Researchers at AmericanFortress haben ein kryptografisches System vorgeschlagen, das Bitcoin und andere Blockchain-Wallets vor künftigen Angriffen durch Quantencomputer schützen soll, ohne dass Nutzer ihre bestehenden Wallet-Adressen ändern müssen.

AmericanFortress, ein in Wyoming ansässiges Unternehmen mit Schwerpunkt auf Blockchain-Sicherheit, Post-Quantum-Kryptografie und digitaler Asset-Infrastruktur, stellte seinen Ansatz in einem Papier mit dem Titel "ZKPoSP: Post-Quantum Zero-Knowledge Proofs for Hierarchical Deterministic Wallets" vor. Das System ersetzt herkömmliche elliptische Kurvensignaturen durch Zero-Knowledge-Proofs und bleibt dabei vollständig kompatibel mit den Hierarchical-Deterministic-Wallet-Standards, auf denen die meisten modernen Kryptowallets basieren.

Die Forschung konzentriert sich auf das, was Experten als "Q-Day" bezeichnen – den erwarteten Zeitpunkt, an dem ein fehlertoleranter Quantencomputer in der Lage ist, Shors Algorithmus auszuführen, um private Schlüssel aus öffentlichen Schlüsseln abzuleiten. Ein solcher Durchbruch würde die elliptische Kurvenkryptografie untergraben, die Bitcoin und zahlreiche andere Blockchains absichert. Zwar existieren kryptografisch relevante Quantencomputer noch nicht, doch das U.S. National Institute of Standards and Technology veröffentlichte im August 2024 seine ersten Post-Quantum-Kryptografiestandards und signalisierte damit, dass Regierungen und Industrie die Bedrohung als ernst genug ansehen, um mit weitreichender Vorbereitung zu beginnen.

"Recent advances in quantum hardware, including Google's Willow processor, have substantially narrowed the timeline to cryptographically relevant quantum computers," schrieben die Forscher. "In the blockchain setting, where addresses and key derivation standards such as BIP32, BIP44, and SLIP-10 are the dominant infrastructure for wallet management, a quantum computer running Shor's algorithm can recover any elliptic-curve private key from the corresponding public key, threatening every wallet in production today."

Statt Nutzer dazu zu zwingen, Gelder auf neue quantensichere Adressen zu übertragen, ersetzt das vorgeschlagene System digitale Signaturen durch Zero-Knowledge-Proofs, die den Besitz der Seed-Phrase einer Wallet nachweisen. Da die Seed-Phrase selbst geheim bleibt, argumentieren die Autoren, könnten legitime Eigentümer weiterhin die Kontrolle über ihre Wallets nachweisen, selbst wenn einzelne private Schlüssel durch einen Quantenangreifer kompromittiert würden.

Das Papier führt zwei zentrale Komponenten ein: ZKPoSP (Zero-Knowledge Proof of Seed Provenance) und QBIP32, ein Schlüsselerzeugungsschema, das mehrere elliptische Kurven unterstützen und gleichzeitig mit bestehenden Hierarchical-Deterministic-Wallets kompatibel bleiben soll. Laut der Studie implementierte das Team von AmericanFortress das System in Rust unter Verwendung der Zero-Knowledge-Virtual-Machine RISC Zero. Prototyp-Benchmarks zeigten Erzeugungszeiten der Proofs von ungefähr 12 bis 13 Sekunden und Verifizierungszeiten von etwa 9 bis 10 Millisekunden. Das Papier beschreibt zudem einen Betriebsmodus für die Zeit nach Q-Day, der die Erzeugungszeit für bestimmte Vorgänge reduziert.

Die Forschung wurde bislang von keinem Blockchain-Netzwerk übernommen. Jede reale Implementierung würde eine koordinierte Einführung durch Entwickler, Wallet-Anbieter, Börsen, Miner und Endnutzer erfordern – eine Hürde, die schon historisch selbst moderate Änderungen am Bitcoin-Protokoll, etwa die jahrelange Debatte vor der Aktivierung von SegWit im Jahr 2017, stark umstritten gemacht hat.

Bitcoin ist besonders anfällig für Quantenangriffe, weil das Ausgeben von Coins die zugehörigen öffentlichen Schlüssel on-chain offenlegt. Ein ausreichend leistungsfähiger Quantencomputer könnte diese öffentlich sichtbaren Schlüssel nutzen, um private Schlüssel abzuleiten und gültige Transaktionssignaturen zu fälschen.

Dieses Papier ist die neueste von mehreren Brancheninitiativen, die Blockchain-Netzwerke auf eine post-quantum Zukunft vorbereiten sollen. Bereits Anfang dieses Monats schlug Project Eleven einen Post-Quantum-Wiederherstellungsmechanismus vor, der es Nutzern nach Q-Day erlauben würde, den Besitz einer Bitcoin-Wallet über ihre Seed-Phrase statt über eine digitale Signatur nachzuweisen. Im März veröffentlichte BTQ Technologies die erste funktionierende Implementierung von BIP-360 auf einem dedizierten "Bitcoin Quantum"-Testnetz, um quantenresistente Transaktionsformate zu evaluieren.

Im Mai schätzte das Blockchain-Analyseunternehmen Glassnode, dass ungefähr 6.04 Millionen Bitcoin – rund 30% des zirkulierenden Angebots – bereits öffentlich exponierte Schlüssel haben. Im selben Monat kündigte das U.S. Department of Commerce mehr als $2 billion an Fördermitteln für Unternehmen im Bereich Quantencomputing sowie für Fertigungsinitiativen an.

Letzte Woche bildeten große Marktteilnehmer wie BlackRock, Coinbase, Strategy, Fidelity Digital Assets, Galaxy und weitere das Bitcoin Security Consortium und verpflichteten sich, über drei Jahre $15 million bereitzustellen, um die Bitcoin-Sicherheitsforschung und die Abwehr von Quantenangriffen zu unterstützen.