Quantencomputer und Bitcoin

Die Nachrichten von Google über einen technologischen Fortschritt im Quantencomputing sorgten für viel Unklarheit über dessen Auswirkungen auf Bitcoin. Zwar ist Googles neuer Willow-Chip noch Jahre her

Google's recent announcement regarding an advancement in quantum computing has sparked concerns within the cryptocurrency community about its potential impact on Bitcoin. While Google's Willow chip is still years, if not decades, away from posing a threat to Bitcoin, it raises a valid question: how will quantum computing affect Bitcoin?

Die jüngste Ankündigung von Google bezüglich eines Fortschritts im Quantencomputing hat in der Kryptowährungs-Community Bedenken hinsichtlich der möglichen Auswirkungen auf Bitcoin geweckt. Während Googles Willow-Chip noch Jahre, wenn nicht Jahrzehnte davon entfernt ist, eine Bedrohung für Bitcoin darzustellen, wirft er eine berechtigte Frage auf: Wie wird sich Quantencomputing auf Bitcoin auswirken?

The short answer is that Bitcoin will adapt.

Die kurze Antwort lautet: Bitcoin wird sich anpassen.

Quantum computing will not arrive overnight; it will take time. Research is already underway to explore methods of addressing quantum computing in Bitcoin.

Quantencomputing wird nicht über Nacht kommen; es wird einige Zeit dauern. Es laufen bereits Forschungsarbeiten zur Erforschung von Methoden zur Bewältigung des Quantencomputings in Bitcoin.

Signatures

Unterschriften

It's important to note that security in Bitcoin operates on two levels: within transactions and between transactions. Within transactions, digital signatures safeguard the locking and unlocking of coins, serving as the first line of defense. Bitcoin's digital signature algorithm mandates a signature for any user to spend their Bitcoins. All nodes on the network can verify that the user has this signature, without knowing what that signature is.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Sicherheit bei Bitcoin auf zwei Ebenen funktioniert: innerhalb von Transaktionen und zwischen Transaktionen. Bei Transaktionen sichern digitale Signaturen das Sperren und Entsperren von Münzen und dienen als erste Verteidigungslinie. Der digitale Signaturalgorithmus von Bitcoin verlangt von jedem Benutzer eine Signatur, um seine Bitcoins auszugeben. Alle Knoten im Netzwerk können überprüfen, ob der Benutzer über diese Signatur verfügt, ohne zu wissen, um welche Signatur es sich handelt.

Historically, Bitcoin has utilized ECDSA, but following Taproot (Bitcoin's last major upgrade in 2021), Bitcoin now employs Schnorr signatures, which leverage hash functions and are conceptually simpler and more private than ECDSA.

In der Vergangenheit hat Bitcoin ECDSA verwendet, aber nach Taproot (Bitcoins letztem großen Upgrade im Jahr 2021) verwendet Bitcoin nun Schnorr-Signaturen, die Hash-Funktionen nutzen und konzeptionell einfacher und privater als ECDSA sind.

While Schnorr signatures are not quantum resistant, their rollout demonstrated a path forward for updating signatures. Taproot was implemented as a soft fork, essentially a backward-compatible upgrade. Any Bitcoin user can choose to use a pay-to-Taproot (p2tr) address instead of the older public key hash or SegWit addresses.

Obwohl Schnorr-Signaturen nicht quantenresistent sind, zeigte ihre Einführung einen Weg für die Aktualisierung von Signaturen auf. Taproot wurde als Soft Fork implementiert, im Wesentlichen als abwärtskompatibles Upgrade. Jeder Bitcoin-Benutzer kann anstelle der älteren Public-Key-Hash- oder SegWit-Adressen eine Pay-to-Taproot-Adresse (p2tr) verwenden.

If a quantum computer were to eventually succeed in breaking these Schnorr signatures, I believe the Core developers would adopt a quantum-resistant signature scheme and deploy it as a soft fork within Bitcoin Core.

Sollte es einem Quantencomputer irgendwann gelingen, diese Schnorr-Signaturen zu brechen, würden die Core-Entwickler meiner Meinung nach ein quantenresistentes Signaturschema übernehmen und es als Soft Fork innerhalb von Bitcoin Core einsetzen.

Such quantum-resistant schemes are already feasible. Juan Garay, a cryptographer at Texas A&M and a colleague of mine, is currently exploring the integration of Lamport signatures into Bitcoin. Once this new quantum-resistant signature becomes part of a soft fork, all existing Bitcoin users would simply transfer their bitcoins from their existing address into a new quantum-proof address.

Solche quantenresistenten Schemata sind bereits realisierbar. Juan Garay, ein Kryptograf bei Texas A&M und ein Kollege von mir, untersucht derzeit die Integration von Lamport-Signaturen in Bitcoin. Sobald diese neue quantenresistente Signatur Teil einer Soft Fork wird, würden alle bestehenden Bitcoin-Benutzer ihre Bitcoins einfach von ihrer bestehenden Adresse an eine neue quantensichere Adresse übertragen.

The only potential complication in this plan arises with addresses that are no longer active. The largest such address belongs to Satoshi Nakamoto, whose 1 million bitcoins have remained unmoved since they were mined in the early years of Bitcoin.

Die einzige potenzielle Komplikation bei diesem Plan entsteht bei Adressen, die nicht mehr aktiv sind. Die größte Adresse dieser Art gehört Satoshi Nakamoto, dessen 1 Million Bitcoins seit ihrer Förderung in den Anfangsjahren von Bitcoin unverändert geblieben sind.

Bitcoin Core developers would face a choice in how to handle Satoshi's coins. One option would be to disallow them from the blockchain, although this might trigger a hard fork. Hard forks are highly undesirable, but there are perhaps a handful of instances in Bitcoin's history when they would be necessary. This would be one of them, along with the timestamp issue (which I will discuss separately).

Die Entwickler von Bitcoin Core stünden vor der Wahl, wie sie mit Satoshis Münzen umgehen wollen. Eine Möglichkeit wäre, sie aus der Blockchain auszuschließen, obwohl dies möglicherweise einen Hard Fork auslöst. Hard Forks sind höchst unerwünscht, aber es gibt vielleicht eine Handvoll Fälle in der Geschichte von Bitcoin, in denen sie notwendig wären. Dies wäre eines davon, zusammen mit dem Zeitstempelproblem (auf das ich separat eingehen werde).

Hash Functions

Hash-Funktionen

Another possibility for a quantum computer would be to break SHA-256, the hash algorithm used extensively in Bitcoin. Not only is this used within some Bitcoin addresses, like pay-to-public-key hash (p2pkh), and even within Schnorr signatures, but it also forms the foundation of the blockchain's security.

Eine andere Möglichkeit für einen Quantencomputer wäre, SHA-256 zu knacken, den in Bitcoin häufig verwendeten Hash-Algorithmus. Dies wird nicht nur in einigen Bitcoin-Adressen wie Pay-to-Public-Key-Hash (p2pkh) und sogar in Schnorr-Signaturen verwendet, sondern bildet auch die Grundlage für die Sicherheit der Blockchain.

Breaking SHA-256 would entail finding hash collisions, and in the best case, making the hash function invertible. The quantum computer could then perform a 51% attack on the blockchain, which, in the best case, would allow the double-spending of coins. However, to obtain access to those funds within the Bitcoin addresses, the quantum computer would still need to break the signature algorithm.

Das Brechen von SHA-256 würde bedeuten, Hash-Kollisionen zu finden und im besten Fall die Hash-Funktion invertierbar zu machen. Der Quantencomputer könnte dann einen 51-Prozent-Angriff auf die Blockchain durchführen, der im besten Fall die doppelte Ausgabe von Münzen ermöglichen würde. Um jedoch Zugriff auf diese Gelder innerhalb der Bitcoin-Adressen zu erhalten, müsste der Quantencomputer noch den Signaturalgorithmus knacken.

Bitcoin Core developers could then integrate this quantum-resistant hash function in place of SHA-256 throughout Bitcoin Core. Subsequently, all new blocks would be mined using this quantum-resistant hash function.

Entwickler von Bitcoin Core könnten dann diese quantenresistente Hash-Funktion anstelle von SHA-256 im gesamten Bitcoin Core integrieren. Anschließend würden alle neuen Blöcke mit dieser quantenresistenten Hash-Funktion abgebaut.

If a quantum computer could indeed break SHA-256, the highest and best use of this technology would be to mine bitcoin, not to perform a double-spend attack. A double-spend attack would be easily detectable and would ultimately diminish the value of the bitcoins that were double-spent. Instead, a quantum miner would simply use this new quantum computer to mine all remaining bitcoin, which it would be able to do if it could tailor the transactions and blocks in a way that would generate a sufficiently small number to win the mining lottery every 10 minutes. This would be possible if the quantum computer could invert the SHA-256 hash operation.

Wenn ein Quantencomputer tatsächlich SHA-256 brechen könnte, wäre die höchste und beste Nutzung dieser Technologie das Schürfen von Bitcoin und nicht die Durchführung eines Double-Spend-Angriffs. Ein Double-Spend-Angriff wäre leicht erkennbar und würde letztlich den Wert der doppelt ausgegebenen Bitcoins mindern. Stattdessen würde ein Quanten-Miner einfach diesen neuen Quantencomputer verwenden, um alle verbleibenden Bitcoins zu schürfen, was ihm möglich wäre, wenn er die Transaktionen und Blöcke so anpassen könnte, dass alle 10 eine ausreichend kleine Zahl generiert wird, um die Mining-Lotterie zu gewinnen Minuten. Dies wäre möglich, wenn der Quantencomputer die SHA-256-Hash-Operation umkehren könnte.

In this scenario, mining would cease to be a globally competitive industry and would instead become an oligopoly, limited to those entities with access to the quantum computer. Assuming that more than one entity had access to this computer, bitcoin mining could continue as an industry, even if it were a duopoly between, say, Nvidia and Google.

In diesem Szenario wäre der Bergbau keine global wettbewerbsfähige Industrie mehr, sondern würde zu einem Oligopol werden, das auf diejenigen Unternehmen beschränkt wäre, die Zugang zum Quantencomputer haben. Unter der Annahme, dass mehr als ein Unternehmen Zugriff auf diesen Computer hätte, könnte das Bitcoin-Mining als Industrie weiterbestehen, selbst wenn es sich um ein Duopol zwischen beispielsweise Nvidia und Google handeln würde.

To avert this scenario, the simplest solution would be to install a quantum-resistant hash function in place of SHA-256. This is not out of the question, since Schnorr signatures themselves utilize hash functions. Therefore, a quantum-resistant signature scheme would need to be immune to hash functions.

Um dieses Szenario abzuwenden, wäre die einfachste Lösung, anstelle von SHA-256 eine quantenresistente Hash-Funktion zu installieren. Dies ist nicht ausgeschlossen, da Schnorr-Signaturen selbst Hash-Funktionen verwenden. Daher müsste ein quantenresistentes Signaturschema immun gegen Hash-Funktionen sein.

This problem is still a long way off, and with more and more economic value being tied to bitcoin, the

Dieses Problem liegt noch in weiter Ferne, und da immer mehr wirtschaftlicher Wert an Bitcoin gebunden ist, wird die