Coinbase entwickelt Post-Quantum-Sicherheitsmaßnahmen für die Verwahrung, die eine breite Palette von Signaturschemata unterstützen sollen, wie der Leiter der Kryptografie der Kryptobörse, Yehuda Lindell, mitteilte.

Falls ein kryptografisch relevanter Quantencomputer eines Tages zu einer aktiven Bedrohung für die Sicherheit von Bitcoin wird, möchte Coinbase Schutzmaßnahmen bereits etabliert haben – bereit für jede Richtung, die Bitcoin und andere digitale Assets einschlagen, so Lindell. Die Sorge ist in den Grundlagen von Bitcoin verwurzelt: Das Netzwerk sichert Transaktionen mit elliptischen Kurvensignaturen ab – eine Konstruktion, die ein ausreichend leistungsstarker Quantencomputer theoretisch brechen könnte, indem er private Schlüssel aus on-chain offengelegten öffentlichen Schlüsseln ableitet.

In einem kürzlichen Auftritt bei MARA Foundation TV erklärte Lindell der Moderatorin Isabel Foxen Duke, dass die Post-Quantum-Schutzmaßnahmen des Unternehmens so konzipiert sind, dass sie jede potenzielle Form technischer Neugestaltung unterstützen. Derzeit ist noch unklar, welches-Quantum-Signaturschema Bitcoin in der Praxis einführen wird. Die Normungsgremien sind der Blockchain bereits vorausgeeilt: Das US-amerikanische National Institute of Standards and Technology hat 2024 seine ersten Post-Quantum-Signaturstandards finalisiert, die gitterbasierte und hash-basierte Entwürfe umfassen.

„Es ist unwahrscheinlich, dass es ein einziges Signaturschema geben wird, das alle verwenden werden", sagte Lindell mit Blick auf die Standards, die die verschiedenen Netzwerke letztlich übernehmen werden. „Das bedeutet, dass wir auf die unterschiedlichen Ergebnisse auf verschiedenen Blockchains vorbereitet und bereit sein müssen."

Warum Multi-Party Computation vor einem Quantenproblem steht

Coinbase, das rund 250 Milliarden Dollar für Institutionen wie BlackRock verwahrt, hat jahrelang seine Verwahrungsverfahren verfeinert. Jetzt bereitet sich das Unternehmen auf eine Welt vor, in der ein Eckpfeiler dieser Vereinbarung schwieriger wird – im Fall von Bitcoin sogar undurchführbar sein könnte: Multi-Party Computation (MPC).

Ähnlich wie Bitcoins Multi-Signature-Setups ermöglicht MPC verschiedenen Parteien, unterschiedliche „Anteile" eines privaten Schlüssels zu halten, sodass mehrere Unterzeichner Transaktionen ausführen können, ohne vollständige private Schlüssel auf einem einzelnen Gerät offenzulegen. Während Bitcoins native Skriptsprache es Nutzern erlaubt, Multi-Signature-Setups zu erstellen, indem Quorum-Regeln direkt on-chain durchgesetzt werden, arbeitet MPC off-chain mit bestimmten kryptografischen Funktionen. Da ein erforderliches Quorum von Schlüsselanteilen jede Transaktion signiert, wird der vollständige Schlüssel nie an einem einzigen Ort zusammengesetzt, wodurch ein Single Point of Failure effektiv vermieden wird.

Da sich Bitcoin auf die Post-Quantum-Ära vorbereitet, wächst jedoch die Sorge unter Experten, dass nicht alle Post-Quantum-Signaturschemata „MPC-freundlich" sein werden. Insbesondere hash-basierte Signaturen dürften der arithmetischen Struktur entbehren, die die herkömmliche kryptografische Schlüsselaufteilung erst ermöglicht. Genau dieser Mangel an mathematischer Struktur ist der Grund, warum angenommen wird, dass hash-basierte Signaturen gegen Quantenbedrohungen sicher sind – er erschwert jedoch auch den Aufbau von MPC-Infrastruktur.

„MPC-Freundlichkeit oder Nicht-MPCreundlichkeit macht einen sehr großen Unterschied", erklärte Lindell.

Bis vor kurzem galt die Ausführung von MPC mit hash-basierten Signaturen als unmöglich. Führende Kryptografen wie Dan Boneh forschen nun aktiv an möglichen Lösungen, wie in der kürzlich erschienenen "PRAWNS"-Studie dargelegt. Die Forschung befindet sich jedoch noch in einer hochgradig experimentellen Phase, und es ist weiterhin unklar, ob ein praktikables MPC-ähnliches Schema für hash-basierte Signaturen entwickelt werden kann.

Bedenken hinsichtlich hash-basierter Signaturen wurden auch von Wallet-Entwicklern geäußert, darunter Ledger-CTO Charles Guillemet.

Der Hardware-Fallback

Falls Bitcoin ein Post-Quantum-Schema einführt, das mit MPC unvereinbar ist, erforscht Coinbase eine Fallback-Architektur, die auf programmierbaren Hardware Security Modules (HSMs) basiert – digitalen Tresoren für verschlüsselte Schlüssel in privaten Rechenzentren.

Nach dieser Regelung würden private Schlüssel mit Post-Quantum-Kryptografie verschlüsselt und ausschließlich innerhalb eines physisch gesicherten HSM zusammengesetzt. Einen vollständigen Schlüssel an einem Ort zu halten – auch nur vorübergehend – ist theoretisch weniger sicher als herkömmliches MPC, doch ein HSM bietet innerhalb dieser Einschränkungen starken Schutz. Lindell wies darauf hin, dass die strengen physischen Side-Channel-Schutzmaßnahmen und die strikte Kontrolle von Code-Uploads sein Vertrauen in diesen Aufbau stützen.

Angesichts der Unsicherheit über ein potenzielles Post-Quantum-Upgrade für Bitcoin gestaltet Coinbase seine Verwahrungsarchitektur agnostisch und anpassungsfähig gegenüber jedem Signaturschema, das Bitcoin in den kommenden Jahren einführen wird, so Lindell. Jede Änderung der Signaturregeln von Bitcoin müsste letztlich den Konsensprozess des Netzwerks durchlaufen – eine Hürde, die historisch gesehen Jahre dauert. Genau deshalb bauen Verwahrer Flexibilität ein, bevor eine technische Richtung festgelegt ist.

Der Zeitplan zur Fertigstellung der Post-Quantum-Sicherheitsmaßnahmen von Coinbase bleibt ungewiss. Nach Abschluss werde er jedoch, so Lindell weiter, sagen können: „Ich kann alles unterstützen. Wir haben keine Angst dass eine Blockchain beschließt, etwas zu verwenden, das wir einfach nicht werden unterstützen können."

Dieser Artikel wurde ursprünglich von André Beganski verfasst, einem Senior Content Manager bei MARA Foundation, der Inhalte zu Themen wie der Schnittstelle von Quantencomputer und Kryptografie erstellt und zuvor für Decrypt gearbeitet hat.