Googles neueste Quantencomputer-Ergebnisse haben eine langfristigere Frage für Bitcoin verschärft: Welche Bestände wären zuerst exponiert, wenn kryptografisch relevante Quantenhardware funktionsfähig wird, und wie könnten deren Besitzer migrieren?

In einer Ankündigung vom 15. Oktober teilte Google Quantum AI mit, dass sein Willow-Prozessor bei der Erzeugung spezialisierter Quantenzustände die Fehlerquote um rund das 40-Fache reduziert hat. Das Experiment betrifft eine einzelne Komponente eines fehlertoleranten Quantencomputers, nicht das vollständige System, das für einen Angriff auf Bitcoin digitale Signaturen erforderlich wäre.

Was Willow demonstriert hat

Die Studie "Magic state cultivation on a superconducting quantum processor" untersucht, wie Ressourcen vorbereitet werden, die für Operationen außerhalb des Basisumfangs benötigt werden, den viele fehlerkorrigierende Architekturen unterstützen. Diese Ressourcen sind als Magic States bekannt.

Magic States werden verbraucht, wenn ein Quantencomputer bestimmte Operationen ausführt. Eine lange und komplexe Berechnung erfordert daher eine kontinuierliche Versorgung mit zuverlässigen Zuständen – zusätzlich zur Hardware, die die Berechnung ausführt.

Der Kultivierungsprozess beginnt mit einem unvollkommenen Zustand und nutzt koordinierte Prüfungen, um qualitativ hochwertigere Ergebnisse zu erhalten. Die Forschenden berichteten von einer logischen Zustandsfideliät von etwa 99,99 % und rund 40-mal weniger Fehlern als ihre Baseline durch Zustandsinjektion.

Mit diesem Ergebnis war ein wichtiger Kompromiss verbunden. Nach dem Auswahlprozess, einschließlich der während Präparation und Messung durchgeführten Prüfungen, blieben etwa 8 % der Versuche übrig. Die berichtete Fideliät beschreibt daher die erhaltenen Zustände und nicht die Ausgaberate einer vollständigen Maschine, die durchgehend eine große Berechnung ausführt.

Daher sollte die Ankündigung nicht als 40-fache Reduzierung der Ressourcen interpretiert werden, die für einen Angriff auf Bitcoin erforderlich wären. Willow hat gezeigt, dass die Präparationsmethode auf Hardware funktioniert, doch der Aufbau eines fehlertoleranten Computers, der die erforderliche Qualität, Skalierung und den erforderlichen Durchsatz für die kryptografische Schlüsselrekonstruktion aufrechterhalten kann, bleibt eine wesentlich größere Aufgabe.

Öffentliche Schlüssel, die bereits on-chain sichtbar sind, wären das erste Risiko

Bitcoin verwendet digitale Signaturen, um nachzuweisen, dass eine Transaktion autorisiert ist. Der Besitzer signiert mit einem privaten Schlüssel, während das Netzwerk die Signatur anhand des entsprechenden öffentlichen Schlüssels verifiziert.

Ein ausreichend leistungsfähiger Quantencomputer, der Shors Algorithmus ausführt, könnte theoretisch aus einem öffentlichen Schlüssel den privaten Schlüssel ableiten und dann eine gültige Signatur erzeugen. Ein sol Angriff würde nicht erfordern, dass der Angreifer eine Hardware-Wallet stiehlt, einen Computer kompromittiert oder eine Wiederherstellungsphrase erlangt.

Die Zeitspanne, für die ein öffentlicher Schlüssel sichtbar bleibt, ist für das Risiko entscheidend. Ein Langzeit-Expositionsangriff zielt auf einen Schlüssel ab, der bereits auf der Blockchain verfügbar ist, und gibt einem künftigen Angreifer beliebig viel Zeit für den Versuch der Schlüsselrekonstruktion. Ein Kurzzeit-Expositionsangriff beginnt, nachdem ein öffentlicher Schlüssel in einer auf Bestätigung wartenden Transaktion erscheint, und lässt ein deutlich engeres Zeitfenster.

Viele frühe Mining-Belohnungen verwendeten Pay-to-Public-Key-Outputs, die den öffentlichen Schlüssel offenlegen, während die Coins unverbraucht bleiben. Ihre Exposition ergibt sich aus den Ausgabebedingungen, nicht allein aus dem Alter der Coins. Auch moderne Bestände können einem Langzeit-Expositionsrisiko ausgesetzt sein, wenn ihr Schlüssel in einer früheren Transaktion offengelegt wurde oder wenn sie Taproot-Outputs verwenden.

Die Taproot-Spezifikation verwendet einen öffentlichen Output-Schlüssel, der direktes Signieren-basiertes Ausgeben unterstützt. Das macht Taproot heute nicht unsicher. Es bedeutet jedoch, dass ein neueres Adressformat die für einen möglichen künftigen quantenkryptografischen Schlüsselrekonstruktionsangriff relevanten Informationen zum öffentlichen Schlüssel nicht automatisch verbirgt.

Cold Storage bleibt gegenüber gewöhnlichem Diebstahl wertvoll, da es private Schlüssel vor Online-Kompromittierung schützt. Es entfernt keinen öffentlichen Schlüssel, der bereits auf der Blockchain veröffentlicht wurde.

Ein künftiger Angriff würde eine Maschine weit jenseits von Willow erfordern

Eine separate, von Google geleitete Ressourcenstudie beschreibt, was ein künftiger Angriff auf Bitcoin Signaturen über elliptische Kurven unter bestimmten Annahmen erfordern könnte. Es ist keine Beschreibung der demonstrierten Fähigkeiten von Willow. Derartige Ressourcenschätzungen übersetzen die Quantenbedrohung in konkrete Hardwareanforderungen und geben Entwicklern und Forschern messbare Benchmarks, die sie bei der Weiterentwicklung der Technologie verfolgen können.

Unter Annahmen für eine künftige supraleitende Architektur – einschließlich physikalischer Fehlerraten von 10 -3, planarer Konnektivität und eines schnellen Steuerungssystems – schätzte die Studie, dass die relevanten Schaltkreise in Minuten mit weniger als einer halben Million physischer Qubits laufen könnten.

Für eine "vorbereitete" Maschine mit schnellem Takt modelliert das Papier eine durchschnittliche Schlüsselrekonstruktionszeit von rund neun Minuten, nachdem ein öffentlicher Schlüssel verfügbar wird. Dieses Timing hängt von vorherigen Berechnungen und von Reaktionszeiten des Steuerungssystems ab, die aktuelle Hardware in der erforderlichen Größenordnung noch nicht demonstriert hat.

Das Modell schätzt außerdem, dass eine neunminütige Berechnung rund eine halbe Million ausreichend zuverlässige T-States pro Sekunde erfordern würde. Dies ist eine kontinuierliche Produktionsanforderung, nicht die Anzahl der Qubits in der Maschine.

Die Hardware-Schätzung berücksichtigt bereits einen effizienten Ansatz zur Erzeugung von Magic States. Eine Division der Zahl durch Willows 40-fache Fehlerreduzierung würde den Fortschritt daher doppelt zählen. Ein geringerer Fehler in einer experimentellen Präparationsmethode entspricht keiner proportionalen Reduzierung der Kosten eines gesamten kryptografischen Angriffs.

Künftiger Schutz würde das Altbestandsproblem nicht automatisch lösen

Bitcoin-Entwickler erwägen Vorschläge, die verschiedene Phasen der Quantenexposition adressieren. BIP 360 schlägt Pay-to-Merkle-Root (P2MR) vor einen Soft-Fork-Output-Typ im Entwurfsstadium, der den exponierten Key-Path-Spend von Taproot entfernt.

P2MR soll das Langzeit-Expositionsrisiko verringern, indem der Key-Path vermieden wird, der Taproot-Outputs vor dem Ausgeben verwundbar macht. Vollständigen Schutz würde es nicht bieten, sobald ein Schlüssel in einer im Mempool wartenden Transaktion offengelegt wird. Die Autoren des BIP erklären, dass die Abwehr solcher kürzeren Angriffe Post-Quantum-Signaturen erfordern könnte.

Eine vorgeschlagene Migration weg von Bitcoin bestehenden Signaturen würde eine zusätzliche Herausforderung schaffen. BIP 361 ist ein informativer Entwurfsvorschlag, der von einem separaten, noch nicht spezifizierten Post-Quantum-Signaturvorschlag abhängt. Sein vorgeschlagener fünfjähriger Übergang würde erst nach Aktivierung beginnen; es ist keine aktive Frist für Bitcoin-Halter.

Ruhende Bestände stellen die schwierigste Migrationsfrage dar. Ein Besitzer, der den Zugang zu seinen privaten Schlüsseln verloren hat, kann eine Übertragung in stärkeren Schutz nicht autorisieren. Inaktivität beweist jedoch nicht, dass Coins aufgegeben wurden. Jede Regel, die nicht migrierte Bestände einschränkt, könnte daher auch legitime Besitzer betreffen, die später zurückkehren.

Die unmittelbare Frage ist Vorbereitung, nicht Panik

Nichts im Willow-Experiment bedeutet, dass Bitcoin-Halter heute einen Notfalltransfer durchführen müssen. Die entscheidende Frage ist, ob ein Output bereits einen öffentlichen Schlüssel exponiert – nicht, ob sein Besitzer den privaten Schlüssel in einer Hardware-Wallet aufbewahrt oder ob die Adresse einfach alt erscheint.

Die schwierigere Aufgabe für Bitcoin besteht darin, einen Migrationsweg zu schaffen und zu übernehmen, bevor kryptografisch relevante Quantenhardware existiert. Neue Output-Typen müssten vereinbart werden, Wallet- und Custody-Software müsste sie unterstützen, und Besitzer bräuchten einen praktischen Weg, bestehende Mittel zu bewegen.

Dieser Prozess dürfte länger dauern als die Einführung eines neuen Adressformats, insbesondere bei alten oder unzugänglichen Coins. Bitcoin hat Entwurfsvorschläge für künftigen Schutz, aber keinen aktivierten Post-Quantum-Migrationsweg. Konkrete Anhaltspunkte sind derzeit, ob BIP 360 und BIP 361 über den Entwurfsstatus hinaus fortschreiten und ob der Fortschritt bei Quantenhardware über Einzelkomponenten-Demonstrationen wie Willow hinaus zu den fehlertoleranten Maschinen gelangt, die die Ressourcenstudie modelliert.

Dieser Artikel dient ausschließlich Informationszwecken und stellt keine Finanz- oder Anlageberatung dar.