Silvio Micali: Bewweisen ohne zu verraten

Bevor sich Silvio Micali und seine Mitarbeiter der Sache annahmen, war die Kryptographie ein Handwerk aus cleveren Tricks, dessen Güte daran gemessen wurde, ob es bereits jemandem gelungen war, sie zu knacken. Micalis Karriere, die er darauf verwendete, dieses Handwerk in eine Disziplin mit tatsächlichen mathematischen Beweisen für ihre Behauptungen zu verwandeln, brachte eine der seltsamsten und elegantesten Ideen des Fachgebiets hervor: eine Methode, jemanden davon zu überzeugen, dass eine Aussage wahr ist, ohne ihm auch nur die geringste zusätzliche Information darüber zu geben, warum das so ist.

Von Rom nach Berkeley

Silvio Micali wurde am 13. Oktober 1954 in Italien geboren. Er erwarb 1978 einen Abschluss in Mathematik an der Universität La Sapienza in Rom und überquerte anschließend den Atlantik für ein Doktorat in Informatik an der University of California in Berkeley, das er 1982 unter der Betreuung von Manuel Blum abschloss – einem selbst zukünftigen Turing-Preisträger, der an der Grenze der kryptographischen Theorie arbeitete. Micali trat 1983 in den Lehrkörper des Fachbereichs für Elektrotechnik und Informatik des MIT ein und ist seitdem dort tätig. Er arbeitet im Labor für Informatik und Künstliche Intelligenz des MIT und übernahm zusätzliche Gastprofessuren an der University of Pennsylvania, der University of Toronto sowie der Tsinghua-Universität.

Sicherheit beweisbar machen

Micalis zentrales wissenschaftliches Projekt, das größtenteils in Partnerschaft mit Shafi Goldwasser durchgeführt wurde, bestand darin, den traditionellen Standard der kryptographischen Sicherheit – niemand hat dies bisher geknackt – durch einen mathematischen zu ersetzen: den Beweis, dass das Knacken des Verfahrens das Lösen eines Problems erfordern würde, das als rechentechnisch unlösbar gilt. Gemeinsam mit Goldwasser entwickelte er die probabilistische Verschlüsselung, eine Methode, die dieselbe Nachricht bei jeder Übertragung unterschiedlich verschlüsselt und damit eine Klasse von Angriffen ausschließt, bei denen ein Angreifer allein dadurch Informationen erhalten konnte, dass zwei Geheimtexte übereinstimmten. Der offizielle Bericht der ACM zu ihrem gemeinsamen Turing-Preis schreibt ihnen zu, das Feld der beweisbaren Sicherheit begründet und die Idee formalisiert zu haben, dass kryptographische Sicherheit „berechenbar statt absolut sein musste“ – eine Neuausrichtung, die der gesamten Disziplin ein strenges Fundament gab, das ihr zuvor gefehlt hatte. Ihre Einführung interaktiver und probabilistischer Beweissysteme speiste sich zudem direkt in die Theorie der Berechenbarkeit und Komplexität weit über die Grenzen der Kryptographie hinaus ein.

Zero-Knowledge-Beweise

Die bekannteste einzelne Idee, die mit Micali verbunden ist, ist der Zero-Knowledge-Beweis, den er gemeinsam mit Goldwasser und Charles Rackoff erfunden hat: ein Protokoll, bei dem ein „Beweisender“ einen „Überprüfenden“ davon überzeugt, dass eine Aussage wahr ist – dass sie ein Passwort kennen, dass eine Transaktion gültig ist, dass ein Graph eine bestimmte Färbung aufweist –, ohne irgendetwas darüber zu verraten, warum sie wahr ist, nicht einmal die Information, die es dem Überprüfenden erlauben würde, den Beweis selbst zu rekonstruieren. Beim ersten Hören klingt dies paradox und wurde bei seiner Einführung als mathematische Kuriosität behandelt; seither ist es zu einem funktionalen Bestandteil von Authentifizierungssystemen und, Jahrzehnte später, der Blockchain-Datenschutztechnologie geworden. Micalis breiteres Lebenswerk erstreckte sich auf die Generierung pseudozufälliger Funktionen, sichere Mehrparteienberechnung – bei der mehrere Parteien gemeinsam ein Ergebnis berechnen können, ohne einander ihre privaten Eingaben offenzulegen – sowie auf Protokolle des oblivious transfer, von denen jedes einen Baustein darstellt, der heute in der modernen kryptographischen Ingenieurskunst verwendet wird.

Von der Theorie zu Start-ups

Anders als viele Theoretiker, die sich damit begnügen, ihre Ideen auf dem Papier zu belassen, beschränkte Micali seine Arbeit nicht auf Fachzeitschriften. Im Jahr 2001 war er Mitbegründer von CoreStreet Ltd, einem Sicherheitsunternehmen, das 2009 an ActivIdentity verkauft wurde, und half Anfang der 2000er Jahre bei der Entwicklung von Peppercoin, einem frühen System für digitale Mikrozahlungen. Im Jahr 2017 gründete er Algorand, eine Proof-of-Stake-Blockchain-Plattform, die dazu entworfen wurde, seine jahrzehntelange kryptographische Theorie auf ein öffentliches, dezentrales Ledger anzuwenden – ein später Karriereschritt, der einen Turing-Preisträger direkt in das Zentrum der Kryptowährungsindustrie brachte, für die er gewissermaßen dreißig Jahre lang die mathematischen Grundlagen gelegt hatte.

Auszeichnungen

Micali und Goldwasser erhielten gemeinsam den ACM A.M. Turing Award 2012, überreicht 2013, „für transformative Arbeiten, die die komplexitätstheoretischen Grundlagen für die Wissenschaft der Kryptographie legten“. Micali erhielt zuvor 1993 den Gödel-Preis für die Theorie interaktiver Beweissysteme und 2004 den RSA Award for Excellence in Mathematics. Er ist Mitglied der National Academy of Sciences sowie der National Academy of Engineering und wurde 2017 zum ACM Fellow ernannt.

Warum Silvio ein Genie genannt wird

Der stärkste Beweis dafür, Micali ein Genie zu nennen, ist konzeptueller und nicht anekdotischer Natur: Zero-Knowledge-Beweise sind die Art von Idee, die, sobald man sie sieht, offensichtlich notwendig erscheint und dennoch einen wahren Vorstellungssprung erforderte, um sie überhaupt zu entwerfen – ein Beweis, der nichts als sich selbst beweist. „Sicherheit“ von einem informellen Handwerk in eine Disziplin mit Theoremen und Reduktionen zu verwandeln, jene Leistung, die die Laudatio des Turing-Preises ausdrücklich würdigt, erforderte nicht nur technisches Können, sondern auch die konzeptuelle Kühnheit zu fragen, wie eine mathematische Definition von Geheimhaltung überhaupt aussehen würde. Die grundlegende Ehrlichkeit dabei ist, dass dies keine Alleinarbeit war. Der Turing-Preis ging gemeinsam an Micali und Shafi Goldwasser, und die Arbeit zum Zero-Knowledge-Beweis selbst nennt drei Autoren – Goldwasser, Micali und Charles Rackoff –, was dies zu einem Lehrbuchbeispiel für eine fundamentale Idee macht, die durch eine nachhaltige Partnerschaft statt durch die isolierte Erkenntnis einer einzelnen Person geschaffen wurde. Micalis spätere Alleingänge, CoreStreet und Algorand, zeigen die persönliche Bereitschaft, seine eigene Theorie auf kommerzielle und industrielle Realität zu setzen, doch der theoretische Kern, der ihm das Etikett „Genie“ einbringt, war nach allen Berichten, einschließlich der Preislaudatio selbst, eine gemeinsame Leistung.

Vermächtnis

Micalis Arbeit setzte einen neuen Maßstab dafür, was es bedeutet, ein kryptographisches System als sicher zu bezeichnen, und insbesondere Zero-Knowledge-Beweise haben ihre ursprüngliche Unbekanntheit überlebt, um zu Infrastruktur zu werden – sie finden Verwendung in Authentifizierungsprotokollen, datenschutzwahrenden Blockchain-Systemen und Verifikationsverfahren, die noch nicht existierten, als er und Goldwasser die Idee zum ersten Mal beschrieben. Wenige kryptographische Konzepte haben einen so langen Weg von der reinen Theorie zur alltäglichen angewandten Technologie zurückgelegt. Dass eine Disziplin, die einst von Mathematikern als ingenieurtechnischer Nachgedanke abgetan wurde, nun über ihre eigenen komplexitätstheoretischen Grundlagen verfügt, die in jedem seriösen Informatikstudiengang neben Berechenbarkeit und algorithmischer Analyse gelehrt werden, ist zu einem großen Teil das direkte Resultat der Neuausrichtung, die Micali und Goldwasser Anfang der 1980er Jahre durchsetzten – ein Wandel von der Frage, ob ein System bereits geknackt wurde, hin zu der Frage, was genau über das Universum wahr sein müsste, damit es überhaupt knackbar ist.