Wie Nervos CKB im Zeitalter des Quantencomputings Quantenresistenz erreicht

Über CKB und Quantenwiderstand – Wie sich Nervos Network auf die Quantenzukunft vorbereitet

Die rasante Entwicklung des Quantencomputings stellt eine reale und dringende Bedrohung für die aktuellen kryptographischen Systeme dar.

Im Gegensatz zu klassischen Computern, die mit binären Bits arbeiten und astronomisch viel Zeit benötigen, um kryptografische Rätsel zu lösen, verwenden Quantencomputer Qubits, die in Überlagerung existieren.

Dies ermöglicht es ihnen, mehrere Berechnungen gleichzeitig durchzuführen und möglicherweise weit verbreitete kryptografische Algorithmen, einschließlich derer, die die heutigen Blockchain-Netzwerke sichern, in einem Bruchteil der Zeit zu knacken.

Protokolle wie ECDSA und RSA – die der Sicherheit von Bitcoin und vielen anderen Netzwerken zugrunde liegen – sind besonders verwundbar.

Mit zunehmenden Quantenfähigkeiten liefern sich Kryptographen und Blockchain-Entwickler ein Wettrennen um die Implementierung von Abwehrmechanismen, die Netzwerke in einer Post-Quanten-Welt sichern.

An der Spitze dieser Aufgabe steht das Nervos-Netzwerk, dessen Basisschicht, CKB (Common Knowledge Base), nicht nur auf Flexibilität ausgelegt ist, sondern auch eine integrierte Unterstützung für quantenresistente Kryptographie bietet.

Das Quantenrisiko für die Blockchain

Die Bedrohung durch Quantencomputing liegt in seiner Fähigkeit, die mathematischen Probleme zu untergraben, auf denen die klassische Kryptographie beruht.

Zwei große Quantenalgorithmen verdeutlichen dieses Risiko – der Shor-Algorithmus und der Grover-Algorithmus.

Der Shor-Algorithmus kann große ganze Zahlen effizient faktorisieren und diskrete Logarithmen lösen – das mathematische Rückgrat von RSA und ECDSA.

Wenn ein ausreichend leistungsfähiger Quantencomputer verfügbar wird, könnte er private Schlüssel aus öffentlichen extrahieren und damit den Kern der Public-Key-Kryptographie brechen.

Das bedeutet, dass Gelder, die in traditionellen UTXO-basierten Netzwerken wie Bitcoin gespeichert sind – wo öffentliche Schlüssel offengelegt werden, sobald die Ausgaben ausgegeben werden – offengelegt werden könnten.

Grovers Algorithmus ist zwar nicht so verheerend, schwächt aber die Effektivität von Hash-basierten Algorithmen wie SHA-256, indem er ihre effektive Sicherheit halbiert.

Dies stellt eine Herausforderung für PoW-Mechanismen (Proof-of-Work) und Merkle-Baumstrukturen dar – beides grundlegend für viele Blockchain-Plattformen.

Mit großen Technologieunternehmen wie Google, Microsoft und NVIDIA, die rasante Fortschritte im Bereich Quantencomputing machen – Googles "Willow"-Prozessor erreicht Berichten zufolge über 100 Qubits – schließt sich das Zeitfenster für die Vorbereitung schnell.

Post-Quanten-Kryptographie – Die Grundlage der Verteidigung

Um den Quantenbedrohungen einen Schritt voraus zu sein, haben Forscher PQC-Algorithmen (Post-Quanten-Kryptographie) entwickelt, die sowohl Angriffen von klassischen als auch von Quantencomputern standhalten sollen.

Mehrere Familien von PQC-Algorithmen werden derzeit von NIST überprüft und standardisiert.

Die gitterbasierte Kryptographie – insbesondere die Schemata CRYSTALS-Kyber (ML-KEM) und CRYSTALS-Dilithium (ML-DSA) – hat sich aufgrund ihrer hohen Sicherheit und Effizienz als Spitzenreiter herauskristallisiert.

Diese beiden Algorithmen wurden im August 2024 formell als FIPS 203 und 204 zugelassen.

Hash-basierte Algorithmen wie XMSS und SPHINCS+ bieten starke theoretische Garantien, sind aber mit größeren Signaturgrößen verbunden.

Insbesondere SPHINCS+ hat aufgrund seiner Staatenlosigkeit und der NIST-Unterstützung an Bedeutung gewonnen.

Die Einführung ist bereits in allen Branchen im Gange.

Cloudflare zum Beispiel hat sich verpflichtet, PQC bis Mitte 2025 in seiner gesamten globalen Infrastruktur bereitzustellen.

Im März 2025 fügte das NIST auch HQC als weiteren standardisierten Key Encapsulation Mechanism (KEM) hinzu und erweiterte damit das Toolkit für quantenresistente Systeme.

Die integrierte Quantenbereitschaft von Nervos CKB

Im Gegensatz zu vielen älteren Blockchains, die eng an feste kryptografische Primitive gekoppelt sind, wurde Nervos CKB mit kryptografischer Agilität entwickelt.

Anstatt sich bei der Einführung neuer kryptografischer Methoden ausschließlich auf Hard Forks zu verlassen, verwendet CKB ein flexibles Skriptsystem, das auf seinem "Zellen"-Modell aufbaut.

In CKB werden alle Assets einschließlich Token, Smart Contracts und Benutzerlogik als Zellen gespeichert, die programmierbar und modular sind.

Diese Zellen sind nicht mit einem einzigen kryptografischen Standard fest codiert.

Stattdessen können sie aktualisiert oder mit neuen kryptografischen Schemata erweitert werden, indem benutzerdefinierte Sperrskripte geschrieben werden, ohne dass das Basisprotokoll geändert werden muss.

Dieses Design hat bereits Früchte getragen – Nervos unterstützt derzeit SPHINCS+, einen NIST-zugelassenen, zustandslosen Hash-basierten Signaturalgorithmus, der als sehr sicher gegen Quantenangriffe gilt.

Entwickler können das auf der CKB-Plattform verfügbare SPHINCS+-Lock-Skript verwenden, um Wallets und Verträge zu erstellen, die heute quantenresistent sind.

Mit dieser Funktion ist Nervos der Zeit voraus. Während die meisten Blockchains noch über die PQC-Bereitschaft diskutieren, hat Nervos sie bereits implementiert.

Zu diesem Zweck ist auf Nervos (Quantum Purse) bereits eine Self-Custody- und Open-Source-Wallet mit dem SPHINCS+-Algorithmus verfügbar, die es den Nutzern ermöglicht, ihr Vermögen mit PQC zu schützen.

Die Smart-Contract-Umgebung von Nervos – die CKB-VM – basiert auf dem RISC-V-Befehlssatz, der kryptounabhängige Berechnungen auf niedriger Ebene ermöglicht.

Entwickler sind nicht an eine einzige Sprache oder einen Algorithmus gebunden.

Diese Flexibilität bedeutet, dass neue PQC-Standards, wenn sie auftauchen, direkt in Smart Contracts oder Lock-Skripten implementiert werden können, ohne auf einen Hard-Protocol-Fork oder ein VM-Redesign warten zu müssen.

Hybride Ansätze und praktische Übergangspfade

Nervos ermöglicht auch hybride kryptographische Verfahren, die sowohl klassische als auch quantenresistente Algorithmen kombinieren.

Zum Beispiel können Entwickler Wallets mit doppelter Signatur erstellen, die sowohl eine ECDSA- als auch eine SPHINCS+-Signatur erfordern.

Dieser mehrschichtige Ansatz bietet Abwärtskompatibilität mit der aktuellen Infrastruktur und erhöht gleichzeitig die Quantenresistenz.

Diese Hybridsysteme bieten einen reibungslosen Übergangspfad – besonders wertvoll in den kommenden Jahren, wenn das PQC-Ökosystem reift.

Während das Endziel der vollständigen Ablösung der Legacy-Kryptografie ist, ermöglichen hybride Schemata, dass Netzwerke in der Zwischenzeit betriebsbereit und sicher bleiben.

Herausforderungen und Überlegungen

Quantenresistenz ist mit Kompromissen verbunden.

Post-Quanten-Algorithmen – insbesondere Hash-basierte wie SPHINCS+ – führen im Vergleich zu ECDSA in der Regel zu größeren Signaturgrößen, manchmal um das 10-fache oder mehr.

Dies wirkt sich auf Speicherplatz, Bandbreite und Transaktionsgröße aus, die kritische Kennzahlen für die Blockchain-Leistung sind.

Auch die Rechenkosten variieren. Einige Algorithmen sind CPU-intensiv, was die Validierungszeiten von Transaktionen verlängern kann.

Der modulare Ansatz von Nervos CKB bedeutet, dass Entwickler diese Kompromisse in spezifischen Anwendungen testen und optimieren können, anstatt zu Einheits-Upgrades gezwungen zu sein.

Die derzeitige Unterstützung von SPHINCS+ durch CKB ermöglicht es Entwicklern und Forschern, diese Herausforderungen heute in der Produktion zu bewerten, anstatt sich nur auf die Theorie zu verlassen.

Fazit

Quantencomputing ist kein fernes theoretisches Anliegen mehr.

Mit der rasanten Weiterentwicklung der Quantenhardware sind die kryptografischen Grundlagen der heutigen Blockchain-Netzwerke ernsthaft gefährdet.

Blockchains, die sich ausschließlich auf klassische Algorithmen wie ECDSA oder RSA verlassen, stehen vor einer möglichen und potenziell katastrophalen Kompromittierung.

Das Nervos-Netzwerk stellt mit seiner CKB-Schicht ein leistungsstarkes Beispiel für ein zukunftskompatibles Blockchain-Design dar.

Mit seinem "Cell"-Modell, der RISC-V-basierten VM und der Unterstützung von benutzerdefinierten Post-Quantum-Lock-Skripten wie SPHINCS+ hat Nervos bereits den Grundstein für die Quantenresistenz gelegt.

Im Gegensatz zu vielen Netzwerken, die massive Überholungen oder Hard Forks erfordern, um den Quantenwandel zu überleben, ist Nervos auf Anpassung ausgelegt.

Ob durch hybride Schemata oder vollständige PQC-Migration, es bietet Entwicklern die Tools , um jetzt – und in der Post-Quanten-Zukunft – die Nase vorn zu haben.

Um tiefer in Nervos CKB und Quantenwiderstand einzutauchen, lesen Sie diese Ressourcen.

• Quantum Computation – Neue Herausforderung für die Sicherheit von CKB – von Zishuang Han, Cryptape
• Quantum Resistance in Blockchains – Vorbereitung auf eine Post-Quantum-Computing-Welt – von Nervos.org

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