Ethereum Foundation veröffentlicht Roadmap für Quantensicherheit mit vier geplanten Hard Forks

Die Ethereum Stiftung hat veröffentlicht eine strukturierte Fahrplan Um das Netzwerk vor Bedrohungen durch Quantencomputer zu schützen, werden vier geplante Hard Forks und eine Reihe von Protokolländerungen vorgestellt, die alle Schichten des Ethereum-Stacks betreffen werden. Die Stiftung geht davon aus, dass die grundlegende Überarbeitung bis 2029 abgeschlossen sein wird, die vollständige Migration im gesamten Ökosystem wird jedoch voraussichtlich noch einige Jahre darüber hinaus dauern.

Warum bereitet sich Ethereum jetzt auf Quantenbedrohungen vor?

Quantencomputer, die die kryptografischen Systeme von Blockchain-Netzwerken knacken können, werden nach Einschätzung der meisten Entwickler voraussichtlich erst in acht bis zwölf Jahren verfügbar sein. Trotz dieses Zeitrahmens hat die Ethereum Foundation deutlich gemacht, warum die Arbeit jetzt beginnen muss.

Die Migration eines dezentralen globalen Protokolls ist ein langwieriger Prozess. Sie erfordert jahrelange Forschung, Entwicklung, formale Verifizierung und teamübergreifende Koordination auf allen Ebenen eines Systems, das Vermögenswerte in Milliardenhöhe verwaltet. Die Stiftung hat dies als technisches Problem mit konkreten Fristen und nicht als ferne, hypothetische Frage formuliert.

Die Forschung zur Post-Quanten-Kryptographie bei der Ethereum Foundation läuft bereits seit über acht Jahren und umfasst Teams, die sich mit Kryptographie, Protokollarchitektur und Koordination befassen. Der kürzlich veröffentlichte Fahrplan markiert den Übergang von dieser unstrukturierten, explorativen Forschungsphase zu einem strukturierten und öffentlich zugänglichen Plan mit konkreten Fork-Zielen.

Das Kernproblem bei Quantencomputing und Blockchains

Die Public-Key-Kryptographie bildet die Grundlage für digitales Eigentum, Authentifizierung und Konsens in allen wichtigen Blockchain-Netzwerken, einschließlich Ethereum. Vereinfacht gesagt, ist sie das System, das beweist, dass Sie Ihre Wallet besitzen und Ihre Transaktionen autorisiert. Es wird allgemein erwartet, dass Quantencomputer, sobald sie leistungsstark genug sind, dieses System knacken können, indem sie die mathematischen Probleme lösen, die es derzeit sichern.

Für Ethereum erstreckt sich diese Bedrohung über drei verschiedene Ebenen seines Protokolls, von denen jede eine eigene Migrationsstrategie erfordert.

Was sind die vier Hard Forks in Ethereums Quantum-Roadmap?

Das Forschungsteam der Ethereum Foundation hat vier konkrete Protokoll-Upgrades vorgeschlagen, die jeweils einen anderen Aspekt der Quantenstabilität verbessern sollen. Ein Hard Fork ist, für diejenigen, die mit diesem Begriff weniger vertraut sind, eine dauerhafte Änderung der Blockchain-Regeln, die ein Upgrade aller Teilnehmer erfordert, um weiterhin mit dem Netzwerk kompatibel zu sein.

Die vier geplanten Modernisierungen sind:

• Fork Ich werde den Netzwerkvalidatoren einen quantensicheren öffentlichen Schlüssel zur Verfügung stellen, der schnell aktiviert werden kann, falls ein leistungsfähiger Quantencomputer früher als erwartet verfügbar sein sollte.
• Fork J wird die Gaskosten für die Verifizierung sicherer Post-Quanten-Signaturen senken und die neuen kryptografischen Methoden dadurch in großem Umfang praktikabler machen.
• Fork L wird die Fähigkeit des Netzwerks, den Blockchain-Zustand in Zero-Knowledge-Beweisen darzustellen, komprimieren und so die Effizienz unter den neuen kryptografischen Standards verbessern.
• Fork M wird den Quantenschutz auf die Layer-2-Netzwerke von Ethereum ausweiten, die den Großteil der nutzerseitigen Aktivitäten im Ökosystem verarbeiten.

Die Entwickler erwägen, die ersten beiden Forks, Fork I und Fork J, in den kommenden Hegota Hard Fork aufzunehmen, dessen Veröffentlichung noch in diesem Jahr erwartet wird.

Wie wird sich der Übergang auf die einzelnen Schichten des Ethereum-Protokolls auswirken?

Die Migration wird alle drei Kernprotokollschichten betreffen, jede mit ihrem eigenen technischen Ansatz und Zeitplan.

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Auf der Ausführungsebene liegt der Fokus darauf, Nutzern durch Kontoabstraktion den Umstieg auf quantensichere Authentifizierung zu ermöglichen. Kontoabstraktion ist ein Mechanismus, der es Wallets erlaubt, nach programmierbaren Regeln anstatt nach festen kryptografischen Annahmen zu arbeiten. Dadurch können Nutzer ohne erzwungenes, netzwerkweites Upgrade auf neue Signaturverfahren umsteigen.

Auf der Konsensschicht ist die Herausforderung komplexer. Ethereum verwendet derzeit BLS-Signaturen zur Validator-Authentifizierung. BLS ist ein Signaturverfahren, das aufgrund seiner Fähigkeit geschätzt wird, Tausende einzelner Validator-Signaturen zu einem einzigen kompakten Beweis zusammenzufassen. Dies ist entscheidend für ein Netzwerk mit Hunderttausenden aktiven Validatoren. 

Post-Quanten-Alternativen, insbesondere Hash-basierte Signaturen mit dem Schema leanXMSS, verfügen nicht über dieselben nativen Aggregationseigenschaften. Um dies auszugleichen, entwickeln Ethereum-Forscher einen SNARK-basierten Aggregationsansatz, der eine minimale Zero-Knowledge-VM namens leanVM verwendet.

Auf der Datenschicht erstreckt sich die Migration auch auf die Sicherung der Netzwerkverarbeitung von BLOB-Objekten. BLOBs sind große Datenpakete, die die Datenverfügbarkeit auf Schicht 2 gewährleisten. Das Dencun-Upgrade von 2024 führte die BLOB-Verarbeitung ein, um die Gebühren auf Schicht 2 deutlich zu senken. Die Gewährleistung der Post-Quantensicherheit der Infrastruktur ist ein notwendiger Bestandteil des umfassenderen Übergangs.

Die Skalierbarkeitsherausforderung in der Post-Quanten-Kryptographie

Ein wiederkehrendes technisches Problem postquantenkryptografischer Verfahren besteht darin, dass sie tendenziell deutlich größere Signaturen erzeugen und mehr Rechenressourcen benötigen als die Methoden, die sie ersetzen. Dies steht im direkten Widerspruch zu Ethereums Bestrebungen, die Gebühren niedrig und den Transaktionsdurchsatz hoch zu halten.

Die Entwicklung von Zero-Knowledge-basierten Aggregationsverfahren ist das wichtigste Werkzeug, mit dem Ethereum-Forscher diesen Zielkonflikt bewältigen. Ziel ist es, den erhöhten kryptografischen Aufwand aufzufangen, ohne die Kostensteigerungen proportional an Nutzer oder Validatoren weiterzugeben.

Das übergeordnete Prinzip, das den Übergang leitet, ist das, was Forscher als „kryptografische Agilität“ bezeichnen. Damit ist gemeint, dass das Protokoll so konzipiert ist, dass seine kryptografischen Kernelemente im Laufe der Zeit ausgetauscht werden können, ohne dass eine aufwändige, umfassende Netzwerküberholung erforderlich ist.

Welchen Platz nimmt die Quantum-Roadmap in Ethereums umfassenderen Upgrade-Plan ein?

Die Roadmap für Quanten-Technologien erscheint in einer Zeit, in der der Fokus verstärkt auf die technische Kernausrichtung von Ethereum gerichtet ist. Anfang dieses Jahres hatte Mitgründer Vitalik Buterin öffentlich angefochten Die Annahme, dass das Wachstum des Layer-2-Netzwerks automatisch mit einer Skalierung von Ethereum selbst einhergeht, führte zu einer breiteren Diskussion darüber, wie die langfristige Architektur des Netzwerks tatsächlich aussehen sollte.

Die Post-Quanten-Strategie ist ein direkter Bestandteil dieser neu ausgerichteten Roadmap. Buterin bezeichnete das Post-Quanten-Planungsdokument der Stiftung als „sehr wichtig“ und veröffentlichte separat Vorschläge zu Verschlüsselungsalgorithmen und Transaktionsverifizierungsmethoden, die auf dieselbe Bedrohung abzielen. Während in früheren Upgrade-Zyklen Benutzerfreundlichkeit und Gebührensenkung im Vordergrund standen, wird in der aktuellen Phase die langfristige kryptografische Sicherheit als primäres Designkriterium eingeführt.

Ressourcen

1. Ethereum Foundation auf XBeitrag vom 24. März

2. Post Quantum Ethereum-WebsiteAllgemeine Informationen

3. Bericht von CoinDeskEthereum steht vor einer entscheidenden Wende: Der Druck durch Skalierung, Quantencomputer und KI nimmt stetig zu.

4. Bericht von DL NewsEthereum Layer 2 neu überdenken? Vitalik Buterin stellt inmitten des Kurssturzes eine neue Roadmap vor.