Die Welt der Computer und der Cybersicherheit ist ein sich ständig veränderndes Umfeld, in dem täglich neue Tools wie maschinelles Lernen und KI entwickelt werden. Eine Idee, die langsam viel mehr als nur eine Idee geworden ist, ist die Idee des Quantencomputings. Mit Quantencomputing können neue Verschlüsselung Algorithmen können erstellt werden, die um ein Vielfaches leistungsfähiger sind als die klassischen Geheimschrift wir nutzen es heute.
Quantencomputing bietet zwar viele Vorteile für die Kryptografie, kann aber auch von Bedrohungsakteuren genutzt werden, um neue Schadsoftware zu entwickeln, die klassische kryptografische Algorithmen in der Hälfte der Zeit oder sogar noch schneller knacken kann. Glücklicherweise sind Quantencomputer derzeit noch weit davon entfernt, vollständig entwickelt und nutzbar zu sein. Ihr Unternehmen kann sich jedoch schon jetzt auf die Quantenrevolution vorbereiten, bevor sie beginnt.
Was ist Quantencomputer?
Klassische Computersysteme funktionieren so, dass Operationen in Form von Bits ausgeführt werden. Diese Bits können zu einem bestimmten Zeitpunkt entweder den Wert 0 oder 1 haben. Quantencomputer nutzen das quantenmechanische Konzept der Superposition. Superposition bedeutet, dass sich etwas, beispielsweise ein Bit, gleichzeitig in zwei Zuständen befindet. Das bedeutet, dass Quantenbits oder Qubits gleichzeitig den Zustand 1 und 0 haben können.
Eine Berechnung mit zwei klassischen Bits erfordert vier Berechnungen, da die Bits auf 00, 11, 01 oder 10 gesetzt werden können. Beim Quantencomputing können sich die Qubits in allen vier Zuständen gleichzeitig befinden und der Quantencomputer kann Berechnungen mit allen vier Zuständen gleichzeitig durchführen. Da Quantencomputer vier Berechnungen gleichzeitig mit zwei Qubits durchführen können, könnte ein voll funktionsfähiger Quantencomputer die meisten klassischen Verschlüsselungsalgorithmen innerhalb von Tagen, in manchen Fällen sogar Stunden, knacken.
Dies verursacht viele große Probleme für unsere modernen Verschlüsselungssysteme. Einige Verschlüsselungsalgorithmen wie RSA, das bei den meisten E-Commerce-Transaktionsverschlüsselungen verwendet wird, basieren ihre Sicherheit auf der Tatsache, dass der private Schlüssel durch die Faktorisierung einer Zahl generiert wird, die das Produkt zweier großer Primzahlen ist.
Mit klassischen Computern ist dies extrem schwierig, und mit einem ausreichend starken Schlüssel kann es Tausende von Jahren dauern, bis ein Algorithmus wie RSA geknackt werden kann. Quantencomputer hingegen reduzieren durch die Verwendung von Qubits die Zeit zum Knacken eines Algorithmus wie RSA deutlich. Die Schlüssellänge lässt sich für mehr Sicherheit zwar verlängern, doch das bedeutet, dass ein 256-Bit-Schlüssel angesichts der Quanteninformatik nur noch so stark ist wie ein 128-Bit-Schlüssel.
Vor- und Nachteile des Quantencomputings
Es gibt viele Gründe, warum Quantencomputing die Cybersicherheit beeinträchtigen könnte. Der wichtigste Grund ist, dass klassische Kryptografietechniken innerhalb von Stunden statt Jahren geknackt werden können. Wie bereits erwähnt, kann die Vergrößerung der Schlüssel die Quantenkryptografie verlangsamen, aber das verhindert nicht, dass diese Algorithmen geknackt werden. Ein weiteres Problem des Quantencomputings besteht darin, dass Cyberkriminelle Quantencomputer letztendlich für Malware-Angriffe nutzen können.
Heute nutzen Bedrohungsakteure maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz für Malware-Angriffe. Mit Quantencomputern wird es jedoch deutlich einfacher, Schwachstellen in Software und IT-Infrastrukturen zu finden. Viele Bedrohungsakteure durchsuchen das Internet nach sensiblen Informationen und speichern diese verschlüsselt, bis Quantencomputer nutzbar sind.
Sobald dies geschieht, können die sensiblen Informationen entschlüsselt und nach Belieben des Bedrohungsakteurs verwendet werden. Informationen wie E-Mail-Adressen oder Telefonnummern sind vielleicht keine große Sache, aber wenn verschlüsselte sensible Regierungsinformationen gestohlen und zehn Jahre später, wenn es Quantencomputer gibt, entschlüsselt werden, könnten diese Informationen gegen diese Regierung verwendet werden.
Quantencomputing mag für die Kryptografie ein Nachteil sein, doch seine Entwicklung bietet auch viele Vorteile. Dank der Rechenleistung des Quantencomputings können neue, leistungsfähigere Verschlüsselungsalgorithmen entwickelt werden. Allein auf Grundlage der Quantentechnologie wurden bereits verschiedene Algorithmen entwickelt, um Rechenprobleme zu lösen, die mit klassischer Informatik nur schwer oder nahezu unmöglich zu lösen sind.
Zu diesen Algorithmen gehören der Shors Algorithmus, der Grovers Algorithmus, der Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA) und der Harrow Hassidim Lloyd (HHL) Algorithmus. Diese Algorithmen lösen Probleme wie die Faktorisierung großer Zahlen und das Problem des diskreten Logarithmus bis hin zur Lösung eines linearen Gleichungssystems.
Da Quantencomputing immer näher rückt, prüfen viele Organisationen wie das National Institute of Science and Technology (NIST) bestimmte Post-Quanten-Kryptografie-Algorithmen. Diese Algorithmen sind resistent gegen Quantencomputer-Angriffe und gewährleisten so die Datensicherheit, solange sie genutzt werden. Bislang gibt es jedoch noch keinen Quantencomputer, der stark genug ist, um klassische kryptografische Algorithmen zu knacken.
Wann werden Quantencomputer betriebsbereit sein?
Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels befinden sich Quantencomputer noch in der frühen Entwicklungsphase. Es wurden bereits einige kleinere Quantencomputer entwickelt, aber die größte auf einem Quantencomputer faktorisierte Zahl war 15, was nur 4 Bit lang ist. Jüngsten Forschungsergebnissen zufolge wird es voraussichtlich noch ein weiteres Jahrzehnt, etwa 2030, dauern, bis ein wirklich voll funktionsfähiger Quantencomputer entwickelt und eingesetzt werden kann. Es könnte jedoch auch früher sein, da täglich neue Methoden des Quantencomputings entwickelt werden, die die Entwicklung von Quantencomputern vorantreiben. Außerdem müssen viele Hardwarekomponenten eines Quantencomputers zunächst entwickelt werden, bevor ein Quantencomputer entwickelt werden kann.
Um einen Quantencomputer zu bauen, müssten die heutigen Prozessoren um ein Vielfaches schneller sein, da Quantencomputing extreme Geschwindigkeiten erfordert. Ein weiteres Problem bei der Entwicklung von Quantencomputern ist die Idee der Logikgatter. Mittlerweile wurden mehrere kleine Quantencomputer entwickelt, die über einzelne Quantenlogikgatter programmiert werden.
Dies funktioniert gut, wenn der verwendete Quantencomputer nur eine kleine Anzahl von Qubits verarbeitet. Ab Tausenden von Qubits ist dies jedoch unpraktisch. Eine weitere Hürde für Quantencomputer ist der Mangel an ausgebildeten Quantencomputer-Experten. Einige Universitäten und Open-Source-Communities lehren zwar über Quantencomputer, aber es fehlt einfach noch an ausreichendem Praxiswissen, um die für Quantencomputer benötigten Talente hervorzubringen.
Schützen Sie sich rechtzeitig
Auch wenn Quantencomputing noch in weiter Ferne zu liegen scheint, ist es dennoch wichtig, sich und sein Unternehmen vor der bevorstehenden Bedrohung durch Quantencomputing zu schützen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Ihr Unternehmen vor Bedrohungen durch Quantencomputing zu schützen. Zunächst sollten Sie sicherstellen, dass Sie stets über die Best Practices und Empfehlungen des NIST informiert sind. Das National Institute of Science and Technology arbeitet derzeit an der Entwicklung von Verschlüsselungsalgorithmen, die Quantencomputing standhalten.
Solange Sie die aktuellsten Compliance- und Best-Practice-Standards für Ihr Unternehmen nutzen, können Sie den negativen Auswirkungen von Quantencomputern zuvorkommen. Es gibt auch andere vermeintlich „quantensichere“ Konzepte, wie beispielsweise die Quantenschlüsselverteilung, die quantenmechanische Eigenschaften für den sicheren Schlüsseltransport nutzt. Diese Technologien könnten in Zukunft zum Standard für den Schutz vor Quantencomputern werden. Daher kann es auch Ihrem Unternehmen zugutekommen, sich kontinuierlich über die neuesten und besten quantenresistenten Technologien zu informieren.
Fazit
Auch wenn es noch ein Jahrzehnt oder länger dauern mag, könnte Quantencomputing näher sein, als die meisten denken. In naher Zukunft könnten Cyberkriminelle diese Quantencomputer für neue, ausgeklügelte Malware-Angriffe nutzen. Doch Quantencomputing ist nicht nur schlecht, es wird die Welt der Kryptografie langfristig deutlich sicherer machen. Viele der heutigen Rechenprobleme könnten mit Quantencomputing der Vergangenheit angehören. Das Verständnis der Funktionsweise von Quantencomputing ist der erste Schritt zum Schutz Ihres Unternehmens vor Quantencomputing Angriffe und helfen bei der Entwicklung neuer Methoden zur sicheren Übertragung sensibler Daten.
