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Technik

Warum Quantencomputer die Datensicherheit gefährden

von Carola Franzke

Moderne Quantencomputer wie D-Wave werden bald in der Lage sein, die gängigen Verschlüsselungen zu knacken. Ein gewaltiges Problem für die Datensicherheit.

Nahaufnahme eines Quantenprozessors
Der Schlüssel gegen die Verschlüsselung: Quantenprozessoren können gängige Verschlüsselungsmethoden in Sekunden knacken und so die Datensicherheit gefährden. Foto: D-Wave Systems Inc.

Das erfahren Sie gleich:

  • Die nächste Generation Quantencomputer nach dem D-Wave One ist in Sicht
  • Das gewaltige Potential von Qubits stellt ein Risiko für die Datensicherheit dar
  • Gewöhnliche asymmetrische Verschlüsselungsmethoden können von Quantencomputern leicht geknackt werden

D-Wave war nur der Anfang

Sicherheitsexperten warnen vor einem globalen Sicherheitsproblem, das schon im Jahr 2011 seinen Anfang nahm – aber jetzt richtig Fahrt aufnimmt. Es geht um Quantencomputer. Die arbeiten nicht mit Bits, sondern mit Qubits, und können unglaublich schnell Informationen verarbeiten. Den ersten kommerziellen Quantencomputer hat das kanadische Unternehmen D-Wave Systems 2011 an Lockheed Martin verkauft.

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Quantencomputer und die Datensicherheit

Der Kanadier Michele Mosca, Professor für Mathematik an der University of Waterloo, warnt vor den Gefahren von Quantencomputern und ihrer Rechenleistung für die Datensicherheit. Viele Stellen forschen daran, Quantencomputer weiter zu entwickeln, ohne über Abwehr-Algorithmen nachzudenken: „Datenschutz und Sicherheit im Internet müssen von Grund auf neu gedacht werden“.

Quantencomputer seien besonders gut darin, komplexe Rechenoperationen auszuführen, die herkömmlichen Systemen schwer fallen, wie etwa die Primfaktorzerlegung von großen Zahlen – die Basis von gängigen Verschlüsselungen für Nutzerdaten und Passwörter.

Die meisten Krypto-Verfahren basieren auf der RSA-Verschlüsselung, einer sogenannten asymmetrischen Verschlüsselung, die nach den drei MIT-Mathematikern Rivest, Shamir und Adleman benannt ist. Dabei gibt es einen öffentlichen Schlüssel, der vom Absender verwendet wird, und einen privaten Schlüssel, der es dem Empfänger ermöglicht, die Daten zu entschlüsseln.

Nur mit sehr, sehr großem Rechenaufwand lässt sich der private Schlüssel aus dem öffentlichen Schlüssel berechnen – jedenfalls gilt das für konventionelle Rechner. Für einen Quantencomputer sind solche Rechenoperationen keine Herausforderung. Was bislang Jahre oder gar Jahrhunderte gedauert hätte, ist dann in Sekunden oder Minuten geknackt. Die Datensicherheit ist dahin.

In einer Halle stehen zwei schwarze Computer mit der Aufschrift "D-Wave 2000Q"
Black Box: D-Wave Systems hat 2011 den ersten Quantencomputer an den Rüstungskonzern Lockheed Martin verkauft. Foto: D-Wave Systems/Barb Bruce

Quantencomputer können mehr als 0 und 1

Quantencomputer funktionieren nicht mit konventionellen Chips, die mit Rechenoperationen auf Bit-Ebene zwischen 0 und 1 arbeiten. Stattdessen sind in Quantencomputern Elementarteilchen im Einsatz, die den Gesetzen der Quantenmechanik gehorchen. Die sogenannten Qubits können unendlich viele Zustände zwischen 0 und 1 haben – der Status eines Qubits gibt eine Wahrscheinlichkeit für den tatsächlichen Wert an.

Auf dieser Basis können sehr viel mehr Rechenoperationen in kürzerer Zeit ausgeführt werden. Quantencomputer können ideal für „Big Data“-Projekte eingesetzt werden, oder Optimierungsaufgaben wie das „Problem des Handlungsreisenden“ lösen – die berühmte, hochkomplexe Optimierungsaufgabe, bei der die Route eines Handlungsreisenden über mehrere Städte geplant werden muss.

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Wissenschaftler wie der Quantenforscher Michele Mosca schätzen, dass Quantencomputer innerhalb der nächsten 15 bis 20 Jahre so weit sein werden, dass sie nicht nur Probleme lösen, sondern diese auch verursachen.

Die US-Sicherheitsbehörde NSA beispielsweise stellt sich darauf ein, dass Quantencomputer in nicht allzu ferner Zukunft die bisher üblichen Verschlüsselungsmethoden problemlos knacken können: Die NSA hatte schon 2015 bekanntgegeben, auf „quantenresistente Verschlüsselungsalgorithmen“ umstellen zu wollen.

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