Die bislang vom National Institute of Standards and Technology (NIST) standardisierten Post-Quantum-Signaturverfahren fallen in zwei kryptografische Familien: gitterbasierte und hashbasierte Verfahren. Beide stützen sich auf mathematische Probleme, die nach heutigem Kenntnisstand von keinem Quantenalgorithmus effizient gelöst werden können.
Beide Familien gelten auch gegenüber klassischen Angriffen als sicher. Hashbasierte digitale Signaturen sind jedoch die konservativere Wahl, da sie lediglich auf den Sicherheitseigenschaften von Hashfunktionen beruhen – und diese sind bereits ein grundlegender Bestandteil des Bitcoin-Designs. Aus diesem Grund besteht zumindest grobe Einigkeit darüber, hashbasierte Post-Quantum-Kryptografie für Bitcoin zu bevorzugen, zumindest als ersten Schritt. Das von NIST standardisierte hashbasierte Verfahren SLH-DSA erzeugt jedoch Signaturen von rund 8 Kilobyte. Eine heutige ECC-Signatur ist 64 Byte gross. Das entspricht einer Grössenzunahme um etwa das 125-Fache.
Würde man Bitcoins heutige Signaturen einfach durch SLH-DSA ersetzen, würde der Durchsatz des Netzwerks von rund sechs Transaktionen pro Sekunde auf 0,3 fallen – also auf eine Transaktion alle drei Sekunden, für die ganze Welt. Genau deshalb kann die Migration nicht wie ein einfaches Software-Update behandelt werden. Die NIST-Standards wurden für allgemeine Kryptografie entwickelt, nicht für Blockchains mit harten Beschränkungen beim Blockspace.
Dennoch arbeiten Bitcoin-Entwickler an Optimierungen, die diesen Nachteil reduzieren. Der SHRINCS-Vorschlag von Blockstream erreicht beispielsweise eine Signaturgrösse von 324 Byte. Das ist dramatisch kleiner als die NIST-Basisvariante, aber immer noch rund fünfmal grösser als das, was Bitcoin heute verwendet.
Grundsätzlich gibt es keinen «perfekten» Ersatz für digitale ECC-Signaturen: Post-Quantum-Signaturen bringen Trade-offs mit sich – zwischen Grösse, Signier- und Verifizierungsgeschwindigkeit, Eignung für Aggregation und der Stärke der zugrunde liegenden Sicherheitsannahmen.