Post-Quanten-Bitcoin-Schutz: QuFi testet den Schutz von Bitcoin ohne Änderungen an der Blockchain

Der Post-Quanten-Schutz von Bitcoin durch QuFi Network zeigt, wie digitale Vermögenswerte auf zukünftige Quantenrisiken vorbereitet werden können, ohne bereits funktionierende Abrechnungssysteme neu zu schreiben. Das Unternehmen hat eine Plattform für die post-quanten Verifizierung gestartet und deren Funktionalität im Bitcoin Testnet4 demonstriert. Das grundlegende Prinzip dieses Schutzes besteht darin, im Voraus anfällige kryptografische Elemente durch robustere Schemen zu ersetzen oder zu ergänzen, ohne den Betrieb des Netzwerks und der Wallets zu stören.

Überprüfung außerhalb der Blockchain

Die Hauptidee von QuFi Network besteht darin, die Blockchain nicht die gesamte schwere kryptografische Arbeit verrichten zu lassen. Die Plattform trennt die Überprüfung der Transaktion von ihrer endgültigen Ausführung: Unabhängige Knoten führen im Voraus eine kryptografische Überprüfung durch und übermitteln dann einen kompakten Beweis an das Netzwerk.

Dieser Ansatz soll die Belastung der Basissysteme verringern, falls sie auf post-quanten Kryptografie umsteigen müssen. Post-quanten Schemen erfordern oft mehr Daten, Berechnungen und Ressourcen als herkömmliche Mechanismen der Public-Key-Kryptografie, weshalb die direkte Einbettung neuer Signaturen in jede Blockchain die Anforderungen an Speicherung, Bandbreite und Transaktionsverarbeitung erhöhen könnte. Neben der Belastung könnte die Migration auch auf die Kompatibilität von Wallets, Börsen, Brücken und Knoten stoßen: Benutzer müssten ihre Werkzeuge aktualisieren, Schlüssel sorgfältig übertragen und Fehler beim Übergang zu neuen Formaten vermeiden.

QuFi Network stützt sich auf Standards, die im Rahmen der Initiative des National Institute of Standards and Technology (NIST) entwickelt wurden. NIST fungiert in diesem Bereich als Koordinator für die Standardisierung: Es sammelt Kandidaten, öffnet sie für öffentliche Kryptoanalysen, vergleicht deren Robustheit und Praktikabilität und genehmigt dann die ausgewählten Algorithmen als Standards.

Wenn man die von QuFi Network verwendeten Schemen nach Rollen aufschlüsselt, ergibt sich folgendes Bild:

• ML-DSA-65 --- Gitterkryptografie; digitale Signatur; NIST-Standardisierung.
• SLH-DSA --- Hash-Signaturen; zusätzliche digitale Signaturschemata; NIST-Standardisierung.
• ML-KEM-1024 --- Gitterkryptografie; sicherer Schlüsselaustausch; NIST-Standardisierung.
• Kyber --- Maßstab für den post-quanten Schlüsselaustausch im gleichen Bereich.

Unter den bekannten Familien von post-quanten Algorithmen werden auch häufig Dilithium, Falcon und SPHINCS+ genannt. Dilithium und Falcon gehören zu den Gitter-Signaturen: Ihre Robustheit basiert auf Problemen, die als schwierig für Quantenangriffe gelten. SPHINCS+ verwendet Hash-Signaturen und basiert nicht auf Gittern, erfordert jedoch in der Regel schwerere Signaturen und eine sorgfältige Abstimmung.

Wie QuFi Network das System auf Bitcoin getestet hat

Zur Demonstration hat das Team uBTC erstellt --- einen Proof-of-Concept, der das Vorhandensein von BTC als Sicherheit überprüft und kryptografische Beweise für die anschließende Übertragung von Werten generiert. Der vollständige Zyklus von uBTC umfasst Ausgabe, Verbrennung und Einlösung.

All dies funktioniert im Bitcoin Testnet4. Bei der Einlösung werden die Mittel letztendlich durch eine reguläre Bitcoin-Transaktion gesendet, die unabhängig im Netzwerk überprüft werden kann. Das Protokoll der ersten Kryptowährung wurde dabei nicht verändert.

Hier verläuft die entscheidende Grenze zwischen dem Ansatz von QuFi Network und den Versuchen, einen post-quanten Algorithmus direkt in die Blockchain einzubetten. Einige post-quanten Signaturen sind deutlich größer als traditionelle, was die Anforderungen an Speicher, Kommunikationskanäle und die Verarbeitung von Transaktionen an Knoten erhöhen kann. Unter anderen Ansätzen zum Schutz von Bitcoin werden in der Regel die Aktualisierung der Signaturregeln auf Protokollebene, hybride Schemen mit klassischer und post-quanten Kryptografie, zusätzliche Überprüfungsschichten und eine vorsichtigere Schlüsselverwaltung in Wallets betrachtet.

Warum die Quantenbedrohung für den Kryptomarkt wichtig ist

Post-Quanten-Kryptografie ist eine Sammlung von Algorithmen, die auch gegen Angriffe mit leistungsstarken Quantencomputern resistent bleiben sollen. Sie ist wichtig, weil ein Teil der klassischen Schutzschemata auf mathematischen Problemen basiert, die Quantenalgorithmen theoretisch viel schneller lösen können als herkömmliche Computer.

Es geht um ein Szenario, das in der Branche als Quantenbedrohung bezeichnet wird. Quantencomputing verändert das Risikomodell für die Computersicherheit: Ein ausreichend leistungsfähiger Computer mit stabilen physischen und logischen Qubits könnte theoretisch eine Reihe klassischer Schemata angreifen, einschließlich RSA durch Faktorisierung ganzer Zahlen und elliptische Kurven-Kryptografie durch diskrete Logarithmen. In diesem Zusammenhang wird oft der Shor-Algorithmus, Qubits, Kryptoanalyse und Logarithmen erwähnt.

Eine praktische Bedrohung für alte Schemata werden solche Computer nicht nur nach einer Zunahme der Qubits, sondern erst, wenn stabile logische Qubits, funktionierende Fehlerkorrekturen, verfügbare Rechenleistungen und eine effektive Implementierung von Angriffsalgorithmen vorhanden sind. Daher werden die Fristen normalerweise als langfristig und abhängig vom Fortschritt in Hardware, Ingenieurwesen und Kryptoanalyse beschrieben, aber die Vorbereitung beginnt frühzeitig: Der Austausch von Kryptografie in Wallets, Protokollen und finanzieller Infrastruktur benötigt viel Zeit.

Für Kryptowährungen sind mehrere Schutzebenen entscheidend:

• Signaturen.
• Schlüsselverwaltung.
• Authentifizierung.
• Vertraulichkeit.
• Schutz von Kryptowährungs-Wallets.
• Zertifikate für öffentliche Schlüssel.
• Kommunikationsprotokolle.
• Kryptografische Protokolle.
• Schlüsselaustausch.
• Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch.

Eine Schwachstelle auf einer dieser Ebenen kann Wallets, Kommunikationskanäle und kryptografische Protokolle betreffen. Ein separates Risiko ist bekannt als Harvest now, decrypt later: Ein Angreifer sammelt im Voraus verschlüsselte Daten, um sie später zu entschlüsseln, wenn die geeignete Hardware verfügbar ist. Der Schutz vor einem solchen Szenario basiert auf dem Übergang zu post-quanten oder hybriden Verschlüsselungsschemata, regelmäßigen Aktualisierungen der Protokolle, der Verkürzung der Lebensdauer sensibler Daten und einer sorgfältigen Schlüsselrotation.

Der Übergang zur post-quanten Kryptografie sollte frühzeitig begonnen werden: Digitale Vermögenswerte müssen nicht nur heute, sondern auch dann geschützt bleiben, wenn Quantenangriffe zu einem praktischen Risiko werden.

Vor diesem Hintergrund bleibt die Verschlüsselung eine mehrschichtige Aufgabe. Symmetrische Methoden wie der Advanced Encryption Standard und symmetrische Algorithmen gelten als eine eigene Schutzklasse, während kryptografische Hash-Funktionen helfen, Beweise und Prüfprotokolle zu erstellen. In der Infrastruktur können auch Hardware-Sicherheitsmodule und Zero-Knowledge-Proofs eingesetzt werden, aber das QuFi-Netzwerk legt besonderen Wert auf eine separate Schicht der post-quanten Verifizierung für verschiedene Netzwerke.

Bislang handelt es sich um eine Testumgebung und nicht um einen Schutz des Hauptnetzwerks

Es ist noch zu früh, um von einem vollständigen post-quanten Schutz für Bitcoin zu sprechen: Der Test fand im Testnetz und nicht im Hauptnetz statt. Das QuFi-Netzwerk plant, die Lösung auf EVM-Netzwerken, Stellar und Solana auszudehnen.

Bitcoin-Nutzer müssen derzeit das Protokoll nicht selbst ändern oder Mittel in experimentelle Schemata überweisen. Praktische Schritte sind einfacher: Wallet-Updates verfolgen, Seed-Phrasen und Schlüssel sicher aufbewahren, öffentliche Schlüssel nicht unnötig offenlegen, wenn möglich keine großen Beträge lange auf Adressen halten, von denen bereits Transaktionen abgegangen sind, und sich auf die Migration vorbereiten, wenn bewährte Lösungen in den Haupt-Wallets verfügbar sind.

Das Unternehmen hat auch ein Genesis Node-Programm für Betreiber eröffnet, die das dezentrale Verifizierungsnetz unterstützen werden. In Zukunft plant das QuFi-Netzwerk, eine einheitliche Verifizierungsschicht für mehrere Blockchains und Finanzsysteme zu nutzen.

Im August hat StarkWare bereits die erste quantensichere Transaktion im Bitcoin-Hauptnetz durchgeführt. An umfangreicheren Forschungen zu diesem Thema beteiligen sich verschiedene Marktteilnehmer und technologische Akteure, darunter Google, die Ethereum Foundation und Coinbase. Für andere Netzwerke beginnt die Vorbereitung normalerweise mit Testnetzen, der Überprüfung neuer Signaturen, hybriden Schemen und der Aktualisierung von Wallets, da die Widerstandsfähigkeit gegen Quantenrisiken allmählich Teil der langfristigen Agenda für Kryptowährungen und die Infrastruktur digitaler Vermögenswerte wird.