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Forscher bei Blockstream, einem Bitcoin-Infrastrukturunternehmen, dessen Ingenieure seit über einem Jahrzehnt zur Kernsoftware der Bitcoin-Blockchain beitragen, veröffentlichten am Donnerstag einen Vorschlagfür SHRINCS, eine Methode zur Signierung von Bitcoin-Transaktionen, die quantencomputerresistent sein könnte, ohne die Anzahl der Transaktionen, die in einen Block passen, deutlich zu reduzieren.
Bitcoin weist den Eigentumserwerb mithilfe digitaler Signaturen nach, die auf einem Teilgebiet der Mathematik basieren, das als elliptische Kurvenkryptographie bekannt ist. Diese Signaturen ermöglichen es einer Person, nachzuweisen, dass sie den privaten Schlüssel besitzt, der ihre Bitcoin kontrolliert, ohne den Schlüssel selbst preiszugeben.
Es wird jedoch theorisiert, dass ein ausreichend leistungsstarker Quantencomputer, der Shors Algorithmus aus dem Jahr 1994 ausführt – das Verfahren, mit dem eine Quantenmaschine mathematische Probleme lösen kann, für die herkömmliche Computer Millionen von Jahren benötigen würden – schließlich diesen Schutz brechen könnte.
Ein solches System könnte rückwärts von einem auf der Blockchain sichtbaren öffentlichen Schlüssel arbeiten, um den privaten Schlüssel zu berechnen, was einem Angreifer ermöglichen würde, eine Signatur zu fälschen und die Coins auszugeben.
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Eine große Menge an Bitcoin befindet sich bereits an Adressen, bei denen öffentliche Schlüssel offengelegt wurden, entweder aufgrund der Konstruktion älterer Adressen oder weil Coins von ihnen zuvor ausgegeben wurden. Dies umfasst über 1,1 Millionen Bitcoin, die dem pseudonymen Schöpfer des Netzwerks, Satoshi Nakamoto, gehören, wie CoinDesk berichtete im Juli.
Lösung für das Größenproblem
Der Ersatz dieser Signaturen stößt auf ein Größenproblem. Post-quantum-Signaturen, die vom U.S. National Institute of Standards and Technology (NIST) standardisiert wurden, können um ein Vielfaches größer sein als die Signaturen, die Bitcoin heute verwendet, und Bitcoin-Blöcke haben begrenzten Platz, sodass größere Signaturen weniger Raum für Transaktionen lassen.
Blockstream schätzte, dass Bitcoin etwa 6,5 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten könnte, wenn jede Transaktion die heutigen kompakten Schnorr-Signaturen verwendete, und auf etwa 0,36 mit SLH-DSA, dem hash-basierten Verfahren, das vom NIST standardisiert wurde, sinken würde.
SHRINCS bringt dies auf ungefähr drei Transaktionen pro Sekunde zurück. Seine Signaturen beginnen bei etwa 324 Bytes, verglichen mit 64 Bytes bei Schnorr, und wachsen um rund 16 Bytes jedes Mal, wenn ein Schlüssel verwendet wird, wobei die Konfiguration drei Transaktionen pro Sekunde mit 580-Byte-Signaturen erreicht.
Daher verursacht eine fünffach größere Größe nicht das fünffache Volumen, da SegWit, ein Upgrade aus dem Jahr 2017, dem Teil einer Transaktion, der Signaturen enthält, einen Abschlag gewährt.
SHRINCS basiert auf SHA-256, derselben Hash-Funktion, die bereits im gesamten Bitcoin-Netzwerk verwendet wird, einschließlich seines Mining-Systems. Das bedeutet, dass die Sicherheit nicht davon abhängt, eine völlig neue zugrunde liegende mathematische Annahme einzuführen.