Zero-Knowledge-Technologie ist der Schlüssel zur Quantenresistenz von Bitcoin

Während Forscher im Bereich Quantencomputing feiern Durchbruch Nach dem Durchbruch steht die 4-Billionen-Dollar-Vermögensbasis von Web3 vor einer tickenden Zeitbombe. Im vergangenen Dezember, Google kündigte an dass ihr quantenbasierter Willow-Chip eine Berechnung in weniger als fünf Minuten durchgeführt hat, für die ein hochmoderner Supercomputer zehn Septillion Jahre (etwa 100 Billionen Mal länger, als unser Universum alt ist). Die Arzneimittelforschung, Materialwissenschaft, Finanzmodellierung und Optimierungsprobleme aller Art werden dank Quantencomputing eine goldene Ära erleben. Doch die meisten modernen Verschlüsselungen, die auf mathematischen Rätseln basieren, die für einen klassischen Computer funktional unmöglich zu lösen sind, könnten durch Quantencomputer sofort geknackt werden.

Im Web3 sammeln Gegner bereits verschlüsselte Blockchain-Daten, um diese später zu entschlüsseln, wenn die Quantencomputertechnik zum Einsatz kommt. Eine Investition in Kryptowährungen ist im Wesentlichen eine Investition in die Integrität der Kryptographie, die durch Quantencomputing unmittelbar bedroht wird.

Glücklicherweise haben Forscher gezeigt, dass speziell entwickelte Zero-Knowledge-(ZK)-Kryptographie dazu beitragen kann, die wertvollsten Blockchains der Branche quantensicher zu machen, wodurch Web3 die Vorteile der Quantencomputing-Technologie — von neuen Antibiotika bis hin zu hochoptimierten Lieferketten — nutzen kann, während es gleichzeitig vor den Risiken geschützt wird.

Der Quanten-Vorteil

Am 22. Oktober veröffentlichte Google überprüfbare Ergebnisse in Natur und demonstriert, dass sein Quantenchip „nützlich beim Erlernen der Struktur von Systemen in der Natur ist, von Molekülen über Magnete bis hin zu schwarzen Löchern, [arbeitet] 13.000 Mal schneller als der beste klassische Algorithmus auf einem der schnellsten Supercomputer der Welt.“ Erstaunlich an diesen Ergebnissen ist, dass sie nicht auf einem konstruierten Benchmark basieren, wie im vorherigen Beispiel, sondern auf angewandten Problemen mit direkten wissenschaftlichen Vorteilen.

Trotz des offensichtlichen Nutzens der Quantenphysik für das menschliche Wissen stellt sie eine unbestreitbare Bedrohung für die Kryptografie im Allgemeinen und insbesondere für die fast 4 Billionen US-Dollar umfassende digitale Vermögensbasis dar. Die Human Rights Foundation veröffentlichte ein Bericht zeigt, dass über sechs Millionen BTC sich in frühen, „quantum-anfälligen“ Kontotypen befinden, einschließlich Satoshis ruhender 1,1 Millionen BTC. Diese werden höchstwahrscheinlich die ersten „Q-Tages“- (der Tag, an dem Quantencomputer leistungsfähig genug sind, um die Public-Key-Verschlüsselung zu knacken) Verluste sein.

Sowohl Ethereum als auch Bitcoin basieren auf dem Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA), der bekanntlich verletzlich zu „Shors Algorithmus“, einem in den 1990er Jahren entwickelten Quantenalgorithmus zur schnellen Berechnung der Primfaktoren großer Ganzzahlen, ein Problem, das für klassische Computer ansonsten vollständig unlösbar ist. Theoretisch ist es sogar möglich, dass Quanten bereits gebrochener Bitcoin; wir haben es nur noch nicht erkannt.

Und doch haben viele Forscher die Bedrohung heruntergespielt. Jameson Lopp, bekannt aus dem Cypherpunk-Umfeld, veröffentlicht auf X, dass „die Angst und Unsicherheit über Quantencomputing möglicherweise eine größere Bedrohung darstellt als das Quantencomputing selbst.“ Mit anderen Worten, das Einzige, was wir fürchten müssen, ist die Angst selbst. Aber egal wen man fragt, die Quantenbedrohung ist nicht null. Vitalik Buterin schätzt die Wahrscheinlichkeit, dass Quantencomputing Ethereum bis 2030 knackt, auf 20 %. Und das bedeutet, dass wir vorbereitet sein müssen.

Der Zeitplan ist entscheidend – und zwar in hohem Maße. Jetzt ernten, später entschlüsseln verschiebt den Zeitplan deutlich nach vorne. Potenzielle Angreifer (einschließlich Nationalstaaten und Hackergruppen) horten verschlüsselte Blockchain-Daten – von Wallet-Backups bis hin zu Austauschverwahrungsdaten – um sie zu knacken, sobald die Quantenrechner einsatzbereit sind. Jede an das Netzwerk gesendete Transaktion, jeder offengelegte öffentliche Schlüssel wird zur Munition für zukünftige Angriffe. Das Zeitfenster zur Implementierung quantenresistenter Kryptographie wird von Quartal zu Quartal enger.

Eintreten in Zero-Knowledge

Die Schönheit der Zero-Knowledge (ZK)-Kryptografie liegt in ihrer Eleganz und Einfachheit. Ein Beweiser kann einen Prüfer davon überzeugen, dass etwas wahr ist, ohne dabei Informationen über die Gültigkeit selbst hinaus zu offenbaren. Mit der Reifung der ZK-Technologie sind die Beweiszeiten von Stunden auf Sekunden gesunken, während die Beweisgrößen von Megabyte auf Kilobyte geschrumpft sind. Die rechnerischen Kosten für KI bleiben insbesondere hoch, was ihre Nützlichkeit auf risikoreiche Umgebungen wie Web3, das traditionelle Bankwesen und die Verteidigung beschränkt.

Zero-Knowledge und Quanten

Auf den ersten Blick mag es nicht offensichtlich sein, wie Zero-Knowledge-Technologie Blockchains vor Quantenangriffen schützen kann. Zero-Knowledge-Beweise sind Datenschutzinstrumente, eine Methode, etwas als wahr nachzuweisen, ohne dabei zugrundeliegende Informationen preiszugeben. Doch dieselben datenschutzwahrenden Techniken können auch auf quantenresistenter Mathematik basieren und verwandeln ZK in einen umfassenden Schutzschild für Blockchains. Hash-basierte Beweise (unter Verwendung von zk-STARKs) und Gitter-basierte Beweise, die auf Problemen beruhen, mit denen selbst leistungsstarke Quantenmaschinen Schwierigkeiten haben, basieren nicht auf quantenanfälligen elliptischen Kurven.

Aber quantenresistente ZK-Beweise sind größer und schwerer als die heutigen Versionen. Das macht sie schwerer zu speichern und teurer in der Verifikation auf Blockchains mit begrenzten Speicherplatzkapazitäten. Doch der Nutzen ist enorm: Sie bieten einen Weg, Milliarden von On-Chain-Vermögenswerten zu schützen ohne benötigt eine sofortige, risikoreiche Überarbeitung des Basisprotokolls.

Mit anderen Worten, bietet ZK Blockchains einen flexiblen Upgrade-Weg. Anstatt ihr gesamtes Signatursystem über Nacht zu ersetzen, könnten Netzwerke schrittweise quantensichere ZK-Beweise zu Transaktionen hinzufügen – was es ermöglicht, alte und neue Kryptografie während der Übergangszeit nebeneinander bestehen zu lassen.

Der Quanten-Vorteil für Web3

Heutige Computer können Zufälligkeit nur vortäuschen. Sie verwenden Formeln, um „zufällige“ Zahlen zu erzeugen, doch diese Zahlen werden letztlich durch einen vorhersehbaren Prozess generiert. Das bedeutet, dass Teile eines Blockchain-Systems – wie die Auswahl, welcher Validator den nächsten Block vorschlagen darf, oder die Bestimmung des Gewinners einer dezentralen Lotterie – subtil zum finanziellen Vorteil von böswilligen Akteuren beeinflusst werden können. Aber Anfang dieses Jahres haben Quantenforscher erreicht ein bemerkenswerter Meilenstein: zertifizierte Zufälligkeit.

Quanten­systeme nutzen natürliche, unvorhersehbare Phänomene wie den Spin eines Photons oder den Zerfall eines Teilchens. Dies ist echte, nicht fälschbare Zufälligkeit, die klassische Computer nicht bieten können.

Für Blockchains ist dies ein bedeutender Schritt. Das Web3-Ökosystem benötigt einen öffentlichen, quantenbasierten Zufallsstrahler, um die Kernmechanismen, die Blockchains antreiben, mit Zufallswerten zu versorgen. Mit Quantenmechanik können wir einen entwickeln, der fair, manipulationssicher und unantastbar ist. Eine Lösung, die langjährige Schwächen bei dezentralen Lotterien und der Auswahl von Validatoren behebt.

Hier stellt sich die Frage. Wird sich Web3 vor dem Zeitalter der Quantencomputer ernsthaft mit quantenresistenter Kryptografie befassen? Die Geschichte zeigt, dass Basis-Schicht-Upgrades großer Blockchain-Protokolle Jahre dauern können, teilweise bedingt durch den Mangel an zentraler Koordination, der dezentralen Systemen innewohnt. Die Branche kann es sich jedoch nicht leisten, mit Maßnahmen zu warten, bis Quanten die ECDSA brechen.

Über den genauen Zeitplan kann man diskutieren, doch die quantenbasierte Zukunft ist eine sich nähernde Gewissheit. ZK kann Web3 durch diesen Übergang schützen und quantenbasierte Bedrohungen in quantenbasierte Chancen verwandeln.

Die Zeit zu handeln ist jetzt, solange wir es noch können.