Bitcoin vs Zcash: Der Wettlauf um Quantencomputer und Datenschutz hat begonnen

[Blockmedia Reporter Ham Ji-hyun] Bitcoin (BTC) und Zcash (ZEC) konkretisieren vor dem Zeitalter der Quantencomputer unterschiedliche Überlebensstrategien. Bitcoin hat begonnen, Möglichkeiten zu prüfen, um ein quantenresistentes Signatursystem hinzuzufügen, während Zcash bereits starke Datenschutztechnologien als Kernfunktion implementiert hat und den Übergang zu einem post-quanten (PQ) System in seinen Fahrplan aufgenommen hat.

Insbesondere hat Blockstream kürzlich konkrete Pläne vorgestellt, um das quantenresistente Signatursystem 'SHRINCS' in Bitcoin zu integrieren, wodurch die Forschung zur Reaktion auf Quantencomputer von der theoretischen Phase in die tatsächliche Protokolldesignphase übergeht.

Quantenresistenz ist unerlässlich... Bitcoin nutzt SHRINCS, Zcash setzt auf 'Tachyon'

Derzeit haben sowohl Bitcoin als auch Zcash die Einschränkung, dass sie nicht über eine vollständige Quantenresistenz verfügen.

Die derzeit in Bitcoin verwendeten ECDSA- und Schnorr-Signaturen basieren auf elliptischer Kurven-Kryptographie (ECC). Wenn ein Quantencomputer mit ausreichender Leistung auftaucht und den Shor-Algorithmus ausführen kann, wäre es theoretisch möglich, den privaten Schlüssel aus dem öffentlichen Schlüssel zu berechnen. Insbesondere UTXOs, deren öffentlicher Schlüssel bereits in der Blockchain exponiert ist, könnten direkt angegriffen werden.

Das bedeutet jedoch nicht, dass Bitcoin sofort kompromittiert wird. Derzeit hat kein bekannter Quantencomputer das Niveau erreicht, um die elliptische Kurven-Kryptographie von Bitcoin tatsächlich zu untergraben. Das Problem ist, dass es Jahre dauern kann, bis ein global verteiltes Netzwerk wie Bitcoin auf ein neues Kryptosystem umschaltet.

Blockstream ist sich ebenfalls bewusst, dass es ungewiss ist, wann oder ob Quantencomputer tatsächlich erscheinen werden, aber da der Übergang des Kryptosystems von Bitcoin viel Zeit in Anspruch nehmen wird, ist es notwendig, sich vorzubereiten, bevor die Bedrohung Realität wird.

Blockstream Research entwickelt SHRINCS als Lösung.

SHRINCS ist ein quantenresistentes Signaturverfahren, das auf der Sicherheit von Hash-Funktionen basiert, nicht auf dem elliptischen Kurvenproblem. Blockstream hat sich darauf konzentriert, die Größe im Vergleich zu bestehenden post-quanten Signaturen zu reduzieren, da der Blockraum in Bitcoin begrenzt ist und die Signaturgröße direkt mit den Kosten verbunden ist.

Laut dem Vorschlag beträgt die Signaturgröße von SHRINCS mindestens 548 Bytes, was etwa dem Neunfachen der 64 Bytes der derzeit in Bitcoin weit verbreiteten Schnorr-Signatur entspricht. Dennoch ist es relativ kleiner als andere quantenresistente Signatursysteme wie SPHINCS+, die vom National Institute of Standards and Technology (NIST) genehmigt wurden.

Der Leistungsunterschied ist ebenfalls wichtig. Der Vorschlag schätzt, dass die Transaktionsrate von Bitcoin bei Anwendung von SHRINCS bei etwa 3 TPS liegen wird, was nicht wesentlich von dem aktuellen Niveau abweicht. Im Gegensatz dazu könnte die Anwendung einiger NIST-genehmigter quantenresistenter Algorithmen die Transaktionsrate auf 0,36 bis 0,5 TPS senken.

SHRINCS bleibt nicht nur ein theoretischer Vorschlag. Blockstream hat bereits SHRINCS-basierte post-quanten Signaturtransaktionen in der Bitcoin-Sidechain Liquid in einer realen Umgebung getestet. Allerdings ist der Sicherheitsnachweis noch nicht ausreichend, sodass weitere Analysen und externe Überprüfungen erforderlich sind.

Die Bitcoin-Community diskutiert auch unabhängig davon, dass bestehende ECDSA- und Schnorr-Signaturen schrittweise zurückgezogen werden, vorausgesetzt, dass in Zukunft post-quanten Ausgabemethoden eingeführt werden. Nach einer bestimmten Zeit sollen keine neuen Bitcoins mehr an Adressen gesendet werden, die anfällig für Quantenangriffe sind, und später sollen auch Ausgaben von Coins, die durch bestehende Signaturen geschützt sind, eingeschränkt werden.

Zcashs Kern-Privatsphäre-Protokoll Orchard ist ebenfalls nicht gegen Quantenangriffe sicher, da es die Pallas-Vesta elliptische Kurve verwendet. Zcash arbeitet jedoch an einem nächsten Projekt, um sich auf die Bedrohung durch Quantencomputer vorzubereiten.

Durch das Projekt 'Tachyon' entwirft Zcash ein neues Shield-Protokoll, das sich von dem bestehenden Orchard unterscheidet. Insbesondere wird eine Kombination aus Private Information Retrieval (PIR) und post-quanten Schlüsselübergabe entwickelt, um die Privatsphäre auch im Zeitalter der Quantencomputer zu schützen und gleichzeitig die Skalierbarkeit zu erhalten.

Das Konzept der 'quantum-recoverable' von Zcash ist genau aus diesem Grund entstanden. Es bedeutet nicht, dass das gesamte System immun gegen Quantenangriffe ist, sondern dass ein Weg geschaffen wird, um Vermögenswerte sicher in ein sicheres Kryptosystem zurückzuholen oder zu übertragen, wenn die Bedrohung in der Zukunft Realität wird.

Das heißt, Zcash behandelt die Bedrohung durch Quanten nicht nur als ein Problem der Signaturmethoden, sondern als eine Frage des Übergangs zu einem nächsten Kryptosystem, das auch Wallets und Datenschutzprotokolle umfasst, was es einen Schritt weiter als Bitcoin bringt.

Der Ausgangspunkt der Privatsphäre ist grundlegend unterschiedlich... BTC ist 'öffentlich', ZEC ist 'versteckt'

Obwohl beide Seiten im Hinblick auf Quantenresistenz noch im Übergangsprozess sind, ist der Ausgangspunkt in Bezug auf die Privatsphäre grundlegend unterschiedlich.

Die Blockchain von Bitcoin ist grundsätzlich öffentlich. Adressen sind nicht mit realen Namen gekennzeichnet, aber jeder kann sehen, wie viel von welcher Adresse zu welcher Adresse bewegt wurde. Insbesondere wenn die KYC-Informationen von Börsen oder öffentliche Wallet-Adressen mit On-Chain-Daten verbunden werden, können Geldflüsse durch Blockchain-Analysen verfolgt werden.

Daher hat sich Bitcoin auch in Richtung einer Verstärkung der Datenschutzfunktionen entwickelt. Ein Beispiel dafür ist Taproot, das 2021 aktiviert wurde, und das komplexe Ausgabebedingungen nicht vollständig in der Blockchain offenlegt, sondern nur die tatsächlich verwendeten Bedingungen zeigt, um die Offenlegung der Transaktionsstruktur zu reduzieren. Darüber hinaus wird die Kommunikation zwischen Knoten durch die BIP-324 basierte v2 P2P-Übertragungsfunktion verschlüsselt, um es Netzwerküberwachern zu erschweren, den ursprünglichen Verbreitungsort bestimmter Transaktionen oder die Kommunikationsinhalte der Knoten zu erkennen. Technologien wie Tor können ebenfalls verwendet werden, um die Privatsphäre weiter zu erhöhen.

Dies ist jedoch immer noch eine Methode, die darauf abzielt, das öffentliche Hauptbuch von Bitcoin aufrechtzuerhalten und die Offenlegung von Metadaten oder die Möglichkeit der Transaktionsverfolgung zu minimieren, was es grundlegend von Zcash unterscheidet, das Privatsphäre als grundlegende Funktion integriert hat.

Zcash hat von Anfang an Privatsphäre als Kernfunktion verankert.

Derzeit verwendet der zentrale Orchard Shield Pool 'Halo 2 basierte zk-SNARKs'. Nutzer können nachweisen, dass eine Transaktion gültig ist, die den Konsensregeln von Zcash entspricht, ohne sensible Transaktionsinformationen offenzulegen. Bei dem NU5-Upgrade 2022 wurden Orchard und Halo 2 eingeführt. Im vorherigen System der Zero-Knowledge-Beweise musste man darauf vertrauen, dass die geheimen Informationen, die während des Prozesses zur Erstellung der anfänglichen kryptografischen Parameter generiert wurden, vollständig verworfen wurden, aber Halo 2 implementiert eine Struktur, die diese 'trusted setup' nicht benötigt. Das bedeutet, dass die Struktur des vorherigen Zero-Knowledge-Beweissystems, das ursprünglich geheime Werte erzeugen musste, die verworfen werden sollten, grundlegend geändert wurde.

Dies reduziert theoretische Angriffswege, die zu ZEC-Fälschungen führen könnten, und ermöglicht flexiblere zukünftige Upgrades des Kryptosystems. Auch die Einführung von Unified Addresses erleichtert es Wallets, den neuesten Shield Pool zu nutzen.

Letztendlich ist die Datenschutzstrategie von Bitcoin darauf ausgerichtet, 'das öffentliche Hauptbuch aufrechtzuerhalten, während die Offenlegung unnötiger Informationen minimiert wird', während Zcash einen Ansatz verfolgt, der 'Transaktionsinformationen kryptografisch verbirgt und nur die Gültigkeit beweist'.

Dies steht im Einklang mit der Argumentation von Grayscale, die Zcash als potenziellen Konkurrenten von Bitcoin positioniert. Grayscale stellt fest, dass Bitcoin etwa 93 % der Marktkapitalisierung im Währungsbereich ausmacht und über einen überwältigenden Netzwerkeffekt verfügt, aber in einer Umgebung, in der KI-gestützte Blockchain-Analysen und Quantencomputer aufkommen, könnte Zcash, das aktiv auf finanzielle Privatsphäre und nächste Kryptotechnologien reagiert, die Vorteile eines 'Second Movers' haben. Dies ist ein Argument, dass Funktionen, die bei der Entstehung von Bitcoin relativ unwichtig waren, zu neuen Wettbewerbsvorteilen werden könnten.

Galaxy Research hat ebenfalls die Datenschutzstrategie von Zcash positiv bewertet. Lucas Cheyan, Vizepräsident von Galaxy Research, bezeichnete in einem Bericht Ende Juli die Reaktion des Zcash-Entwicklungsteams, das etwa zwei Monate nach der Entdeckung von Schwächen im Orchard formale Verifikationen für den Ironwood Pool und eine quantenwiederherstellbare Struktur eingeführt hat, als "beeindruckend". Insbesondere stellte Galaxy fest, dass es für Institutionen schwierig ist, Handelsstrategien und Vermögenswerte im öffentlichen Hauptbuch offenzulegen, und analysierte, dass "Privatsphäre nicht mehr nur eine Kategorie digitaler Vermögenswerte ist, sondern eine grundlegende Anforderung der Basisschicht wird".

Zcash hat einen Vorteil in der Privatsphäre gegenüber Bitcoin, aber es gibt 'Regulierungsdruck'

Der technische Vorteil von Zcash bedeutet nicht sofort eine höhere Wettbewerbsfähigkeit im Vergleich zu Bitcoin.

Datenschutztechnologien erhöhen die Komplexität und auch die Belastung für Regulierungsbehörden und Börsen. Insbesondere aufgrund der Schwierigkeit, Geldflüsse zu verfolgen, sind Datenschutzmünzen ständig in Konflikt mit Anti-Geldwäsche (AML)-Regulierungen.

Es gibt auch technische Risiken. Komplexe Zero-Knowledge-Beweissysteme können während des Implementierungsprozesses unerwartete Schwachstellen aufweisen, und es ist eine kontinuierliche Sicherheitsüberprüfung erforderlich. Man muss ein viel komplexeres Kryptosystem aufrechterhalten und überprüfen, um starke Privatsphäre zu erlangen.

Im Gegensatz dazu hat Bitcoin eine relativ einfache und bewährte Kryptostruktur sowie ein transparentes Hauptbuch beibehalten. Die Kultur, neue Funktionen vorsichtig einzuführen, ist zwar aus sicherheitstechnischer Sicht vorteilhaft, kann jedoch bei der Notwendigkeit, bestehende Kryptosysteme wie Quantencomputer zu ersetzen, die Geschwindigkeit des Übergangs verlangsamen.

Betrachtet man nur das aktuelle technische Niveau, so ist Zcash in Bezug auf die Privatsphäre im Vorteil, aber in Bezug auf Quantenresistenz hat noch keine der beiden Seiten den Abschluss erreicht. Bitcoin testet Technologien wie SHRINCS in einer echten Sidechain und sucht nach Möglichkeiten, auf das Mainnet zu wechseln, während Zcash sich in Richtung der Integration quantenwiederherstellbarer Strukturen und post-quanten Technologien in das nächste Datenschutzprotokoll bewegt.

Letztendlich liegt der Unterschied zwischen den beiden Blockchains in der Geschwindigkeit, mit der ein 'Kryptosystemwechsel' zur Vorbereitung auf die Bedrohung durch Quantencomputing erfolgt. Während Bitcoin vorsichtig vorgehen muss, um den über 17 Jahre angesammelten Netzwerkeffekt aufrechtzuerhalten, kann Zcash als Nachzügler relativ flexibel die neuesten Technologien einführen.

Experten weisen darauf hin, dass die Geschwindigkeit des Übergangs ein größeres Problem sein könnte als die Kryptotechnologie selbst in der Reaktion von Bitcoin auf Quanten. Deutsche Digital Assets analysierten letzten Monat, dass "der Kern der Behauptung, dass Bitcoin (gegen Quantencomputing-Angriffe) besonders anfällig ist, das Problem der Geschwindigkeit der Governance von Bitcoin ist" und dass "im Gegensatz zu zentralisierten Finanzinstitutionen Bitcoin ein breites Netzwerk-Konsens benötigt, um das Kryptosystem zu ersetzen".

Dan Boneh, Professor für Kryptographie an der Stanford University, schätzte ebenfalls, dass der Übergang von Bitcoin zur Quantenresistenz mit erheblichen Kosten verbunden sein wird. In einem im August veröffentlichten Gespräch sagte Professor Boneh, dass "die Signaturkosten um das Zehnfache steigen würden", wenn man auf hashbasierte Signaturen der SHRINCS-Reihe umsteigt, und dass noch nicht entschieden wurde, wie das Problem der Blockgrößen gelöst werden kann.

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