Stellen Sie sich das Internet als ein riesiges, globales Spiel namens „Geheimnis bewahren“ vor. Um mitzuspielen, braucht jeder ein spezielles Schloss und einen Schlüssel. Jahrzehntelang haben wir eine Art von Schloss verwendet, die auf mathematischen Problemen basiert, die so schwer sind, dass selbst die schnellsten Supercomputer der Welt Millionen von Jahren bräuchten, um sie zu knacken. Diese Schlösser schützen unsere Bankkonten, unsere Nachrichten und sogar unser digitales Geld, das wir „Blockchain“ nennen. Aber jetzt bauen Wissenschaftler einen neuen Typ Computer – einen „Quantencomputer“ –, der nicht einfach nur nacheinander alle Schlüssel ausprobiert, sondern alle Schlüssel gleichzeitig betrachten und den richtigen in einem Wimpernschlag finden kann. Es ist, als hätte man einen Generalschlüssel, der jedes Schloss sofort öffnen kann. Wenn diese Computer real und leistungsstark genug werden, werden die alten Schlösser, die wir heute verwenden, wie Papierbeutel aufreißen, und die Geheimnisse, die sie bewachen, werden offengelegt. Dies handelt nicht nur davon, dass Hacker Geld stehlen; es geht darum, dass das gesamte Fundament des Vertrauens in unsere digitale Welt zusammenbricht.

Dieses Paper ist eine tiefgehende Untersuchung dessen, was passiert, wenn dieser „Quanten-Generalschlüssel“ eintrifft. Die Autoren, ein Team aus Forschern und Branchenexperten, agieren wie digitale Architekten, die ein Stadtbild aus Wolkenkratzern (Blockchains) inspizieren, um zu sehen, welche einstürzen werden, wenn der Boden bebt. Sie fragen nicht nur: „Werden die Schlösser brechen?“ Sie fragen: „Wenn wir die kaputten Schlösser durch neue, superstarke ersetzen, werden die Gebäude dann immer noch stehen bleiben?“ Sie entdecken, dass das bloße Austauschen der alten Schlösser gegen neue ein Desaster mit Ansage ist. Die neuen Schlösser sind viel schwerer und klobiger. Wenn man versucht, einen riesigen, schweren Tresor an einer Tür aufzuhängen, die für ein winziges Vorhängeschloss konzipiert war, könnte die Tür aus den Angeln fallen, oder der Flur könnte so voll mit schweren Tresoren sein, dass niemand mehr hindurchkommt. Das Paper legt nahe, dass der Übergang zu diesen neuen „Post-Quanten“-Systemen eine komplette Neugestaltung der Gebäude erfordert, nicht nur eine schnelle Reparatur, sonst könnte das gesamte System ins Stocken geraten oder sogar auseinanderbrechen.

Die Quantenbedrohung: Eine neue Art von Hacker

Stellen Sie sich die Blockchain als ein riesiges, öffentliches Notizbuch vor, in dem jeder aufschreibt, wem was gehört. Um sicherzustellen, dass niemand schummelt, verwenden sie digitale Signaturen – wie einen einzigartigen, fälschungssicheren Stempel, der beweist: „Ja, ich habe das wirklich geschrieben.“ Heute werden diese Stempel mit Mathematik erstellt, die vor normalen Computern sicher ist, aber gegenüber Quantencomputern verwundbar ist. Das Paper erklärt, dass ein Quantencomputer einen berühmten Trick namens Shor-Algorithmus nutzen könnte, um diese Stempel zu dekonstruieren. Es ist, als ob ein Dieb Ihr versiegeltes Kuvert betrachten, genau herausfinden könnte, wie Sie das Wachssiegel hergestellt haben, und dann eine perfekte Kopie fälschen könnte, um Ihr Geld zu stehlen.

Die Gefahr kommt in zwei Varianten. Die erste ist „Harvest Now, Decrypt Later“ (Jetzt ernten, später entschlüsseln). Stellen Sie sich vor, ein Dieb stiehlt heute Ihre Post, kann sie aber noch nicht öffnen. Er wartet einfach ab, bis er in fünf Jahren einen Quantencomputer hat, und öffnet dann alle Briefe auf einmal. Dies ist ein großes Risiko für jeden, der seine digitalen Schlüssel in der Blockchain offen liegen gelassen hat. Die zweite Gefahr ist die „Online-Fälschung“. Wenn Sie gerade versuchen, Geld zu senden, könnte ein Quanten-Hacker Ihre Transaktion abfangen, Ihre Signatur fälschen und die Gelder stehlen, bevor das Netzwerk überhaupt merkt, was passiert ist.

Die sieben Giganten und ihre Schwachstellen

Die Autoren untersuchten sieben große Blockchains – Bitcoin, Ethereum, Algorand, Solana, Avalanche, Monero und den XRP Ledger – um zu sehen, wie sie bestehen würden. Sie fanden heraus, dass fast alle auf derselben fragilen Mathematik beruhen, die Quantencomputer brechen können.

• Bitcoin ist wie ein Tresor, in dem einige Leute ihre Schlüssel in voller Sicht gelassen haben (in alten Adressen). Wenn ein Quantencomputer erwacht, sind diese Schlüssel ein „Game Over“. Für andere ist der Schlüssel verborgen, bis sie versuchen, ihn auszugeben, was ihnen ein winziges Zeitfenster gibt, um ihr Geld zu bewegen, bevor der Dieb zuschlägt. Aber alles gleichzeitig zu bewegen, ist wie der Versuch, einen Swimmingpool mit einem Teelöffel zu leeren; das Netzwerk würde verstopfen.
• Ethereum ist etwas komplexer. Es verwendet einen speziellen „magischen Kleber“ (BLS-Signaturen), um tausende Stimmen in einer winzigen Notiz zu bündeln. Dies hält das System schnell. Aber die neuen quantensicheren Schlösser besitzen diesen magischen Kleber nicht. Wenn Ethereum zu den neuen Schlössern wechselt, ohne eine Lösung zu haben, würden die „Notizen“ so riesig werden, dass das Netzwerk ersticken würde und das System nur noch im Schneckentempo liefe.
• Solana ist auf Geschwindigkeit gebaut, wie ein Rennwagen. Aber seine neuen quantensicheren Schlösser sind so groß, dass sie nicht einmal in den Kofferraum des Autos passen. Das Auto müsste komplett neu entworfen werden, um sie zu transportieren.
• Monero ist eine Privacy-Coin, die verbirgt, wer was gesendet hat. Seine aktuelle Mathematik wird durch Quantencomputer gebrochen, und die neue Mathematik weiß noch nicht, wie sie Identitäten auf die gleiche Weise verbirgt. Es ist, als würde man versuchen, eine Tarnung zu tragen, die einen unsichtbar macht, aber die neue Tarnung lässt einen stattdessen wie ein riesiges, offensichtliches Ziel aussehen.

Die schwere Last der neuen Schlösser

Die wichtigste Erkenntnis des Papers ist, dass man ein neues Schloss nicht einfach nur „hineinwerfen“ kann. Die neuen Post-Quanten-Signaturen sind physisch größer. Stellen Sie sich vor, jedes Mal, wenn Sie eine Textnachricht senden, müssten Sie einen Backstein anstatt eines Stücks Papier beifügen.

Die Autoren rechneten die Zahlen durch und fanden heraus, dass wenn Bitcoin zu einem der neuen Standard-Schlösser (genannt ML-DSA) wechseln würde, seine Geschwindigkeit um 89 % sinken würde. Es würde von etwa 15 Transaktionen pro Sekunde auf nur noch 1,6 fallen. Wenn sie ein anderes Schloss (SLH-DSA) verwendeten, würde es auf 0,4 Transaktionen pro Sekunde sinken. Das ist eine massive Verlangsamung.

Für Ethereum ist das Problem aufgrund des „magischen Kleber“-Problems sogar noch schlimmer. Ohe eine Möglichkeit, die schweren Signaturen zu bündeln, müsste das Netzwerk für jedes einzelne Zeitintervall 67,7 Megabyte an Daten speichern, verglichen mit den derzeitigen wenigen Kilobyte. Das ist, als würde man versuchen, eine ganze Bibliothek in einem einzigen Umschlag zu verschicken. Das Netzwerk würde wahrscheinlich einfrieren.

Der Dominoeffekt: Warum Geschwindigkeit zählt

Es geht nicht nur darum, wie viele Transaktionen in einen Block passen; es geht darum, wie schnell sich die Nachricht verbreitet. In einer Blockchain muss jede Computer (oder „Node“) schnell von einem neuen Block hören. Wenn der Block voll mit riesigen, schweren Signaturen ist, dauert es länger, ihn zu senden.

Die Autoren erklären, dass, wenn der Block zu lange braucht, um zu reisen, einige Computer ihn verpassen und anfangen, auf der falschen Version des Notizbuchs aufzubauen. Dies verursacht „Forks“, bei denen sich die Kette in zwei Teile spaltet. Bei Bitcoin könnte dies mit den neuen Schlössern 8,6 Mal häufiger passieren. Stellen Sie sich eine Gruppe von Freunden vor, die versuchen, sich auf eine Geschichte zu einigen, aber jedes Mal, wenn jemand einen Teil erzählt, wird die Nachricht so lang und verzögert, dass die Hälfte der Gruppe ein anderes Ende hört. Die Geschichte bricht auseinander.

Dies ändert auch die Anreize. Miner und Validatoren (die Menschen, die das Netzwerk am Laufen halten) verdienen Geld durch Schnelligkeit und Zuverlässigkeit. Wenn die neuen Schlösser alles langsam und riskant machen, könnten es sich nur die größten, reichsten Unternehmen mit den schnellsten Internetverbindungen leisten, das Netzwerk zu betreiben. Dies würde den Traum der „Dezentralisierung“ töten und ein öffentliches Netzwerk in einen privaten Club verwandeln.

Der Weg nach vorn: Kein einfacher Austausch

Was ist also die Lösung? Das Paper legt nahe, dass es noch keine perfekte Einheitslösung gibt.

• Für Bitcoin: Sie müssen das System vielleicht aufrüsten, um kleinere, effizientere Schlösser (wie Falcon) zu akzeptieren, oder einen „Hybrid“-Ansatz wählen, bei dem sie sowohl alte als auch neue Schlösser gleichzeitig verwenden. Aber das ist teuer und verlangsamt den Prozess während des Übergangs noch weiter.
• Für Ethereum: Sie müssen einen neuen Weg finden, die Signaturen zusammenzukleben, vielleicht durch die Verwendung einer anderen Art von mathematischem Beweis (wie STARKs), die die Daten komprimieren kann.
• Für alle: Die Autoren argumentieren, dass wir bereit sein müssen, die Schlösser in der Zukunft erneut auszutauschen. Das „Onramp“-Projekt sucht nach noch kleineren, schnelleren Schlössern, aber diese sind noch nicht bereit.

Das Paper kommt zu dem Schluss, dass der Übergang zu einer quantensicheren Zukunft kein einfaches Software-Update ist. Es ist ein massives Bauprojekt. Wir müssen die Straßen, die Ampeln und die Autos gleichzeitig neu entwerfen. Wenn wir versuchen, nur einen neuen Motor an ein altes Auto zu schrauben, könnte es auseinanderfallen. Die Autoren mahnen die Gemeinschaft, jetzt mit der Planung zu beginnen, um flexible Systeme zu bauen, die sich anpassen können, und zu akzeptieren, dass der Übergang chaotisch, langsam und teuer sein wird. Die Quanten-Uhr tickt, und wir können nicht einfach auf das perfekte Schloss warten; wir müssen eine Tür bauen, die mit allem fertig werden kann, was als Nächstes kommt.