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Sind Quantencomputer eine Gefahr für Bitcoin?

Sind Quantencomputer eine Gefahr für Bitcoin?

BlocktrainerBlocktrainer2024/12/11 16:44
Von:Blocktrainer

Googles jüngster technologischer Durchbruch im Bereich Quantencomputing hat weltweit für Aufsehen gesorgt. Der neue Quantenchip „Willow“ hat bedeutende Fortschritte erzielt und Hürden gesenkt, die bisherige Quantencomputer in ihrer Leistung eingeschränkt haben. 

Dies hat auch Diskussionen über mögliche Auswirkungen auf die Sicherheit von Bitcoin ausgelöst. Bitcoin basiert schließlich auf kryptografischen Verfahren, deren Integrität durch Quantencomputer potenziell bedroht sein könnte. Doch wie groß ist diese Gefahr wirklich?

Was macht Quantencomputer besonders?

Im Gegensatz zu klassischen Computern, die Informationen in Bits (0 oder 1) speichern, arbeiten Quantencomputer mit sogenannten Qubits, die sich gleichzeitig in mehreren Zuständen befinden können. Diese Eigenschaft nennt man „Superposition“ und sie erlaubt es Quantencomputern, theoretisch eine enorme Rechenleistung zu entfalten. Allerdings haben bisherige Quantencomputer mit hohen Fehlerraten zu kämpfen, die ihre praktische Anwendbarkeit bis dato stark einschränken.

Was ist das Worst-Case-Szenario?

Ein Worst-Case-Szenario durch leistungsstarke Quantencomputer könnte Bitcoin auf mehreren Ebenen gefährden. Sobald ein öffentlicher Schlüssel durch eine Transaktion bekannt wird, wäre es Angreifern möglich, mit ausreichender Quantenleistung den zugehörigen privaten Schlüssel zu berechnen und so Zugang zu den Coins zu erhalten. 

Besonders betroffen wären ältere Adressen wie P2PKH und mehrfach genutzte Adressen, die Schätzungen zufolge etwa 9 % des aktuellen Bitcoin-Angebots ausmachen. Selbst modernere Formate wie Taproot , die durch Schnorr-Signaturen und verbesserte Privatsphäre Vorteile bieten, wären nicht vollständig immun, da auch hier öffentliche Schlüssel während Transaktionen offengelegt werden. 

Ein weiterer Angriffspunkt wäre der Mempool , in dem unbestätigte Transaktionen manipuliert werden könnten, wodurch Double-Spending-Angriffen möglich wären. 

Sollte ein Quantencomputer zudem die Hashrate des Netzwerks übertreffen, könnte er eine 51-%-Attacke durchführen und somit Blöcke umschreiben und Transaktionen kontrollieren. Neben diesen technischen Risiken würde wohl außerdem bereits die bloße Möglichkeit solcher Angriffe das Vertrauen in Bitcoin erschüttern und den Markt destabilisieren.

Warum ist Bitcoin (noch) sicher?

Googles Fortschritte mit dem Willow-Chip, der mehrere physische Qubits zu einem stabileren logischen Qubit kombiniert, markieren zwar einen wichtigen Meilenstein, aber sie stehen noch am Anfang. Um die Sicherheit von Bitcoin ernsthaft zu bedrohen, wären Quantencomputer mit Millionen stabiler, fehlerkorrigierter Qubits erforderlich – eine technologische Herausforderung, die wahrscheinlich noch viele Jahre oder gar Jahrzehnte dauern wird.

Bitcoin verwendet zwei zentrale kryptografische Technologien: den „Elliptic Curve Digital Signature Algorithm ( ECDSA )“ für Transaktionssignaturen und den „Secure Hash Algorithm ( SHA-256 )“ für das Mining und die Sicherung der Blockchain . Diese beiden Verfahren basieren auf mathematischen Problemen, die selbst für leistungsstarke Computer äußerst schwer zu lösen sind. Doch wie sicher sind sie gegen Quantencomputer?

ECDSA

ECDSA ist das kryptografische Verfahren, mit dem Bitcoin-Transaktionen signiert werden. Der Angriffspunkt für Quantencomputer ist hier der sogenannte „Shor's Algorithmus“, der speziell dafür ausgelegt ist, diskrete Logarithmen und Primfaktorzerlegungen effizient zu berechnen. Laut einer Studie von Microsoft wäre ein Quantencomputer mit mehr als 2.800 logischen Qubits erforderlich, um ECDSA in einem angemessenen Zeitrahmen zu brechen. Hinzu kommt der Bedarf an Millionen physischer Qubits, da jeder logische Qubit durch Fehlerkorrektur aus Hunderten bis Tausenden physischen Qubits zusammengesetzt wird.

Da Googles Willow-Chip aktuell nur über 105 Qubits verfügt, ist das Potenzial für einen Angriff auf ECDSA minimal. Zusätzlich werden Bitcoin-Adressen, deren öffentliche Schlüssel sichtbar sind, nach dem ersten Gebrauch in der Regel automatisch auf neue Adressen migriert. Dadurch reduziert sich das Angriffspotenzial weiter, da der öffentliche Schlüssel nur kurzzeitig exponiert ist.

SHA-256

SHA-256 wird für das Mining und die Sicherung der Bitcoin-Blockchain verwendet. Ein theoretischer Angriff auf diese Hashfunktion könnte durch den „Grover's Algorithmus“ erfolgen. Dieser Algorithmus würde die Suchzeit für eine Kollision in einer Hashfunktion quadratisch verkürzen. Dennoch bedeutet dies, dass ein Quantencomputer mit ausreichend vielen Qubits immer noch eine nahezu unmögliche Anzahl an Operationen durchführen müsste, um die Bitcoin-Blockchain zu kompromittieren. Laut dem IT-Analysten Ben Sigman wären hierfür immerhin 1.000 bis 1.500 logische Qubits nötig.

Langfristige Lösungen und ein Ausblick

Die Bedrohung durch Quantencomputer betrifft nicht nur Bitcoin, sondern unsere gesamte digitale Infrastruktur und Kommunikation. Praktisch alle heutigen kryptografischen Verfahren, die in sicheren Internetverbindungen, Online-Banking oder verschlüsselter Kommunikation zum Einsatz kommen, wären potenziell anfällig für Quantenangriffe. Bitcoin ist hierbei lediglich eine sichtbare und prominente Anwendung. 

Sollte ein Quantencomputer leistungsstark genug werden, wären die Folgen für die globale digitale Sicherheit gravierend. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass ein solcher Computer zuerst gezielt Bitcoin angreifen würde. Der Diebstahl zahlreicher Coins würde das Vertrauen in Bitcoin zerstören und den Wert nahezu vollständig vernichten, wodurch der wirtschaftliche Anreiz für den Angreifer erheblich gemindert würde.

Um dennoch langfristig gegen mögliche Bedrohungen gewappnet zu sein, arbeiten Forscher intensiv an quantensicheren Algorithmen, die auch gegen die gefürchteten Angriffe resistent sind. Solche Verfahren könnten zukünftig in Bitcoin implementiert werden und das Protokoll sicherer machen. Gleichzeitig bietet Bitcoin durch seine Anpassungsfähigkeit verschiedene Lösungen für den Umgang mit Quantenbedrohungen. Übergangsprotokolle könnten genutzt werden, um bestehende Bitcoin-Adressen auf neue, quantensichere Adressen zu migrieren, wodurch gefährdete Coins geschützt werden. 

Darüber hinaus zeigt die dezentrale Natur des Bitcoin-Netzwerks, dass Protokollanpassungen und Sicherheitsupgrades möglich sind, wenn eine breite Mehrheit im Netzwerk zustimmt. Da im Falle einer potenziellen Gefährdung für das Netzwerk ein genereller Konsens in der Community sehr wahrscheinlich ist, dürfte eine entsprechende Anpassung auch keine allzu große Hürde darstellen. 

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