Quantencomputer greift Verschlüsselung an: Was das für die Sicherheit im Netz bedeutet
Chinesische Forschenden haben bei ihrem Angriff einen sogenannten „Quanten Annealer“ des kanadischen Herstellers D-Wave eingesetzt. (Bild: Shutterstock / Panchenko Vladimir)
Verschlüsselungsalgorithmen sind in den allermeisten Fällen gar nicht dazu da, geheime Botschaften zu verbergen. Viel öfter dient Krytopgraphie dazu, geschäftliche Transaktionen abzusichern, Personen im Internet zu authentifizieren oder dafür zu sorgen, dass wirklich nur Updates aus verlässlichen Quellen eingespielt werden.
Umso beunruhigender wirkt da der Gedanke, dass die Sicherheit herkömmlicher Verschlüsselungsverfahren ausschließlich darauf beruht, dass ihre Entschlüsselung sehr, sehr viel Rechenzeit beansprucht. Was mit klassischen Computern Tausende von Jahren dauern würde, ließe sich – zumindest theoretisch – mit Quantencomputern aber sehr viel schneller bewerkstelligen. Bislang gibt es aber noch keine Quantencomputer, die mächtig genug wären, um das zu bewerkstelligen.
Erfolgreicher Angriff auf Verschlüsselung
Jetzt haben chinesische Forschende prinzipiell gezeigt, wie sich ein moderner Verschlüsselungsalgorithmus mithilfe eines Quantencomputers aushebeln lässt. Das berichtet das Branchenportal The Quantum Insider. Demnach haben die Forschenden zwar keine konkreten Passcodes geknackt. Die chinesische Zeitung South China Morningpost wertet den Angriff jedoch als „reale und erhebliche Bedrohung“ für Sektoren, wie das Bankwesen und das Militär.
Ermöglicht wurde der erfolgreiche Angriff zudem nicht durch einen universellen Quantencomputer, sondern durch einen sogenannten „Quanten Annealer“ des kanadischen Herstellers D-Wave. Das Unternehmen war weltweit das Erste, das kommerziell verfügbare Quantencomputer anbot. Allerdings lassen sich auf den D-Wave-Quantenprozessoren eigentlich nur spezielle Optimierungsprobleme lösen. Die Kunst der Programmierer besteht darin, die konkreten, zu lösenden Probleme zunächst in Optimierungsprobleme umzuformen, damit sie mit einem D-Wave-Prozessor gelöst werden können. Technische Einzelheiten des Angriffs beschreiben Wang Chao von der Universität Shanghai und sein Team in einem Beitrag für das Chinese Journal of Computers.
Die Autoren betonen, dass der Quantencomputer zwar noch nicht die spezifischen Passwörter der getesteten Algorithmen aufgedeckt hat, aber näher an der Lösung war als je zuvor. Mit fortschreitender Technologie könnten weitere Entwicklungen zu robusteren Quantenangriffen führen, so die Forscher.
Wie funktioniert ein Quanten-Annealer?
Der D-Wave-Advantage hat einen Quantenchip mit 5.000 Qubits. Zwar sind die bei D-Wave eingesetzten Qubits technisch im Prinzip die gleichen wie die von Google und IBM. Aber anders als dort lassen sich die Qubits bei D-Wave nicht einzeln ansprechen, sondern nur alle zugleich.
Der Begriff Annealing kommt eigentlich aus der Werkstoffkunde und bezeichnet die Wärmebehandlung von Metallen und Gläsern.
Dabei werden Defekte aus dem Herstellungsprozess, etwa Spannungen oder Fehlstellen in der Kristallstruktur, bei hohen Temperaturen „ausgeheilt“. Um diesen heilen Zustand dauerhaft zu erhalten, muss der Werkstoff anschließend langsam abkühlen, sodass die Atome darin einen Zustand minimaler Energie einnehmen. Der Quantenchip von D-Wave simuliert diesen Prozess und nutzt dabei aus, dass die Qubits zwischen verschiedenen energetischen Zuständen „tunneln“ können.
