweise binär, was bedeutet, dass ihre Operationen auf einer von zwei Positionen basieren. Ein einzelner Zustand wie Ein oder Aus, Auf oder Ab, 1 oder 0 wird als Bit bezeichnet. Quantencomputer sind nicht auf zwei Zustände beschränkt. Sie codieren Informationen als Quantenbits oder Qubits, die überlagert vorliegen können. Qubits stellen Ionen, Photonen, Atome oder Elektronen und ihre jeweiligen Steuereinrichtungen dar, die zusammenarbeiten, um als Computerspeicher und Prozessor zu fungieren. Da ein Quantencomputer diese mehreren Zustände gleichzeitig enthalten kann, kann er millionenfach leistungsfähiger sein als die derzeit leistungsstärksten Supercomputer.

Die Auswirkung von Quantencomputern auf die Kryptographie Die Faktorisierung von Ganzzahlen, die die Sicherheit von Kryptografiesystemen mit öffentlichem Schlüssel untermauert, dürfte mit einem gewöhnlichen Computer für große Ganzzahlen rechnerisch nicht durchführbar sein, wenn sie das Produkt einiger Primzahlen sind. Ein Quantencomputer kann dieses Problem mithilfe des Shor-Algorithmus effizient lösen, um seine Faktoren zu ermitteln. Diese Fähigkeit kann es einem Quantencomputer ermöglichen, einige der heute verwendeten kryptografischen Systeme zu zerstören. Die meisten gängigen Public-Key-Chiffren basieren auf der Schwierigkeit, ganze Zahlen zu berücksichtigen, oder auf dem Problem des diskreten Logarithmus, die beide mit Shors Algorithmus gelöst werden können. Beispielsweise können die Diffie-Hellman-Algorithmen für RSA-, Diffie-Hellman- und elliptische Kurven fehlerhaft sein. Das Unterbrechen dieser Bedingungen kann erhebliche Auswirkungen auf die Privatsphäre und die Sicherheit elektronischer Geräte haben.

Andere kryptografische Algorithmen scheinen jedoch durch diese Algorithmen nicht beschädigt zu werden. Einige Algorithmen mit öffentlichem Schlüssel basieren auf anderen Problemen als der Ganzzahlfaktorisierung und den Problemen mit dem diskreten Logarithmus, auf die sich der Shor-Algorithmus bezieht. Es ist auch nicht bekannt, dass gitterbasierte Kryptosysteme von Quantencomputern zerstört werden. Ein gut untersuchtes offenes Problem besteht darin, einen Polynom-Zeit-Algorithmus zur Lösung des Problems der versteckten Dieder-Untergruppen zu finden, der viele gitterbasierte Kryptosysteme zerstören würde.

Viele wesentliche Sicherheitsaspekte beruhen auf Verschlüsselung und Kryptografie mit öffentlichen Schlüsseln, die für den elektronischen Handel und den Schutz geheimer elektronischer Informationen von wesentlicher Bedeutung sind. Diese basieren wiederum auf mathematischen Algorithmen, die sehr schwer zu "brechen" sind. Moderne Algorithmen mit geeigneten Schlüssellängen (z. B. AES-128, RSA-2048, ECDSA-256 usw.) sind selbst bei massiver Rechenleistung nicht anfällig für Brute-Force-Angriffe. Sie können lange dauern.

Es ist jedoch möglich, Algorithmen für Quantencomputer zu erstellen, die die Zeit verkürzen, die erforderlich ist, um diese Algorithmen zu unterbrechen. Für die Verschlüsselung verwendete symmetrische Algorithmen wie AES gelten nach wie vor als sicher (mit ausreichender Schlüssellänge – z. B. AES-256 oder höher). Gegenwärtige asymmetrische Algorithmen wie RSA und ECDSA können jedoch unbrauchbar sein, sobald Quantencomputer einen bestimmten Maßstab erreichen.

Von Quantencomputern wird erwartet, dass sie zu großen Durchbrüchen in den Bereichen Medizin, Fertigung, künstliche Intelligenz, maschinelles Lernen und vielem mehr führen. Schurkenakteure könnten Quantencomputer jedoch auch für destruktive Zwecke einsetzen. Der Hauptnachteil des Rechnens ist die Technologie, die zum Implementieren eines Quantencomputers erforderlich ist und derzeit nicht verfügbar ist. Der Grund dafür ist, dass das beständige Elektron beschädigt wird, sobald es von seiner Umgebung beeinflusst wird, und dass dieses Elektron für die Funktion von Quantencomputern sehr wichtig ist. Insbesondere sind Qubits sehr anfällig für nahezu nicht nachweisbare Mengen an thermischen und elektromagnetischen Störungen, die schwer zu beseitigen sind. Ein weiterer Nachteil sind natürlich die hohen Kosten.