Shafi Goldwasser: Die Königin der Kryptografie

Das Münzwurfrätsel hat Shafi Goldwasser nicht mehr losgelassen. Als sie angefangen hatte, Mathematik zu studieren, wurde die New Yorkerin mit dem Gedankenexperiment konfrontiert. Es geht darin um Alice und Bob, die sich gerade getrennt haben. Nun streiten sie darum, wer den Hund bekommt und wer das Auto. Ein Münzwurf soll die Fragen lösen, doch dabei gibt es ein Problem: Inzwischen leben sie getrennt in zwei verschiedenen Städten, doch wie können sie am Telefon darauf vertrauen, dass die Münze auch das anzeigt, was der andere behauptet?

Immer wieder hat sie darüber nachgedacht und fand einige Jahre später – sie war inzwischen von der Ostküste nach Berkeley in Kalifornien gezogen – eine Lösung für das Problem. Es handelt sich dabei um den „Zero-Knowledge-Beweis“ – einen Beweis ohne Wissen. Damit kann jemand nachweisen, dass er eine geheime Information, wie beispielsweise ein Passwort, kennt, ohne dieses selbst preisgeben zu müssen. Stattdessen muss er eine Reihe Fragen beantworten, um zu beweisen, dass er die Lösung kennt, ohne sie selbst zu nennen. Das Ganze funktioniert mit komplexen mathematischen Funktionen. Goldwasser kam dabei zugute, dass ihre ursprüngliche Liebe der Zahlentheorie galt und sie erst im Laufe des Studiums die Informatik für sich entdeckte.

Eine von zwei Frauen mit "Informatik-Nobelpreis"

Für den „Zero-Knowledge-Beweis“ und andere wissenschaftliche Leistungen hat Goldwasser neben verschiedenen anderen hochrangigen Auszeichnungen den Turing-Award erhalten, der als Nobelpreis der Informatik gilt. Sie ist dabei erst die zweite Frau, die den seit 1966 vergebenen Preis erhalten hat. Am Montag wurde Goldwasser zudem vom Berliner Zuse-Institut in die „Hall of Fame of the Digital Age“ aufgenommen. Zu diesem Anlass hielt sie einen Vortrag auf der Konferenz „Digital Future Science Match“ halten, die vom Tagesspiegel mitveranstaltet wird.

„Ihre Karriere umfasst viele wegweisende Arbeiten, die ganze Teilgebiete der Informatik initiiert haben“, heißt es in der Begründung zur Verleihung des TuringPreises. „Dazu gehören die Schaffung der theoretischen Grundlagen der modernen Kryptografie“. Denn Goldwasser hat auch zahlreiche mathematische Beweise dafür geführt, ob und unter welchen Voraussetzungen Verschlüsselungen sicher sind. „Schon Julius Cäsar mag die Kryptografie benutzt haben, aber jetzt begannen wir endlich, sie zu verstehen“, sagt US-Informatiker Charles Rackoff über ihre Arbeiten. Dabei beschäftigte sie sich beispielsweise mit Pseudozufallsgeneratoren oder Theorien zum Nachweis von Primzahlen, die für viele Verschlüsselungssysteme genutzt werden.

Fast jedes Passwort durch Goldwassers Arbeiten gesichert

Heute kommen ihre theoretischen Arbeiten zigfach im Internet zum Einsatz. Wenn wir im Internet einkaufen und mit Kreditkarte bezahlen, werden beispielsweise die Kartendaten eingegeben und überprüft. Dabei erfährt der entsprechende Onlineshop oft aber nicht die Daten selbst, sondern nur eine Bestätigung dafür, dass sie stimmen. „Jedes Passwort, das wir eintippen, ist mit Techniken geschützt, die auf unserer Arbeit basieren“, sagt Silvio Micali, mit dem Goldwasser in Berkeley gemeinsam viele wichtige Arbeiten erstellt hat und gemeinsam 2012 den Informatiker-Nobelpreis erhielt.

Doch ihre Arbeiten sind nicht nur elementar, wenn es heutzutage darum geht, für Sicherheit im Internet zu sorgen. Sie könnten auch die Privatsphäre der Zukunft sichern. Denn da Verschlüsselungssysteme auf mathematischen Verfahren beruhen, lassen sie sich mit diesen Methoden auch knacken. In der Regel ist es „nur“ eine Frage der Rechenleistung, ob beziehungsweise wann sich ein Code entschlüsseln lässt. So ist die Entwicklung von Computern und Informatik wesentlich durch den Wettlauf zwischen Verschlüsselungssystemen und neuen Rechenmaschinen zur Dechiffrierung geprägt. Die Decodierung der Funksprüche der Nazis und deren Verschlüsselungsmaschine Enigma war beispielsweise eine der ersten großen Leistungen von Alan Turing, dem britischen Mitgründer der theoretischen Informatik.

Der nächste Durchbruch soll Quantencomputern gelingen, die viele der derzeit noch als sicher geltenden – weil mit schierer Rechenleistung nicht zu lösenden – Verschlüsselungssysteme knacken könnten. „Im Feld des Quantum-Computing sind neue Kryptografie-Verfahren notwendig, um den reibungslosen Ablauf einer vernetzten Gesellschaft zu garantieren“, sagt Christoph Meinel, Direktor des Hasso-Plattner-Instituts in Potsdam. Experten wie Meinel gehen davon aus, dass viele der theoretischen Arbeiten von Goldwasser, die noch keine praktische Anwendung finden, die Grundlage bilden könnten, um in der Zukunft der Quantencomputer neue, noch sicherere Verschlüsselungsmethoden zu entwickeln.