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Auswirkungen auf die Banken: Quantencomputer und KI – erfolgreiches Zusammenspiel?

Spätestens seit dem Jahr 1997, als der damalige Schachweltmeister Garri Kimowitsch Kasparow gegen den tonnenschweren Schachcomputer Deep Blue erstmals eine Partie verloren hatte, ist den meisten klar, dass Computer mehr können, als Fotos speichern und Präsentationen erstellen. Auch wenn Kasparow Anfang 2003 seine Rechnung mit dem Schachcomputer begleichen konnte, indem er der neuentwickelten Variante Deep Junior ein Unentschieden abrang, so ist inzwischen im gesellschaftlichen Bewusstsein doch angekommen, dass Computer sich der menschlichen Denkleistung zunehmend annähern und diese teilweise auch schon übertreffen.  

Beim Schachspiel kommt es generell darauf an, strategisch zu denken und sowohl die eigenen als auch die gegnerischen Spielzüge vorauszuplanen. Die Spieler sind abwechselnd an der Reihe und machen je einen Spielzug. Jede Figur darf dabei nur bestimmte Züge ausführen. Die Vorausplanung kann sich mit jedem Zug ändern. Für einen Computer ist die Vorausberechnung und das Simulieren von Abläufen eine leichte Aufgabe, da er die vorhandenen Daten zur Berechnung nutzt und alle möglichen Varianten ermittelt. Diese Berechnungen benötigen eine große Rechenleistung und ausreichend Speicherplatz, damit sie in angemessener Zeit erfolgen können. 

Mithilfe von Künstlicher Intelligenz wird versucht, konkrete Anwendungsprobleme zu meistern. Meist sollen dabei – wie beim Beispiel Schach – das Denken oder bestimmte Entscheidungsstrukturen des Menschen so nachgeahmt und optimiert werden, dass ein entsprechend programmierter Computer definierte Probleme relativ eigenständig bearbeiten und lösen kann. Der Computer benötigt dafür Rechenkapazität, eine ausreichende Menge an relevanten Daten und die Algorithmen, die ihm vorgeben, was er mit den Daten tun soll. 

In den letzten Jahren haben sich die technischen Voraussetzungen für Anwendungen mit Künstlicher Intelligenz stetig verbessert. Zum einen sind Sensoren, Chips u. ä. deutlich leistungsfähiger und kostengünstiger geworden, zum anderen hat sich die nationale wie internationale Forschung zu Künstlicher Intelligenz – entsprechende Algorithmen eingeschlossen – erheblich intensiviert. Auch in der Computertechnik selbst geht die Entwicklung weiter: Immer häufiger ist die Rede von Quantencomputern.


Was sind Quantencomputer?
Quantencomputer sind Computer auf einer neuen Stufe der technologischen Entwicklung auf Basis von Gesetzen der Quantenphysik. Durch ihre physikalischen Eigenschaften können sie eine noch deutlich größere Datenmenge in noch wesentlich kürzerer Zeit verarbeiten, indem sie mehrere Aufgaben simultan bearbeiten und nicht mehr Schritt für Schritt wie bei herkömmlichen Computern. Dadurch werden auch komplexere Simulationen und Analysen ermöglicht, die das Leistungsvermögen heutiger Computer übersteigen. Zudem können präzisere Ergebnisse und genauere Vorausberechnungen erzielt werden. 

Diese Vorteile von Quantencomputern ermöglichen künftig vermutlich die Lösung zahlreicher Optimierungsprobleme, zum Beispiel in der Transportbranche, wenn es darum geht, optimale Lieferrouten zu berechnen, gemessen am Spritverbrauch, der Verkehrslage und den Auslieferungspunkten. Durch entsprechende Verbesserungen würden Lkw-Fahrer deutlich weniger im Stau stehen, und die Logistikunternehmen könnten viel Zeit und Kosten sparen.

Ein anderes Beispiel ist die Pharmazie, wo bei chemischen Verbindungen, deren Zusammensetzung sich ändert, Wirkungssimulationen sehr viel effizienter durchgeführt werden könnten. In naher Zukunft ist auch ein Einsatz zur Verbesserung der Cybersicherheit sowie bei Risikoanalyse und -management denkbar. Quantencomputer könnten zudem Anwendungen mit Künstlicher Intelligenz wie Machine- oder Deep Learning großen Auftrieb verleihen, da hierbei besonders große Datenmengen aufbereitet und verarbeitet werden müssen. 


Durch Quantencomputer könnte KI „menschlicher“ werden
Aufgrund ihrer technischen Beschaffenheit können Quantencomputer Rechenoperationen erheblich schneller und effizienter durchführen und dies, wie gesagt, zugleich mit mehreren Variablen. In Verbindung mit Künstlicher Intelligenz könnten dadurch etwa Chatbots und Roboadvisor im Dialog mit Kunden nicht nur „menschlicher“ wirken, sondern auch in Echtzeit eine bessere Beratung mit passgenauen Produkten anbieten. 

Zudem sind Quantencomputer besser in der Lage, Anomalien in Prozessen und Algorithmen zu erkennen, wodurch Angriffe auf IT-Systeme schneller erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. Quantencomputer finden vereinzelt bereits heute Anwendung. Seit dem Jahr 2016 bietet IBM den weltweit ersten Quantencomputer sogar in der Cloud für die Öffentlichkeit an. Hier können sich registrierte Nutzer über die Cloud mit dem Quantensystem verbinden und Algorithmen testen, Tutorials und Simulationen ausprobieren oder andere Experimente durchführen.


Rasante Entwicklung
Die Entwicklung im Bereich der Quantentechnologie ist rasant. In immer kürzeren Zeitabständen werden Steigerungen der Quantenbits, der derzeitige Maßstab für die Leistungsfähigkeit eines Quantencomputers, veröffentlicht. Fortschritte gibt es auch dabei, die Stabilität der Quantenbits oder die extrem niedrigen Temperaturen zu gewährleisten, die zum Betrieb von Quantencomputern notwendig sind. 

Trotzdem sind Quantencomputer noch immer ein Forschungsprojekt, das noch in den Anfängen steckt. So wurde beispielsweise erst kürzlich eine neue Messgröße vorgestellt, die eine höhere Aussagekraft über das Leistungsvermögen von Quantencomputern haben soll. Ob diese letztlich geeignet ist, die bisher geltenden Quantenbits als Standard abzulösen, wird augenblicklich von Wissenschaftlern wie von den im Quantenbereich führenden Unternehmen Google, IBM und Honeywell heftig diskutiert. Es dürfte in jedem Fall noch einige Jahre dauern, bis Quantencomputer herkömmliche Computer gänzlich ablösen werden.


Denkbare Auswirkungen auf die Bankenwelt
Gesetzt aber, das wäre heute schon der Fall: Was würde das für die Sicherheit der kryptografischen Verfahren bedeuten – und damit für die Bankeninfrastruktur? Die Sicherheit der aktuellen kryptografischen Verfahren beruht unter anderem auf mathematischen Berechnungen, die von heutigen Computern allenfalls in Monaten oder Jahren entschlüsselt werden könnten.

Passwörter, elektronische Schlüssel, gespeicherte Daten u. ä. können jedoch durch Quantencomputer in wesentlich kürzerer Zeit „geknackt“ werden. Hinzu kommt, dass Fortschritte im Bereich der Künstlichen Intelligenz auch neuartige, perfektionierte Attacken ermöglichen. Noch bedarf es zu einem wesentlichen Teil der menschlichen Intelligenz, um eventuelle Sicherheitslücken zu entdecken, entsprechende Angriffsszenarien zu entwerfen und die Attacken erfolgreich durchzuführen. Ein autonomer Hacker-Angriff durch Systeme Künstlicher Intelligenz ist daher vorerst nicht zu erwarten. Doch das Aufspüren von Softwarefehlern und -anomalien – allerdings auch deren Beseitigung – ist bereits heute eine Stärke autonomer, auf Künstlicher Intelligenz basierender Systeme, die sich rasch weiterentwickeln dürfte. 

In welche Richtung diese Entwicklung geht, wurde bereits auf einer Konferenz der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) gezeigt. Die DARPA ist eine Behörde des US-Verteidigungsministeriums, die Forschungsprojekte für die amerikanischen Streitkräfte umsetzt. Bei der Konferenz wurde vorgeführt, wie ein auf Künstlicher Intelligenz basierendes System in einer vorab präparierten Testumgebung einen Fehler fand, von dem der Veranstalter selbst nichts wusste, und eine erfolgreiche Attacke gegen ein anderes System startete. Ein drittes System hatte diesen Vorgang beobachtet, den Angriff durch Untersuchung der Strukturen, Zustände und Verhaltensweisen analysiert, den Fehler gefunden, automatisch einen Patch geschrieben und bei sich selbst installiert – alles innerhalb von 20 Minuten. So sieht zwar die Realität heute noch nicht ganz aus, aber es zeigt deutlich, was möglich ist, wenn erst einmal mit Quantencomputern die entsprechende Rechenleistung und Technik zur Verfügung stehen wird. 


Einfluss auf kryptografische Verfahren
Für die Kreditwirtschaft ist klar: Der Einsatz von Quantencomputern beeinflusst alle bisher eingesetzten kryptografischen Verfahren und Produkte. Daher werden die bestehenden Verfahren derzeit von den Banken auf Quantenresistenz geprüft und der notwendige Anpassungsbedarf ermittelt. 

Sicher ist bereits, dass Verschlüsselungsverfahren für das Online Banking, Prozesse bei Kartenzahlungen und Geldautomaten, aber auch Technologien, auf denen beispielsweise die Blockchain beruht, angepasst werden müssen, um das heutige Niveau der Datensicherheit erhalten zu können. Vor allem sogenannte asymmetrische Verfahren, wie beispielsweise die Sicherheitsstandards „https“ oder „elliptische Kurven“, würden aufgrund ihrer mathematischen Beschaffenheit besonders starke Einbußen ihrer Verschlüssellungsstärke erleiden. Symmetrische Verfahren, wie beispielsweise „TDES“ und „AES“ würden zwar auch Schlüsselstärke verlieren, dies könnte aber zumindest teilweise durch eine Schlüsselverlängerung kompensiert werden. Das heißt beispielsweise: Wird die Schlüsselstärke um die Hälfe geschwächt, muss die Länge des Schlüssels verdoppelt werden, damit die Verschlüsselung im Ergebnis die gleiche Stärke behält. 

Der Nachteil dabei ist allerdings, dass sich die Prozessgeschwindigkeit damit deutlich verlangsamt. Für eine Kartenzahlung könnte das bedeuten, dass sie am Terminal einige Sekunden länger dauert. Angesichts des schnellen Zahlungsvorgangs, den die Verbraucher heute gewohnt sind, würde eine solche Verlangsamung sicher auf wenig Akzeptanz bei Kunden und Händlern stoßen. 


Handlungsempfehlungen für Banken
Was können Banken nun tun? Im Grunde müssen sie möglichst zeitnah auf sogenannte Post-Quanten-Verfahren setzen, die in der Lage sind, die künftigen kryptografischen Anforderungen zu erfüllen. An solchen quantenresistenten Verfahren wird allerdings derzeit weltweit noch geforscht. Noch hat sich bislang kein Verfahren eindeutig durchgesetzt, und es sieht danach aus, als würde dies erst in einigen Jahren der Fall sein. 

Bis dahin ist „Kryptoagilität“ gefragt. Das bedeutet, dass eine Kombination aus aktuellen, bereits im Einsatz befindlichen Verfahren und mehreren anderen, in Ansätzen entwickelten Post-Quanten-Verfahren zum Einsatz kommen muss. Diese flexible Vorgehensweise ist mit hohen Investitions- und Instandhaltungskosten für die Banken verbunden, da mehrere Verfahren parallel betrieben werden müssen. Letztlich ist sie aber ohne Alternative, wenn die Sicherheit des nationalen wie internationalen Zahlungsverkehrs in der Übergangsphase zum neuen Zeitalter von Quantencomputern und Künstlicher Intelligenz gewährleistet sein soll.


Fazit
Der Einsatz von Quantencomputern hat Auswirkungen auf alle derzeit genutzten kryptografischen Verschlüsselungsverfahren. Auf der einen Seite sind Quantencomputer Enabler für innovative Prozesse und können helfen, z. B. Künstliche Intelligenz oder Cloud Computing zu optimieren. Die Nutzung dieser Technologien gewinnt in der Bankenbranche zunehmend an Bedeutung. Stehen Quantencomputer für eine breitere kommerzielle Nutzung zur Verfügung, beginnt eine neue Ära – leider können dann nicht nur Banken und deren Kunden von den Vorteilen einer schnelleren und effizienteren Datenverarbeitung profitieren, sondern sich auch Hacker oder andere Kriminelle der neuen Technologie bedienen und in Verbindung mit Künstlicher Intelligenz neuartige, systematische Angriffe durchführen. 

Um das zu verhindern, müssen alle Kräfte gebündelt werden. Nur wenn Wissen geteilt und Innovationen gefördert werden, kann es gelingen, den Kriminellen immer einen Schritt voraus zu sein. Gerade der globale Aspekt spielt hier eine wichtige Rolle. So ist der koordinierte Standardisierungsprozess über das National Institute of Standards and Technology (NIST), an dem Wissenschaftler aus aller Welt teilnehmen, ein wichtiger und sinnvoller Weg der Zusammenarbeit. Banken, Sicherheitsindustrie sowie die relevanten nationalen und supranationalen Behörden müssen in diesem Bereich an einem Strang ziehen. Nur dann können die Vorteile und Potenziale der neuen Technologie sinnvoll genutzt werden sowie Gefahren erkannt und diesen effizient entgegengewirkt werden. Auf dass sich erfüllen mag, was sich einst schon Konrad Zuse, der Erfinder des ersten funktionsfähigen Computers, wünschte, als er sagte: „Der Mensch soll sich von fremdbestimmten Tätigkeiten befreien und sie Maschinen überlassen, um sich selbst stärker zu entfalten.“

 

Autor


 

Dr. Ibrahim Karasu, Managing Director, Bundesverband deutscher Banken e.V., Berlin.

 

 

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