Quantencomputingnimmt einen monumentalen Fortschritt, wobei aktuelle Entwicklungen eine neue Ära der Kryptographie einleiten. Die Verschmelzung dieser beiden hochmodernen Technologien könnte die Art und Weise, wie wir alles von Online-Banking bis hin zu Abstimmungssystemen sichern, neu gestalten.

Forscher von JP Morgan Chase, Quantinuum und anderen Technologieführern haben einen Durchbruch erzielt, indem sie gezeigt haben, wie Quantencomputer "zertifizierbar zufällige" Zahlen generieren können.

Diese Zahlen sind, im Gegensatz zu denen, die von traditionellen Computern erzeugt werden, wirklich zufällig, was sie unhackbar macht und die Art und Weise revolutioniert, wie wir sensible Daten schützen. Da die Welt zunehmend auf digitale Systeme angewiesen ist, war der Bedarf an sicheren und undurchdringlichen kryptografischen Methoden noch nie so entscheidend.

Ein Schritt in Richtung unvorhersehbarer und sicherer Kryptographie

Im Bereich der Kryptographie – die verwendet wird, um alles von Ihrem Bankkonto bis hin zu Online-Transaktionen zu sichern – spielen Zufallszahlen eine Schlüsselrolle.

Diese Zahlen sind entscheidend für Systeme wie die Zwei-Faktor-Authentifizierung und Passkeys, da sie sicherstellen, dass nur autorisierte Benutzer auf bestimmte Dienste zugreifen können.

Allerdings basieren traditionelle Computer typischerweise auf Algorithmen, um Zufallszahlen zu generieren, die, obwohl sie zufällig erscheinen, tatsächlich vorhersagbar sind. Wenn ein Hacker das zugrunde liegende Muster entdeckt, kann er möglicherweise die Sicherheitscodes knacken und das System gefährden.

Stellen Sie sich vor, Sie verwenden ein Kartendeck, bei dem ein Computeralgorithmus das Deck mithilfe einer bestimmten Sequenz mischt. Wenn der gleiche 'Seed'-Wert verwendet wird, um die Karten erneut zu mischen, wird das Ergebnis identisch sein, was das System angreifbar macht. Hier kommen Quantencomputer ins Spiel, um einen erheblichen Einfluss auszuüben.

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Wie Quantencomputer wirklich zufällige Zahlen erzeugen

Quantencomputer, die Qubits anstelle von binären Bits verwenden, nutzen die Prinzipien der Quantenmechanik, um Ergebnisse zu erzielen, die klassische Computer einfach nicht erreichen können.

Dank des Phänomens der Überlagerung können Qubits gleichzeitig in mehreren Zuständen existieren, was ihnen ermöglicht, Ergebnisse zu erzeugen, die nicht vorherbestimmt sind, bis sie beobachtet werden.

Diese intrinsische Zufälligkeit—die aus dem Wesen der Quantenmechanik stammt—stellt sicher, dass die erzeugten Zahlen wirklich zufällig sind und nicht nur auf einer algorithmischen Formel basieren.

In einer aktuellen Studie, die veröffentlicht wurde inNatur, ein Forschungsteam nutzte einen 56-Qubit gefangenen Ion-Quantencomputer, um über 70.000 zertifizierte zufällige Bits zu erzeugen.

Der Prozess, der nur wenige Sekunden pro Bit dauerte, hätte die kombinierte Leistung der weltweit besten Supercomputer erfordert, die ununterbrochen arbeiten, um ihn zu replizieren.

Der Verifizierungsprozess umfasste Supercomputer der Argonne National Laboratories und der Oak Ridge National Laboratories, die bestätigten, dass diese Zahlen nicht mit klassischen Methoden erzeugt worden sein konnten, wodurch sichergestellt wurde, dass sie wirklich zufällig und frei von Manipulation waren.

Die Durchbrechung der Kryptographie-Barriere

Dieser neue Grad an Zufälligkeit hat enorme Auswirkungen auf die digitale Sicherheit. Die Fähigkeit, zertifizierte Zufallszahlen zu generieren, könnte verändern, wie wir alles von Kryptowährungs-Wallets bis hin zu digitalen Unterschriften sichern.

Zum Beispiel könnte quantenbasierte Zufälligkeit die Sicherheit von Blockchain-Plattformen wie Ethereum und Solana verbessern, indem sie deren Konsensmechanismen stärkt und sie resistent gegen Manipulationen macht.

Duncan Jones, Leiter der Cybersicherheit bei Quantinuum, wies darauf hin, dass diese Art von Innovation schwerwiegende Sicherheitsverletzungen wie den Sony PlayStation-Hack von 2010 verhindern könnte, bei dem eine schwache Zufallszahlengenerierung es Angreifern ermöglichte, private kryptografische Schlüssel zu stehlen.

Solche Vorfälle verdeutlichen die dringende Notwendigkeit für wirklich zufällige Zahlen in der Kryptographie, die Quantencomputer jetzt bereitstellen können.

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Der Weg nach vorne für quantengetriebene Kryptographie

Während die Technologie großes Potenzial bietet, befindet sie sich noch in den frühen Phasen. Der Verifizierungsprozess erfordert derzeit den Einsatz von Supercomputern, was ihre praktische Anwendung für die meisten Organisationen einschränkt.

Jedoch steht das Potenzial für eine breitere Akzeptanz am Horizont. Unternehmen wie Quantinuum arbeiten bereits an zugänglicheren Lösungen, die quantengenerierte Zufälligkeit auf eine breitere Palette von Geräten und Systemen bringen könnten.

In naher Zukunft könnten Quantencomputer in Alltagsgeräte integriert werden, was es jedem ermöglichen würde, ihre Leistung zur Erzeugung sicherer, zufälliger Zahlen zu nutzen.

Wenn sich diese Technologie weiterentwickelt, könnte sie zu einer Zukunft führen, in der digitale Sicherheit nicht nur schwer zu durchdringen, sondern mathematisch unmöglich zu knacken ist.

FAQs

Was sind Quantencomputer, und wie funktionieren sie?

Quantencomputer sind eine neue Art von Rechnern, die auf den Prinzipien der Quantenmechanik basieren. Im Gegensatz zu klassischen Computern, die Informationen in Bits speichern, die entweder 0 oder 1 sein können, verwenden Quantencomputer Qubits, die gleichzeitig in mehreren Zuständen sein können. Diese Eigenschaft nennt man Superposition.

Die andere zentrale Eigenschaft von Quantencomputern ist Verschränkung, ein Phänomen, bei dem die Zustände von Qubits miteinander verbunden sind, sodass die Änderung des Zustands eines Qubits den Zustand eines anderen Qubits beeinflussen kann, unabhängig von der Entfernung zwischen ihnen.

Quantencomputer nutzen diese Eigenschaften, um komplexe Berechnungen viel schneller durchzuführen als klassische Computer. Sie sind besonders gut geeignet für Probleme, die mit großen Datenmengen oder komplexen Algorithmen zu tun haben.

Quantencomputer verwenden Qubits, die dank Superposition gleichzeitig in mehreren Zuständen existieren. Dies ermöglicht es ihnen, bestimmte Berechnungen exponentiell schneller durchzuführen als klassische Computer, was sie ideal für Aufgaben wie die Generierung von Zufallszahlen macht.

Warum ist Zufälligkeit in der Kryptographie wichtig?

Zufallszahlen sind entscheidend in der Kryptographie, da sie Systeme wie die Zwei-Faktor-Authentifizierung, digitale Signaturen und Verschlüsselung sichern. Ohne echte Zufälligkeit können diese Systeme anfällig für Hacking sein.

Wie verbessern Quantencomputer die Kryptographie?

Quantencomputer erzeugen zertifizierte Zufallszahlen, die unvorhersehbar und unhackbar sind, im Gegensatz zu herkömmlichen Computern, die auf vorhersehbaren Algorithmen basieren. Dies gewährleistet eine stärkere Verschlüsselung und verbesserte digitale Sicherheit.

Kann Quantencomputing in alltäglichen Anwendungen eingesetzt werden?

Während das Quantencomputing noch in den frühen Phasen ist, hat es das Potenzial, die digitale Sicherheit zu revolutionieren. In der Zukunft könnte quantenbasierte Kryptographie in Verbraucheranwendungen zugänglich sein und digitale Transaktionen sicherer machen.

Was sind die Vorteile von quantengenerierter Zufälligkeit in der realen Welt?

Zertifizierte Quantenrandomness kann die Sicherheit von Blockchain-Plattformen verbessern, Datenmanipulationen verhindern und sensible Informationen in Anwendungen wie Online-Banking, sicherem Messaging und mehr schützen.