Jenseits von Bitcoin: Wie Blockchains den Quantum-Übergang vorbereiten

Shors Algorithmus würde die elliptische Kurvenkryptografie (ECC) brechen, auf der Bitcoin basiert. Vorausgesetzt, es gäbe einen kryptografisch relevanten Quantencomputer (CRQC), der leistungsfähig und stabil genug ist, um ihn im erforderlichen Massstab auszuführen. Eine solche Maschine existiert heute nicht. Doch jeder realistische Zeitplan in diese Richtung wird inzwischen in Jahren gemessen, nicht mehr in Jahrzehnten.

Die heute standardisierte quantum-resistente Kryptografie lässt sich in zwei Familien einteilen: hashbasierte und gitterbasierte Kryptografie. Nicht jede Lösung eignet sich problemlos für den Einsatz auf einer Blockchain, und alle grossen aktiven Netzwerke verlassen sich weiterhin zumindest teilweise auf ECC.

Das ist Bitcoins Ausgangslage. Und auch wenn sich die Details unterscheiden, ist es im Kern auch die Ausgangslage aller anderen grossen Protokolle. Denn sie alle signieren Transaktionen mit Verfahren, die auf dasselbe zugrunde liegende mathematische Problem zurückführbar sind. Das Ziel ist dasselbe, die Wege dorthin sind es nicht. Die meisten dieser Wege wurden erstmals in der ersten Hälfte dieses Jahres öffentlich gemacht.

Bitcoin verwendet elliptische Kurvenkryptografie nur an einer Stelle: bei Transaktionssignaturen – also beim Ausgeben von Coins. Für den Konsens stützt sich Bitcoin dagegen auf die Sicherheit von Hashfunktionen, die bereits quantum-resistent sind.

Ethereum hat diesen Vorteil nicht. ECC sichert die gesamte Basisschicht ab: von Transaktionssignaturen über den Konsens bis hin zur Datenverfügbarkeit. Alles muss ersetzt werden. Das ist klar eine Herausforderung, aber auch eine Chance, die Architektur neu aufzubauen und technische Altlasten zu beseitigen, die Ethereum seit Jahren mit sich trägt.

Ein derart umfassendes Upgrade erfordert langfristige Planung und Koordination. Die Ethereum Foundation hat deshalb eine dedizierte Post-Quantum-Research-Initiative gestartet. Ziel ist eine hashbasierte Basisschicht bis 2029, die nicht mehr von ECC abhängig ist. Diese Frist ist ambitioniert – und muss es auch sein, denn viel Spielraum bleibt nicht.

Eine der grössten Herausforderungen ist die Signaturaggregation auf Konsensebene: Hashbasierte Kryptografie ermöglicht keine direkte algebraische Aggregation wie ECC. Ethereum unterstützt heute Hunderttausende von Validator Keys, die laufend am Konsens teilnehmen. Das ist gut für die Dezentralisierung, aber ohne Signaturaggregation kaum praktikabel. Der Plan ist deshalb, ein hashbasiertes System zu verwenden, das die Existenz einer Vielzahl gültiger Signaturen nachweist und verifiziert, statt sie direkt zu aggregieren.

Die beiden wichtigsten Validator-Clients von Solana, Agave und Firedancer, sind unabhängige Software-Implementierungen desselben Protokolls. Beide Teams tendieren für Transaktionssignaturen zu Falcon, einem gitterbasierten Verfahren, dessen Signaturen klein genug bleiben, um eine schnelle Chain nicht zu stark auszubremsen. Alternativen werden weiterhin geprüft. Für den Konsens hat Anza Quantumglow vorgeschlagen – eine Anpassung des Alpenglow-Protokolls, die schnelle Finalität beibehält und zugleich Quantum-Resistenz bietet. Die Position der Solana Foundation ist, dass die Migration noch Jahre entfernt ist und das Upgrade aktiviert werden kann, wenn es erforderlich wird.

Ripple veröffentlichte im April eine vierphasige Roadmap mit dem Ziel, den XRP Ledger bis 2028 quantum-resistent zu machen – mit nativen Post-Quantum-Signaturen und Tests auf einem Entwicklungsnetzwerk noch im Laufe dieses Jahres. Wie bei Solana ist der führende Kandidat für Transaktionssignaturen gitterbasiert, konkret ML-DSA, der von NIST standardisierte digitale Signaturalgorithmus. Weitere Optionen werden jedoch geprüft. Vereinfacht wird die Migration durch die Trennung von Account-Identität und operativer Autorisierung. Das ist kryptografische Agilität: Der Schlüssel, der Transaktionen autorisiert, kann ausgetauscht werden, während das Guthaben auf derselben Adresse bleibt.

Cardanos Post-Quantum-Arbeit läuft in Zusammenarbeit mit Midnight, der auf Privatsphäre ausgerichteten Partner-Chain, die im März live ging und dabei auf klassische Zero-Knowledge-Proofs setzte – also auf Kryptografie, mit der ein Netzwerk eine Transaktion verifizieren kann, ohne ihren Inhalt zu sehen. Im Februar kündigte Hoskinson Nightstream an, einen gitterbasierten Ersatz für diese Proofs, entwickelt mit Forschenden mit Verbindungen zu Microsoft und Stanford. Er hat erklärt, dass die Ergebnisse später zurück in Cardano einfliessen sollen. Dabei handelt es sich jedoch um Arbeit auf der Proof-Layer. Die Signaturen, mit denen ADA ausgegeben wird, sind eine separate Aufgabe – und diese Arbeit hat erst vor Kurzem begonnen.

Alle diese Netzwerke werden gangbare Wege zu einem Post-Quantum-Upgrade finden. Über die technischen Entscheidungen hinaus – abhängig von Designvorgaben und architektonischen Unterschieden – unterscheidet sie vor allem, wie gewohnt sie darin sind, ihr Protokoll zu verändern, und wie ihre jeweiligen Governance-Prozesse funktionieren.

Der XRP Ledger verfügt über einen formalen Amendment-Prozess, der auf Unterstützungsschwellen bei Validatoren basiert. Cardano kann Protokoll-Upgrades über Onchain-Governance autorisieren, an der Validatoren, Token-Inhaber über Repräsentanten sowie ein Verfassungskomitee beteiligt sind. Ethereum und Solana haben eine starke Erfolgsbilanz darin, Upgrades off-chain zu koordinieren – über Entwickler, Client-Teams, Testprozesse und die Einführung durch Validatoren. Auch wenn sich Governance-Prozesse verändern können – Solana hat kürzlich einen Onchain-Prozess formalisiert –, sind all diese Netzwerke daran gewöhnt, regelmässige und geplante Protokolländerungen zu koordinieren, einschliesslich Hard Forks.

Bitcoin verfügt über keinen vergleichbaren Mechanismus. Zwar basiert auch der BIP-Prozess auf demselben off-chain sozialen Konsens, wie er bei Ethereum und Solana zu beobachten ist. Doch das Netzwerk lehnt die Vorstellung einer stärker strukturierten Koordination mit wiederkehrenden Upgrade-Zyklen ab. Jede Änderung muss ihren eigenen Weg zum Konsens finden. Diese Reibung erschwert eine koordinierte Migration, begrenzt aber zugleich die Möglichkeit, dass eine kleinere Gruppe die Regeln von Bitcoin neu definiert.

Das ist eine bewusste Entscheidung, kein Versehen. Ossifizierung – also die Vorstellung, dass das Protokoll mit der Zeit immer schwieriger zu verändern sein sollte, gilt innerhalb von Bitcoin als Wert an sich. Das Quantum-Risiko wird, wie ich in unserem Podcast mit Charles Hoskinson gesagt habe, zur Bewährungsprobe dieses Prinzips.

Doch selbst eine Einigung auf ein Upgrade würde nur einen Teil des Problems lösen. Das Netzwerk kann sich auf einen Post-Quantum-Migrationspfad einigen, aber niemand kann BTC-Halter dazu zwingen, ihn auch zu gehen. Schätzungen zu verlorenen Coins variieren, doch die rund eine Million BTC, die Satoshi zugeschrieben werden – etwa 5% des Gesamtangebots –, gelten weithin als unwahrscheinlich zu migrieren. Sie sind Teil eines deutlich grösseren Pools verwundbarer BTC: rund 7 Millionen Coins, deren öffentliche Schlüssel on-chain verfügbar sind. Sobald CRQCs verfügbar sind, können sie genutzt werden, um die entsprechenden privaten Schlüssel abzuleiten. Die meisten Eigentümer dieser Coins könnten sie zwar weiterhin bewegen. Ob sie es tun, ist die offene Frage.

Wir bleiben über diese Entwicklungen hinweg nah an den Protokollen, damit unsere Kunden es nicht selbst tun müssen. Das Quantum Update verfolgt sie monatlich.