Die neueste Printausgabe des Bitcoin Magazine, The Quantum Issue, enthält einen Essay von Brandon Black, in dem er argumentiert, dass die Bedrohung durch einen kryptografisch relevanten Quantencomputer (CRQC) – eine Maschine, die aus öffentlichen Schlüsseln geheime Schlüssel rekonstruieren und Bitcoin-Transaktionen signieren könnte, die die Coins anderer bewegen – weiterhin Fear, Uncertainty and Doubt (FUD) und keine realistische Gefahr ist. Es gebe, so der Essay, keine Hinweise darauf, dass eine solche Maschine innerhalb eines Jahrzehnts gebaut wird, und es sei unbekannt, ob überhaupt jemals eine gebaut werden wird.

Solange Bitcoin existiert, wurden immer wieder neue Formen von FUD eingesetzt, um seinen Untergang vorherzusagen. Trotz dieser wiederkehrenden Prognosen ist Bitcoin zu einem Multi-Billionen-Dollar-Vermögenswert herangewachsen und hat begonnen, seinen Platz in der globalen Währungsordnung einzunehmen. In den letzten Monaten ist der Schrecken eines CRQC als weiterentwickelte Form dieses bekannten Musters zurückgekehrt. „Ist das eine realistische Bedrohung für Bitcoins weiteres Wachstum? Mit einem Wort: Nein", schreibt Black in dem Stück, das als Vorschau auf die in der gesamten Ausgabe behandelten Themen präsentiert wird.

Stand der Technik

Blacks Einschätzung der aktuellen Lage des Feldes ist ungeschönt. Bis heute, so schreibt er, hat kein Quantencomputer etwas berechnet, das außerhalb der Reichweite eines „übermütigen 6-jährigen Kindes" liegt – eine Behauptung, die er als empirisch bestätigt beschreibt.

Er räumt ein, dass Quantencomputer eine bemerkenswerte Technologie sind und Fähigkeiten zeigen, die der Science-Fiction würdig sind. Die Geräte nutzen grundlegende Technologien wie optische Pinzetten, Laserkühlung, supraleitende Fluss-Qubits, elektromagnetische Fallen und Verdünungskühler, um nur zu nennen. Innerhalb dieser Maschinen werden einzelne Qubits in bestimmte subatomare Zustände gezwungen – je nach Kandidatentechnologie unterschiedlich –, zu Superpositionen verschränkt und so manipuliert, dass sie Berechnungen darstellen, wonach ihre subatomaren Eigenschaften ausgelesen und interpretiert werden.

Die verblüffende Wahrheit ist, so der Essay, dass diese Geräte existieren und so manipuliert werden können, dass sie für eine Handvoll Eingaben aussagekräftige Berechnungen erzeugen. Der nüchterne Realitätscheck ist jedoch die Skalierung: Bei einer beispielhaften Kandidatentechnologie erfordert die Ausführung einer Berechnung, die ein kleines Kind schaffen kann, genug Energie, um eine texanische Highschool zu klimatisieren, viele Stunden Einrichtung und weitere Stunden Nachverarbeitung.

Geld rein, Maschinen raus?

Der Essay geht direkt auf das Argument ein, dass hohe Investitionen in Quantencomputing unmittelbare Durchbrüche signalisieren. Korreliert Geld, das in ein Feld fließt, mit dem Tempo des realen technologischen Fortschritts in diesem Feld? Nicht wirklich, schreibt Black. Tatsächlich, so argumentiert er, kann Geld, das in ein Gebiet fließt, bis zur Entwicklung der richtigen zugrunde liegenden Technologie und Bestätigung der Produkt-Markt-Passung negativ mit der Wahrscheinlichkeit korrelieren, dass eine anwendbare Technologie entwickelt wird.

Er veranschaulicht den Punkt am Vergleich von NASAs Space-Shuttle-Programm mit SpaceX' Falcon 9. SpaceX führte (überwiegend) bekannte Wissenschaft in die Praxis ein, um einen nachweisbaren Marktbedarf an zuverlässigem und günstigerem Zugang zum Weltraum zu erfüllen – zu Programmgebühren von weniger als 5 Milliarden US-Dollar bis zum ersten bemannten Flug. Das Space Shuttle kostete rund 50 Milliarden US-Dollar bis zu seinem ersten bemannten Flug. Falcon 9 kostete nicht nur eine Größenordnung weniger in der Entwicklung, sondern verzeichnet bis heute eine perfekte Sicherheitsbilanz der Besatzung. Viele Faktoren erklären den Unterschied, doch die Lehre laut Essay ist: Kein Geldbetrag macht eine noch nicht ausgereifte Technologie praktikabel.

Auf Quantencomputing übertragen: Mit Unmengen von Geld, die in das Problem gepumpt werden, sind Technikdemonstrationen zu enormen Kosten möglich. Doch das sagt nichts darüber aus, ob mehr Geld den heiligen Gral stabiler, fehlerarmer Qubits liefern wird – das Äquivalent zur Zuverlässigkeit der Falcon 9. Genauso wenig, wie die fortgesetzte Entwicklung des Space-Shuttle-Programms jemals die niedrigen Kosten und die hohe Zuverlässigkeit der Falcon 9 hervorgebracht hätte, sei es, so Black, völlig wahrscheinlich, dass keine noch so kostspielige Weiterentwicklung irgendeine der aktuellen Quantencomputing-Technologien zuverlässig genug machen wird, um auch nur ein einziges Schlüsselpaar zu knacken.

Einordnung der jüngeren Fortschritte

Der Essay setzt zwei wichtige Einschränkungen zu den kürzlich veröffentlichten Fortschritten im Feld.

Erstens waren viele dieser Fortschritte Fortschritte in der reinen Mathematik. Black zitiert das jüngere Google-Papier, dessen Ergebnis als so bedeutend eingestuft wurde, dass das Team sich entschied, den theoretischen Quantenschaltkreis zu schwärzen, statt zu riskieren, dass er zum Brechen wichtiger kryptografischer Systeme wird. Das mag wie ein gewaltiger Fortschritt hin zu künftigen CRQCs aussehen, änderte aber tatsächlich nichts: Solange – oder bis – die Quantenhardware ihren Falcon-9-Moment hat, kommt kein Gerät auch nur nahe an die Stabilität und den Umfang heran, die nötig wären, um den geschwärzten Schaltkreis auszuführen. Einen Schaltkreis zu verbergen, der für ein Gerät entworfen wurde, das möglicherweise nie existieren wird, sei, so argumentiert er, reines Theater.

Zweitens werden auf der Hardware-Seite selbst in einem gegebenen Jahr viele neue Ergebnisse und Fortschritte veröffentlicht – aber wie viele davon beziehen sich auf dieselbe Quantencomputing-Kandidatentechnologie? Wie viele stellen lediglich einen Neuanfang dar, nachdem ein vorheriges Ergebnis in einer Sackgasse endete? Diese Fortschritte stellen keine lineare Spur zum späteren Erfolg dar, so die These des Essays. Sie stellen die Breitensuche in einem unendlichen Möglichkeitsraum dar, in dem Quantenforscher hoffen, einen Weg zu finden, auf dem sie auch nur eine bescheidene Strecke vorankommen, ohne an eine weitere Sackgasse zu stoßen.

Blickt man auf die Realität der Zukunft des Quantencomputings, beschreibt Black sie als höchstens vage. Es gibt vielversprechende technologische Entwicklungen – besonders, in seinen Augen, im Bereich der Neutral-Atom-Geräte –, aber es ist viel zu früh zu sagen, ob entlang eines der derzeit bekannten Zweige ein Weg zu einem späteren CRQC offen ist oder ob weitere Neuanaltungen bevorstehen. Wenn irgendwann viele Iterationen derselben Kandidatentechnologie zunehmend leistungsfähigere Geräte implementieren und aussagekräftige Ergebnisse berechnen, die ein übermütiges Kind nicht ebenfalls berechnen kann, so schreibt er, könne die Diskussion mit anderen Beweisen wieder aufgenommen werden.

In der Theorie

Der Essay skizziert zwei mögliche Erklärungen für das wiederholte Scheitern der Quantenforschung, über viele Jahrzehnte hinweg einen CRQC zu entwickeln. Die erste ist, dass es einfach ein schwieriges Problem ist und die fortgesetzte Anwendung von Wissenschaft und Technik eines Tages Erfolg haben wird – so wie die Menschheit es bei der Entwicklung des Internets, des Smartphones, der sozialen Medien und von Bitcoin getan hat, wobei es dem Leser überlassen bleibt, welche davon positive Entwicklungen sind. Die zweite ist, dass die Entwicklung eines CRQC unmöglich sein kann oder für immer außerhalb der Reichweite der Menschheit bleiben wird.

Black lädt dazu ein, zu überlegen, was die Existenz eines CRQC bedeuten würde: Die Maschine müsste in ihrer Superposition ein Feld von Möglichkeiten derselben Größe wie die Komplexität des zu lösenden kryptografischen Problems darstellen. Um die 128-Bit-Sicherheit des diskreten Logarithmusproblems elliptischer Kurven auf Bitcoins secp256k1-Kurve zu brechen, müsste die Quantensuperposition alle möglichen Werte einer 128-Bit-Zahl darstellen. In der klassischen Informatik würde die Darstellung all dieser Werte mehr Computerspe erfordern – um viele Größenordnungen –, als die Menschheit je hervorgebracht hat.

Der Essay argumentiert ferner, dass, wenn es auch nur die geringste Granularität in der Quantensuperposition gibt – das heißt, wenn die Superposition nicht über alle möglichen Werte hinweg perfekt kontinuierlich ist –, ein Quantencomputer niemals kryptografisch relevant werden kann. Ebenso kann ein Quantencomputer niemals kryptografisch relevant werden, wenn die Energie, die zur Aufrechterhaltung einer Superposition erforderlich ist, mit der Komplexität des dargestellten Feldes skaliert. Das zeitgenössische Verständnis der Quantenphysik, so Black, schließt keine dieser Möglichkeiten aus.

Fazit: Bitcoin darf nicht ausruhen

Trotz all des Vorgenannten, so das Fazit des Essays, muss Bitcoins Entwicklung neuer kryptografischer Algorithmen fortgesetzt werden. Während ein Quantenangriff auf Bitcoins Kryptografie keineswegs unmittelbar bevorsteht, ist es durchaus möglich, dass durch andere Mittel eine weitere Schwachstelle gefunden werden könnte. Bestimmte elliptische Kurven haben sich als schwach erwiesen, und secp256k1 könnte die nächste sein.

Der im Artikel genannte Maßstab für die Wiederaufnahme der Quantenfrage ist daher konkreter Fortschritt statt Finanzierung oder isolierter Ankündigungen: Wiederholte Iterationen derselben Kandidatentechnologie müssten zunehmend leistungsfähigere Geräte hervorbringen und aussagekräftige Berechnungen liefern, die über das hinausgehen, was ein übermütiges Kind leisten kann. Parallel dazu bleibt Bitcoins Arbeit an alternativen kryptografischen Algorithmen relevant, unabhängig davon, ob jemals ein CRQC entwickelt wird.

Bitcoin hat so lange überlebt, wie es überlebt hat, weil Angriffe auf das System es gestärkt haben, argumentiert der Essay, und das wird auch gelten, während der Quanten-FUD-Angriff abläuft. Die Entwicklung von P2MR oder P2TRv2, von SHRINCS, SPHINCS, IBC, ML-DSA und weiteren postquanten Signaturen wird schließlich zu Verbesserungen von Bitcoins Widerstandsfähigkeit gegenüber künftigen Angriffen führen – selbst wenn nie ein echter CRQC entwickelt wird.

Das Stück ist in der neuesten Printausgabe des Bitcoin Magazine, The Quantum Issue, vertreten und wird hier als Vorschau auf die in der gesamten Ausgabe behandelten Themen geteilt. Der Beitrag erschien zuerst auf Bitcoin Magazine und ist von Brandon Black verfasst.