Quantencomputer sind längst kein rein akademisches Thema mehr, sondern entwickeln sich zu einer echten Herausforderung, auf die globale Sicherheitsstandards reagieren müssen. Für die Welt der Kryptowährungen stellen sie eine Bedrohung dar, da sie Verschlüsselungen knacken können, die bislang als unüberwindbar galten. Als Reaktion auf diese neuen Herausforderungen stellt die Algorand Foundation einen detaillierten Plan vor, der darauf abzielt, das Netzwerk bis Ende 2027 in eine vollständig quantenresistente Infrastruktur umzuwandeln, wobei die ersten Meilensteine bereits im dritten Quartal dieses Jahres erreicht werden sollen.

Warum wird die derzeitige Kryptografie Quantencomputern nicht standhalten?

Die heutige Sicherheit im Internet und in Blockchains funktioniert wie ein riesiger digitaler Tresor. Aktuelle Supercomputer müssten Milliarden von Jahren lang die richtige Kombination für Ihren Schlüssel oder Ihre Wallet erraten – und genau deshalb sind wir heute sicher. Quantencomputer hingegen ändern die Spielregeln grundlegend. Dank des sogenannten Shor-Algorithmus – der im Grunde eine geniale mathematische Abkürzung ist – können diese Maschinen komplexe digitale Schlösser fast augenblicklich knacken. Für die überwiegende Mehrheit der Kryptowährungen bedeutet dies, dass ihre bisher absolut sicheren Zugangspasswörter und Signaturen nicht mehr funktionieren würden.

Dass es sich hierbei nicht um eine ferne Science-Fiction-Bedrohung handelt, wurde auch durch die neuesten Forschungsergebnisse von Google bestätigt. Dessen Wissenschaftler berechneten genau, wie leistungsfähig eine Maschine sein müsste, um die heutige Verschlüsselung zu knacken. Das Ergebnis überraschte die Experten. Anstelle von unerreichbaren Science-Fiction-Supercomputern bräuchte ein Angreifer lediglich eine Quantenmaschine mit einer Kapazität von weniger als 500.000 Grundbausteinen (physikalischen Qubits). Da die technologische Entwicklung mit Riesenschritten auf diesen Punkt zusteuert, bedeutet dies für die Blockchain-Welt nur eines: Wir müssen damit beginnen, die digitalen Schlösser der Tresore auszutauschen, bevor diese Maschinen tatsächlich Realität werden.

Auf Veränderungen vorbereitete Architektur

Algorand geht dieses Problem jedoch nicht in Panik an. Die Entwickler wissen, dass die überstürzte Einführung neuer Schlössertypen mehr schaden als nützen könnte, da die neue Mathematik noch nicht durch jahrelange Praxis verifiziert wurde. Zudem sind die neuen Schutzelemente datenintensiver, was das Netzwerk verlangsamen könnte. Algorand hat sich daher für die Strategie der sogenannten Krypto-Agilität entschieden. Stellen Sie sich das wie einen flexiblen Baukasten vor – anstatt eine bestimmte Art von Schutz im System festzulegen, wird das gesamte Netzwerk so umgestaltet, dass es in Zukunft alte Sicherheitselemente einfach und im laufenden Betrieb durch neue ersetzen kann, ohne dass die gesamte Blockchain angehalten werden muss.

Was hat das Netzwerk seit 2022 umgesetzt?

Algorand beginnt diese Vorbereitungen nicht bei Null. Seit 2022 sind im Netzwerk sogenannte „State Proofs“ im Einsatz, bei denen es sich im Wesentlichen um regelmäßige, hochsichere digitale Momentaufnahmen des gesamten Systems handelt. Diese Momentaufnahmen nutzen eine spezielle neue Signaturmethode namens „Falcon“. Der Name (übersetzt: Falke) ist kein Zufall – der Hauptvorteil besteht darin, dass die daraus resultierende digitale Signatur nur sehr wenig Speicherplatz beansprucht. Dies ist entscheidend für die Geschwindigkeit und den Durchsatz des Netzwerks. Diese fortschrittlichen Signaturen laufen bereits heute erfolgreich im Live-Betrieb im Hauptnetzwerk, und die Entwickler konnten sie reibungslos einführen, ohne den Betrieb des gesamten Systems unterbrechen zu müssen.

Der Weg bis 2027

Die neue Phase des Plans wird normalen Nutzern vollwertige Konten mit diesem neuen Schutz bieten. Sie werden genauso verwaltet wie die heutigen Konten, beispielsweise über die bekannte Pera Wallet und ein klassisches 25-Wort-Zugriffspasswort. Um den Übergang hundertprozentig sicher zu gestalten, wird Algorand die Einrichtung sogenannter Hybridkonten ermöglichen. Diese funktionieren wie Türen mit zwei verschiedenen Schlössern – einem klassischen und einem neuen, quantenresistenten. Sollte das neue System einen versteckten Fehler aufweisen, würde das alte die Vermögenswerte weiterhin schützen und umgekehrt. Ende 2026 wird das gesamte System zudem um eine weitere kostengünstige Version von Schlüsseln für die schnelle Bestätigung von Transaktionen erweitert.

Die komplexeste technologische Herausforderung für die Entwickler ist jedoch der Neuaufbau des Herzstücks des Netzwerks, nämlich des VRF-Systems. Dabei handelt es sich um einen dezentralen Mechanismus, der in einem Bruchteil einer Sekunde völlig zufällig und fair auswählt, wer im Netzwerk die nächsten Transaktionen verifizieren wird. Da dieses System derzeit noch auf einer älteren Generation mathematischer Algorithmen basiert, leitet der Chefwissenschaftler der Stiftung, Professor Chris Peikert, die Forschung an einer neuen Version. Er plant, die daraus resultierende wissenschaftliche Studie Anfang 2027 vorzustellen, wobei der neue Schutzmechanismus bis Ende desselben Jahres direkt in die Blockverifizierung integriert werden soll.

Institutioneller Standard

Eine Änderung auf der Ebene der Blockchain selbst ist jedoch nur die halbe Miete. Auch Hersteller von Hardware-Wallets und Institutionen, die Kryptowährungen für Großkunden verwalten, müssen sich auf die neue Mathematik einstellen. Da die heutigen Hardwaregeräte noch nicht vollständig auf die neue Technologie vorbereitet sind, passt Algorand die Regeln vorübergehend an, um die Einrichtung erweiterter Gemeinschaftskonten zu ermöglichen. In diesen wird es möglich sein, alte und neue Schlüsseltypen frei zu kombinieren, was den großen Akteuren bereits während der Übergangsphase maximale institutionelle Sicherheit bietet.