Einführung in die Bedrohung durch Quantencomputer
Fidelity Digital Assets warnt, dass zukünftige Quantencomputer in der Lage sein könnten, private Schlüssel von Bitcoin aus exponierten öffentlichen Schlüsseln abzuleiten, was eine ernsthafte Bedrohung für die Sicherheit der Gelder darstellt. Ein vorgeschlagenes, hash-basiertes Signatursystem könnte die Sicherheit erhöhen, jedoch könnten größere Signaturen den Transaktionsdurchsatz verringern und die Wiederherstellung von Wallets komplizierter gestalten.
Analyse der Sicherheitsrisiken
Laut einer Analyse von Fidelity Digital Assets, die am 1. September veröffentlicht wurde, könnten die Schutzmaßnahmen für Bitcoins private Schlüssel letztendlich einen Ersatz oder eine Ergänzung erfordern. Obwohl derzeit keine krypto-relevanten Quantencomputer (CRQCs) existieren, könnten leistungsfähige Systeme die mathematischen Grundlagen, die die Transaktionsautorisierung sichern, untergraben und somit die Gelder gefährden.
„Die Minimierung der Schlüssellänge zur Erhaltung des Transaktionsdurchsatzes von Bitcoin bleibt ein zentrales Anliegen, obwohl die Auswirkungen angesichts des aktuellen Zustands eines nahezu leeren Mempools möglicherweise weniger ausgeprägt sind.“
Private Schlüssel ermöglichen es Bitcoin-Besitzern, Transaktionen zu autorisieren, ohne auf einen Vermittler angewiesen zu sein. Wallets verwenden einen privaten Schlüssel, um eine digitale Signatur zu erzeugen, die die Kontrolle beweist, ohne den geheimen Schlüssel offenzulegen. Diese Beziehung zwischen privaten Schlüsseln, öffentlichen Schlüsseln und Transaktionssignaturen bildet die Grundlage für den Besitz und die Selbstverwahrung von Bitcoin.
Aktuelle Signaturverfahren und ihre Schwächen
Die meisten Standard-Bitcoin-Transaktionen nutzen den Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) oder Schnorr-Signaturen. Letztere wurden durch das Taproot-Upgrade verfügbar, wobei der Bitcoin Improvement Proposal (BIP) 340 Schnorr-Signaturen spezifiziert und BIP 341 die Ausgaberegeln von Taproot festlegt. BIP 341 wurde im Januar 2020 zugewiesen, bevor das Upgrade 2021 aktiviert wurde.
Beide Systeme basieren auf der Schwierigkeit, das Problem des elliptischen Kurven-Diskreten Logarithmus mit klassischen Computern zu lösen. Ein ausreichend leistungsfähiger Quantencomputer, der Shors Algorithmus ausführt, könnte dieses Problem lösen und private Schlüssel aus den entsprechenden öffentlichen Schlüsseln ableiten.
Forschung zu quantenresistenten Signatursystemen
Forschungen haben einige Schätzungen für die Ressourcen, die benötigt werden, um die elliptische Kurven-Kryptographie anzugreifen, verringert, was die Debatte über die Quanten-Sicherheit von Bitcoin verstärkt, obwohl bestehende Quantensysteme weit unter der kryptographisch relevanten Kapazität liegen. Forscher bewerten quantenresistente Signatursysteme, die auf Hash-Funktionen anstelle von elliptischer Kurven-Kryptographie basieren.
Die SHRINCS-Entwurfsspezifikation kombiniert einen kompakten zustandsbehafteten Signaturpfad mit einem größeren zustandslosen Fallback. Ihr aktuelles Design spezifiziert einen 48-Byte öffentlichen Schlüssel, zustandsbehaftete Signaturen von 548 bis 4.619 Bytes und eine 5.777-Byte zustandslose Signatur. Der zustandsbehaftete Pfad erfordert, dass signierende Geräte verfolgen, welche einmaligen Signaturschlüssel bereits verwendet wurden.
Ein verlorener oder beschädigter Zustand verhindert, dass die Wallet sicher durch diesen Pfad fortfahren kann, während der Fallback von SHRINCS auf Algorithmen aus dem SLH-DSA-Standard des National Institute of Standards and Technology zurückgreift, der am 13. August 2024 veröffentlicht wurde. Die zustandslose Alternative bewahrt den Zugang, verbraucht jedoch erheblich mehr Blockplatz.
Zukünftige Sicherheitsanforderungen und Herausforderungen
Fidelity Digital Assets Research beschreibt, wie ein zukünftiges quantenresistentes Bitcoin-Upgrade unterschiedliche Sicherheitsanforderungen berücksichtigen könnte:
„SHRINCS stellt einen potenziellen Weg nach vorne dar, da es sich um einen kürzlich formalisierten BIP handelt. Allerdings deuten die technischen Einschränkungen von Bitcoin und die Ineffizienzen, die mit größeren quantenresistenten Signaturen verbunden sind, darauf hin, dass eine zukünftige Lösung dem aktuellen Zustand von Bitcoin ähneln könnte.“
Die bestehenden Signaturen von Bitcoin sind weit kleiner als führende post-quanten Alternativen, was einen direkten Kompromiss zwischen zukünftiger Sicherheit und Netzwerk-Kapazität schafft. Größere Signaturen würden mehr Blockplatz verbrauchen, die Transaktionskosten während Stoßzeiten erhöhen und die Anzahl der Übertragungen, die Miner bestätigen könnten, begrenzen.
Andere Bewertungen haben ergeben, dass einige quantensichere Signatursysteme die Transaktionsdaten erheblich erweitern könnten. Die Implementierung von SHRINCS oder einem anderen quantenresistenten System würde neue Konsensregeln erfordern, möglicherweise durch einen rückwärtskompatiblen Soft Fork. Wallet-Anbieter, Miner, Knotenbetreiber, Börsen und Verwahrer müssten ebenfalls den Übergang unterstützen.
Fidelity’s Engagement in der Krypto-Debatte
Fidelity trat im Juli mit acht anderen Finanz- und Krypto-Unternehmen zusammen, um eine 15 Millionen Dollar umfassende Bitcoin-Sicherheitsinitiative zu finanzieren, die auch Quantenresistenzforschung umfasst. Fidelity, ein Finanzgigant, der 7,1 Billionen Dollar an verwalteten Vermögenswerten überwacht, hat sich in die sich intensivierende Krypto-Debatte in Washington eingeschaltet, indem es Senatoren drängt, …
