Die Auswirkungen von Schnorr-Signaturen auf Bitcoin

Schnorr-Signaturen sind eine Art digitales Signaturverfahren, das mehrere Vorteile gegenüber dem derzeit verwendeten ECDSA bietet. Sie besitzen die mächtige Eigenschaft der Linearität, wodurch sie ideal für Multi-Signatur-Transaktionen sind, und ermöglichen die Signaturaggregation, bei der mehrere Signaturen zu einer einzigen zusammengefasst werden. Das spart erheblich Platz und erschwert es Beobachtern, zu erkennen, wer eine Transaktion signiert hat. Das Taproot-Softfork-Upgrade wurde am 14. November 2021 aktiviert und integrierte Schnorr-Signaturen über BIP-340, was Vorteile wie verbesserte Privatsphäre und Skalierbarkeit brachte.

Grundlagen

Bitcoin verwendet den Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA), um Eigentumsrechte zu sichern. Dieser Algorithmus ermöglicht das Ableiten eines öffentlichen Schlüssels aus einem privaten Schlüssel, was ein wesentlicher Bestandteil von Bitcoin-Transaktionen ist.

Das Bemerkenswerte an diesem Prozess ist seine Einweg-Natur. Während das Ermitteln des öffentlichen Schlüssels aus dem privaten Schlüssel einfach ist, ist das Umkehren praktisch unmöglich. Folglich ist Ihr privater Schlüssel Ihr Zugang zum Bitcoin-Netzwerk. Er befähigt Sie, eine Empfangsadresse für Coins zu erzeugen und diese anschließend auszugeben.

Der Schnorr-Signaturalgorithmus hat dem Bitcoin-Ökosystem bedeutende Veränderungen gebracht. Als interessante Alternative zu ECDSA bietet er potenzielle Vorteile wie verbesserte Skalierbarkeit, mehr Privatsphäre und die Möglichkeit, neue Funktionen in Bitcoins Smart Contracts zu ermöglichen.

Was sind digitale Signaturen?

Im Bereich der Signaturen bieten digitale Pendants ein deutlich höheres Maß an Sicherheit gegenüber ihren Stift-und-Papier-Vorfahren. Im Gegensatz zu leicht fälschbaren handschriftlichen Unterschriften bieten digitale Signaturen einen nahezu unüberwindbaren Schutz, selbst wenn man unendlich viel Zeit hätte, um eine Fälschung zu versuchen.

Digitale Signaturen finden viele Anwendungen. Ein beliebiges Szenario besteht darin, die Urheberschaft einer bestimmten Nachricht nachzuweisen. Dazu wird aus einem privaten Schlüssel, einer enorm großen und vertraulichen Zahl, ein öffentlicher Schlüssel abgeleitet. Dieser Ableitungsprozess nutzt komplexe mathematische Operationen auf der secp256k1-Kurve. Aus dem öffentlichen Schlüssel kann außerdem eine öffentliche Adresse generiert werden.

Wesentlich ist, dass das Teilen Ihres öffentlichen Schlüssels kein Sicherheitsrisiko darstellt. Er kann offen auf Ihrer Website oder in Ihrem Twitter-Profil angezeigt werden, sodass andere Ihre Identität verifizieren können. Ebenso ermöglicht das Teilen öffentlicher Adressen anderen, Ihnen Kryptowährungen sicher zu senden.

Mit Ihrem privaten Schlüssel können Sie eine digitale Signatur erzeugen. Dazu schreiben Sie eine Nachricht und führen eine Operation mit Ihrem privaten Schlüssel darauf aus, wodurch eine signierte Nachricht entsteht. Jeder Empfänger kann diese signierte Nachricht dann mit Ihrem öffentlichen Schlüssel vergleichen, um ihre Authentizität zu prüfen.

Immer wenn Sie eine Bitcoin-Transaktion durchführen, erstellen Sie im Grunde eine digitale Signatur, die Ihre Absicht bestätigt, zuvor erhaltene Coins zu senden. Wenn diese Transaktion an andere Knoten im Netzwerk gesendet wird, können diese die Integrität der Nachricht prüfen, indem sie bestätigen, dass die ECDSA-Signatur mit dem Inhalt der Nachricht übereinstimmt. Bei Abweichungen wird die Transaktion abgelehnt.

Was sind Schnorr-Signaturen?

Schnorr-Signaturen sind ein alternatives digitales Signaturverfahren, das mehrere Vorteile gegenüber dem derzeit verwendeten ECDSA bietet. Obwohl das Schnorr-Verfahren dem ECDSA zeitlich vorausging, verhinderte das Fehlen einer breit akzeptierten Standardisierung seine frühe Integration in Bitcoin, was manche fragen ließ, warum das so war.

Eine mögliche Erklärung ist das Patent von Claus P. Schnorr, dem Erfinder des Verfahrens. Obwohl das Patent Monate vor der Veröffentlichung des Bitcoin-Whitepapers Anfang 2008 ausgelaufen war, fand dennoch keine sofortige Standardisierung von Schnorr-Signaturen statt. Deshalb entschied sich Satoshi Nakamoto für ECDSA, eine damals weiter verbreitete und quelloffene Alternative.

Welche Vorteile haben Schnorr-Signaturen?

Schnorr-Signaturen sind ein Signaturverfahren, das aufgrund seiner Einfachheit als nachweislich sicherer gilt als manche Alternativen. Sie besitzen die wichtige Eigenschaft der Linearität, was sie besonders geeignet für Multi-Signatur-Szenarien macht. Zwar unterstützt Bitcoin bereits Multi-Sig, jedoch nicht auf die effizienteste Weise. Bei einer klassischen Multi-Signatur-Adresse wird offengelegt, wenn Sie die Mittel bewegen wollen, was für die Privatsphäre ungünstig ist. Außerdem nehmen größere Multi-Sig-Konstellationen mehr Platz auf der Blockchain ein, was zu teureren und längeren Transaktionen führt.

Schnorr-Signaturen bieten eine Lösung für diese Datenschutz- und Skalierungsprobleme. Sie ermöglichen die Signaturaggregation, bei der mehrere Signaturen zu einer einzigen verschmolzen werden. Das spart erheblichen Platz und erschwert es Beobachtern, nachzuvollziehen, wer eine Transaktion tatsächlich signiert hat. Darüber hinaus können Schnorr-Signaturen genutzt werden, um Technologien wie Atomic Swaps und das Lightning Network zu verbessern.

Schnorr-Signaturen in Bitcoin

Am 14. November 2021, in Block 709.632, wurde das Taproot-Softfork-Upgrade aktiviert, das Schnorr-Signaturen über BIP-340 einführte. Diese Implementierung markiert einen wichtigen Meilenstein für das Bitcoin-Ökosystem und bietet Vorteile wie verbesserte Privatsphäre und Skalierbarkeit. Obwohl die Verbreitung von Schnorr-Signaturen schrittweise erfolgt, wird erwartet, dass sie an Fahrt gewinnt, wenn Entwickler und Nutzer das Potenzial dieser Technologie zunehmend erkennen.

Fazit

Die Einführung von Schnorr-Signaturen war eines der mit Spannung erwarteten Ziele in der Bitcoin-Roadmap. Dieses Upgrade hat bereits substanzielle Verbesserungen in Bezug auf Privatsphäre und Skalierbarkeit gebracht. Zudem ebnet es den Weg für Weiterentwicklungen in Bitcoin-Smart-Contracts und anspruchsvolleren Konstrukten wie Taproot. Diese Entwicklungen eröffnen spannende Möglichkeiten für die Zukunft von Bitcoin.