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Taproot: Wie Schnorr-Signaturen Bitcoin privater machen

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Mit dem bevorstehenden Taproot-Update werden auch die Schnorr-Signaturen in Bitcoins Quellcode implementiert. Damit soll das Netzwerk effizienter und Transaktionen privater werden. Was du über die lang erwartete Soft Fork wissen musst.

Dieser Artikel erschien zunächst in der Juni-Ausgabe des Kryptokompass, dem Magazin für alles rund ums Thema Blockchain. Ihr wollt mehr darüber erfahren? Dann klickt auf diesen Button:

Bis Bitcoin neue Software-Updates implementiert hat, kann es schon mal dauern. Bereits 2018 war erstmals die Rede von Taproot, als Bitcoin Core Developer Gregory Maxwell das mögliche Update, das unter anderem einen neuen Signatur-Algorithmus implementieren sollte, umriss. Seither sind drei Jahre ins Land gezogen und Taproot ist noch immer Zukunftsmusik. Doch das könnte sich bald ändern. Denn mit Bitcoins Difficulty Epoch 338 hat man auch das sogenannte “Speedy Trial” implementiert. Dabei handelt es sich um ein Update, das Minern gewährt, zusätzliche Daten in geschürfte Blöcke einzubinden und damit ihre Unterstützung für Taproot signalisieren. Entscheiden sich bis Ende einer Difficulty-Periode (nach 2.016 Blöcken) mindestens 90 Prozent der Miner für eine Taproot-Unterstützung, wird das Update im November dieses Jahres als Soft Fork in den Quellcode eingeführt. Auch dieser Implementierungsprozess ist neu.

Nach Angabe von taproot.watch, sind über 90 Prozent der Mining Pools an Bord. Damit ist Taproot “eingeloggt” und wird bei Block 709.632 aktiviert. Voraussichtlich ist das Mitte November dieses Jahres der Fall.

Was steckt in dem Update?

Taproot ist im Kern ein technisches Update des Bitcoin-Quellcodes, das mehrere Änderungen umfasst. Als wichtigste Neuerung gilt die Implementierung von Schnorr-Signaturen, die die bekannten ECDSA-Signaturen ergänzen sollen. 

Nun wird es kurz technisch: ECDSA steht für “Elliptic Curve Digital Signature Algorithm” und bildet das Herz von Bitcoins Kryptografie. Stark verkürzt ausgedrückt stellt diese Form der kryptografischen Signatur sicher, dass nur rechtmäßige Besitzer (im Sinne der Protokollregeln) von Private Keys UTXOs, also BTC, ausgeben können, die mit diesem Key verknüpft sind. Der Sinn der digitalen Signatur ist es, einen Nachweis zu erbringen, dass man Besitzer der jeweiligen BTC ist, ohne dabei den Private Key offenzulegen. Dies geschieht mithilfe der ECDSA-Signatur.

Mit der Aktivierung von Taproot wird Bitcoin um eine Möglichkeit der Signatur erweitert: Die Rede ist von Schnorr. Schnorr bietet dieselbe Sicherheit, die auch ECDSA-Signaturen bieten, hat darüber hinaus aber einige Features, die Bitcoin verbessern. So lassen Schnorr-Signaturen etwa Key Aggregation zu – ein Feature, das ECDSA nicht bietet. Mithilfe von Key Aggregation können verschiedene Public Keys zusammengefasst werden. Diese muss der Nutzer oder die Nutzerin dann nur einmal mithilfe eines einzigen Private Keys signieren. Wer aktuell etwa ein MultiSig-Schema aufsetzen will, muss für jeden der beteiligen Keys eine Signatur erstellen, die das Netzwerk jeweils auf ihre Authentizität prüft. Das ist aber deutlich aufwändiger, als alle beteiligen Keys zu aggregieren und dann nur ein Script laufen zu lassen, das die Signatur prüft.

Bitcoin wird privater

Neben dem Effizienzgewinn bieten Schnorr-Signaturen einen erheblichen Zugewinn an Privacy. Denn anders als mit dem aktuellen ECDSA-Schema sind MultSig-Transkationen, die mithilfe von Schnorr erstellt wurden, von “normalen” SingleSig-Transaktionen für Blockchain-Beobachter nicht mehr zu unterscheiden.

Wie im Schaubild zu sehen ist, wird hier aus einem 3-aus-3-MultiSig ein einzelner Public Key abgeleitet. Dessen zugehöriger Private Key reicht aus, die UTXO auszugeben. 

Vor allem Lightning wird der Einführung der Schnorr-Signaturen erheblichen Rückenwind verleihen. Schließlich ist die Eröffnung von Lightning Channels auf der Blockchain aufgrund des 2-aus-2-MultiSig als solche leicht zu erkennen. Dies ist einer der Hauptgründe, wieso Lightning eben doch nicht so privat ist, wie häufig angenommen.

Eigentlich hätte man Schnorr wohl von Anfang an als Bitcoins nativen Signatur-Algorithmus verwenden wollen. Für ECDSA entschied sich Satoshi dem Vernehmen nach nur, weil Schnorr bis kurz vor Start des Genesis-Blocks noch patentrechtlichen Beschränkungen unterlag. Diese sind jedoch mittlerweile aufgehoben.

Das umständliche Procedere bis zur Veröffentlichung des Updates zeigt einmal mehr, wie sorgsam die Core Developer selbst mit scheinbar trivialen Änderungen am Quellcode umgehen. An dem Projekt arbeiten neben Gregory Maxwell noch Entwicklergrößen wie Jonas Nick und Pieter Wuille – allesamt Developer mit langjähriger Erfahrung. Auch die Implementierung des “Speedy Trial” genannten Einführungsmechanismus ist neu. Sinn war es, die Miner an Bord zu bringen – ein cleverer Schachzug, die verschiedenen Stakeholdergruppen zu organisieren. Wenn alles glattläuft, wird Bitcoin mit Block 709.632 (voraussichtlich im November 2021) ein gutes Stück privater und effizienter. Das dürfte auch dem Kurs nicht schaden.


Quelle: BTC Echo

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