Coinbase plant quantenresistente Bitcoin-Verwahrung für beliebige Signaturverfahren

Coinbase hat mit der Entwicklung eines quantenresistenten Verwahrungssystems begonnen. Es soll etwa 250 Md $ an institutionellen Vermögenswerten schützen und zugleich jedes neue Signaturverfahren unterstützen, das von Bitcoin oder einer anderen Blockchain übernommen wird.

• Coinbase bereitet eine Verwahrungsinfrastruktur für mehrere mögliche quantenresistente Signaturverfahren vor.
• Hashbasierte Signaturen sind möglicherweise nicht mit den MPC-Systemen kompatibel, die viele Krypto-Verwahrer einsetzen.
• Programmierbare Hardware-Sicherheitsmodule könnten Coinbase eine alternative Methode zum Schutz von Schlüsseln bieten.
• Bitcoin-Entwickler haben noch keinen quantenresistenten Signaturstandard ausgewählt oder aktiviert.

Coinbase bereitet die Verwahrung für mehrere Signaturverfahren vor

MARA Foundation TV sprach mit Coinbase-Chef-Kryptograf Yehuda Lindell. Er sagte, die Krypto Börse wolle sicherstellen, dass ihre Verwahrungsplattform unabhängig davon nutzbar bleibt, für welche quantenresistenten Signaturverfahren sich Blockchains letztlich entscheiden.

Bitcoin hat noch kein Signaturverfahren für den praktischen Einsatz nach dem Aufkommen von Quantencomputern gewählt. Daher fehlt Verwahrern ein einheitlicher technischer Standard, an dem sie ihre Systeme ausrichten könnten. Lindell zufolge könnten sich verschiedene Blockchain-Communities zudem unterschiedlich entscheiden, statt ein gemeinsames Verfahren zu übernehmen.

Coinbase bereitet sich deshalb auf mehrere mögliche Szenarien vor, statt das System auf einen einzigen Kandidaten auszurichten. Lindell sagte, das Unternehmen wolle vermeiden, dass eine Blockchain ein Signaturverfahren zulässt, mit dem die Verwahrungsinfrastruktur nicht umgehen kann.

Die Arbeit ist besonders wichtig, weil Coinbase laut der von Lindell während der Sendung genannten Zahl etwa 250 Md $ an Vermögenswerten institutioneller Kunden verwahrt. Zu den Kunden zählt BlackRock, das Coinbase Custody für digitale Vermögenswerte im Zusammenhang mit seinen Anlageprodukten nutzt.

Eine im August veröffentlichte US-amerikanische Prüfung der Verwahrungsbranche bezifferte die institutionellen Vermögenswerte von Coinbase auf rund 376 Md $ und erklärte, das Unternehmen sichere mehr als 80% der Vermögenswerte in US-amerikanischen Spot-Bitcoin- und Ethereum-ETFs. Die unterschiedlichen Summen könnten auf abweichende Berichtszeitpunkte sowie auf die in den jeweiligen Schätzungen enthaltenen Dienstleistungen oder Vermögenswerte zurückzuführen sein.

Verwahrungssysteme schützen die privaten Schlüssel, die zur Autorisierung von Transaktionen benötigt werden. Jede künftige Änderung des Signaturverfahrens von Bitcoin würde große Verwahrer daher dazu zwingen, die Technologie zur Erstellung, Speicherung und Verwendung dieser Schlüssel zu aktualisieren.

Quantenresistente Signaturen stellen bestehende MPC-Verwahrung infrage

Viele institutionelle Verwahrungsplattformen nutzen Multi-Party Computation (MPC), um die Kontrolle über einen privaten Schlüssel auf mehrere Parteien aufzuteilen. Bei einem solchen Verfahren muss kein Beteiligter den vollständigen privaten Schlüssel besitzen oder zusammensetzen, um eine Transaktion zu genehmigen.

Lindell sagte, viele quantenresistente Signaturverfahren seien möglicherweise „nicht MPC-freundlich“, weil sich ihre mathematische Konstruktion von den derzeit bei großen Blockchains verwendeten Signaturen unterscheide. Hashbasierte Signaturen stellten ein besonderes Problem dar, da ihnen die arithmetische Struktur fehle, auf der die herkömmliche Aufteilung kryptografischer Schlüssel beruhe.

Forscher, darunter der Kryptograf Dan Boneh von der Stanford University, untersuchen laut Lindell mögliche Wege, MPC-ähnliche Kontrollen auf solche Signaturen anzuwenden. Die Forschung sei jedoch noch sehr experimentell, und es sei derzeit unklar, ob sich für hashbasierte Signaturen ein praxistaugliches System schaffen lasse, das MPC gleichkommt.

Coinbases Interesse an diesem Bereich besteht bereits länger als die jüngsten Pläne für die Verwahrung. Im Januar gründete das Unternehmen einen unabhängigen Beirat für Quantencomputing und Blockchain. Ihm gehören Boneh, Lindell, Justin Drake, Forscher bei der Ethereum Foundation, der Professor der University of Texas Scott Aaronson, EigenLayer-Gründer Sreeram Kannan und die Spezialistin für verteilte Systeme Dahlia Malkhi an.

Coinbase zufolge umfasst der quantenresistente Fahrplan Änderungen an der Handhabung von Bitcoin-Adressen, Aktualisierungen interner Schlüsselverwaltungssysteme und Forschung zur Unterstützung von Verfahren wie ML-DSA innerhalb der MPC-Infrastruktur. Das Unternehmen beauftragte den Beirat damit, Entwicklungen im Bereich Quantencomputing zu bewerten, Empfehlungen zu veröffentlichen und auf wichtige technische Fortschritte zu reagieren.

Andere Verwahrer haben bereits begonnen, einen möglichen Ansatz zu testen. Im Juni testete BitGo gemeinsam mit Silence Laboratories quantensichere MPC. Dabei kam ein ML-DSA-basiertes Protokoll zum Einsatz, das in die Verwahrungsplattform von BitGo integriert wurde. Die Simulation bewahrte laut den Unternehmen die verteilte Schlüsselkontrolle, Richtlinienprüfungen und die Aufgabentrennung.

ML-DSA ist in FIPS 204 enthalten, einem vom US-amerikanischen National Institute of Standards and Technology veröffentlichten quantenresistenten digitalen Signaturstandard. Lindells Äußerungen deuten darauf hin, dass Coinbase eine Architektur anstrebt, die auch Verfahren jenseits von ML-DSA bewältigen kann, falls sich Bitcoin oder ein anderes Netzwerk für ein anderes Design entscheidet.

Hardwaremodule könnten eine Alternative für die Verwahrung bieten

Um die Abhängigkeit von der MPC-Kompatibilität zu verringern, prüft Coinbase laut Lindell ein Ausweichkonzept auf Basis programmierbarer Hardware-Sicherheitsmodule.

HSMs sind physisch geschützte Geräte, die zur Speicherung kryptografischer Daten und zur Ausführung sensibler Vorgänge dienen. In der von Coinbase erwogenen Architektur würden private Schlüssel mit quantenresistenter Kryptografie verschlüsselt bleiben und nur innerhalb sicherer HSMs zusammengesetzt werden.

Wenn der vollständige Schlüssel im geschützten Gerät bleibt, könnte der Verwahrer auch mit Signaturverfahren arbeiten, die sich nicht mithilfe herkömmlicher MPC aufteilen lassen. Programmierbare Module könnten Coinbase außerdem Spielraum geben, Unterstützung hinzuzufügen, sobald Blockchain-Entwickler neue Standards festlegen.

Lindell nannte keinen Fertigstellungstermin und sagte, die technische Arbeit könne einige Zeit in Anspruch nehmen. Sobald das System fertiggestellt sei, erwarte er jedoch, dass Coinbase arbeiten könne, ohne vorhersagen zu müssen, für welches quantenresistente Verfahren sich die einzelnen Netzwerke entscheiden.

„Ich werde sagen können: Ich kann jedes Verfahren unterstützen“, sagte Lindell.

Physische Sicherheit gewinnt bei dem vorgeschlagenen Modell an Bedeutung, da der vollständige Schlüssel vorübergehend in einem HSM vorhanden wäre. Coinbase müsste daher sicherstellen, dass die Module Signaturen erzeugen können, ohne den Schlüssel externer Software oder Betreibern zugänglich zu machen.

Bei Signaturverfahren, die MPC unterstützen, müsste Coinbase nicht auf MPC verzichten. Stattdessen würde die HSM-Architektur als zusätzliche Verwahrungsmethode dienen, wenn sich die von einem Netzwerk gewählte Kryptografie nicht mit verteilter Schlüsselerzeugung und Signaturerstellung vereinbaren lässt.

Bitcoin hat keinen Migrationsplan für das Quantenzeitalter genehmigt

Bitcoin verwendet derzeit elliptische Kurven-Kryptografie, und kein öffentlich vorgestellter Quantencomputer kann private Schlüssel aus öffentlich bekannten Schlüsseln ableiten. Forscher und Branchenverbände fordern dennoch frühzeitige Vorbereitungen, da eine Änderung des Sicherheitsmodells von Bitcoin Softwareentwicklung, Tests, Wallet-Upgrades und einen Netzwerkkonsens erfordern würde.

Crypto.news berichtete im Juni, dass der Beirat von Coinbase Bitcoin-Entwickler dazu aufgefordert habe, mit der Entwicklung von Migrationstools zu beginnen, bevor ein kryptografisch relevanter Quantencomputer existiert. Der Beirat schätzte, dass sich etwa 1,7M BTC in älteren Pay-to-Public-Key-Adressen mit offengelegten öffentlichen Schlüsseln befinden. Durch die Wiederverwendung von Adressen könnten bis zu 5M BTC in eine künftige Risikokategorie fallen.

Der Beirat empfahl weder, anfällige Coins einzufrieren oder zu verbrennen, noch sie einem künftigen Angreifer zu überlassen. Er erklärte, die Bitcoin-Community solle im Rahmen ihres Konsensverfahrens entscheiden, wie mit Coins umzugehen sei, die nach einer Migrationsfrist weiterhin in älteren Adressformaten liegen.

Entwürfe untersuchen verschiedene Aspekte des Problems. BIP 360, bekannt als Pay-to-Merkle-Root, würde die quantenanfällige Key-Path-Ausgabeoption von Taproot entfernen. BIP 361 beschreibt eine schrittweise Abschaffung älterer ECDSA- und Schnorr-Signaturen, nachdem Bitcoin eine quantenresistente Ausgabemethode eingeführt hat.

Keiner der beiden Vorschläge wurde aktiviert. Eine kürzlich durchgeführte Migrationsbewertung kam außerdem zu dem Ergebnis, dass SHRINCS, ein experimentelles, diskutiertes hashbasiertes Signaturverfahren, weiterhin ein nicht nummerierter Entwurf ist, der weiterer Prüfung und eines vollständigen Sicherheitsnachweises bedarf.

Für US-amerikanische Anleger betreffen die Vorbereitungen von Coinbase sowohl Vermögenswerte in regulierten Anlageprodukten als auch Coins, die für direkte institutionelle Kunden verwahrt werden. Anleger in Spot-Bitcoin- und Ethereum-ETFs kontrollieren nicht die privaten Schlüssel der Fondsbestände; diese Schlüssel werden von den Verwahrern verwaltet, die die Emittenten auswählen.

Die Fähigkeit von Coinbase, mehrere Signaturverfahren zu unterstützen, könnte relevant werden, wenn Bitcoin, Ethereum oder ein anderes von einem in den USA gelisteten Fonds genutztes Netzwerk neue Kryptografie einführt. Eine Blockchain-Migration wäre weiterhin von den Netzwerkregeln und den Entscheidungen der Nutzer, Wallet-Anbieter, Krypto Börsen, Verwahrer und Fondsbetreiber abhängig – und nicht allein von einer Entscheidung Coinbases.