Wichtige Einblicke:
- Vitalik Buterin kartierte vier Quantenrisiken.
- Ethereum könnte BLS und KZG ersetzen.
- Die rekursive STARK Aggregation zielt darauf ab, die Kosten zu senken.
Ethereum-Mitbegründer Vitalik Buterin veröffentlichte am 26. Februar eine Roadmap zur Quantenresistenz, in der er Korrekturen für vier verwundbare Komponenten des Netzwerks vorschlug. Er sagte, dass Konsenssignaturen, Datenverfügbarkeit, Konten in externem Besitz und Zero-Knowledge-Proofs einem langfristigen Quantenrisiko ausgesetzt sind.
Der Vorschlag sieht einen Stufenplan vor, um Ethereum zu härten, bevor große Quantenmaschinen auftauchen.
Das Quantencomputing hat sich von der Theorie zur angewandten Forschung entwickelt und wirft Fragen zur Haltbarkeit der Kryptographie auf. Ethereum verlässt sich auf elliptische Kurven und paarweise Kryptographie, die aktuelle Maschinen nicht brechen können.
Buterin wies jedoch darauf hin, dass die Vorbereitungen frühzeitig beginnen müssen, da Protokolländerungen Koordination, Tests und Netzwerk-Upgrades zwischen Validierern und Entwicklern erfordern.
Konsenssignaturen Gesicht Hash-Funktion Shift
Vitalik Buterin schrieb auf X, dass die Konsensschicht von Ethereum derzeit von Boneh-Lynn-Shacham-Signaturen abhängt, die durch Quantenalgorithmen geschwächt werden könnten. Er schlug vor, sie durch Hash-basierte Signaturen im Rahmen eines “schlanken” Konsensdesigns zu ersetzen.
Dieses Modell würde Signaturen unter Verwendung von STARK-Beweisen zusammenfassen, um die Effizienz zu erhalten und gleichzeitig die paarweise Kryptographie zu eliminieren.
Der Ethereum-Mitbegründer warnte davor, dass die Wahl der nächsten Hash-Funktion langfristige Konsequenzen mit sich bringt. Konventionelles Hashing konnte die Durchsatzziele von Ethereum nicht erreichen.
Poseidon2 wurde in jüngster Zeit von Wissenschaftlern kritisch beäugt, während Poseidon1 diesen Bedenken auswich, aber langsamer arbeitete. Außerdem stellte er BLAKE3 als eine Alternative vor, die auf konventioneller Kryptographie basiert.
Diese Umstellung würde die Abhängigkeit von algebraischen Konstruktionen verringern, die durch den Shor-Algorithmus anfällig sind. Allerdings würde dies koordinierte Client-Upgrades und eine sorgfältige Planung der Rückwärtskompatibilität erfordern. Vor der endgültigen Einführung von Lean schlug er einen Zwischenschritt mit weniger Signaturen pro Slot vor, um den Implementierungsdruck zu verringern.
Kompromisse zwischen Datenverfügbarkeit und Kontosicherheit
Buterin erklärte, dass Ethereum derzeit Kate-Zaverucha-Goldberg-Verpflichtungen für die Überprüfung von Blob-Daten verwendet. Diese Struktur ermöglichte eine Löschkodierung und ein zweidimensionales Sampling der Datenverfügbarkeit. Er sagte, dass die Ersetzung durch STARK-basierte Proofs technisch machbar sei, aber einen erheblichen technischen Aufwand erfordern würde.
KZG bot Linearitätseigenschaften, die die verteilte Blob-Validierung vereinfachten. STARK-Systemen fehlte diese Eigenschaft, was Skalierungsmodelle wie das zweidimensionale Sampling erschwerte. Die Roadmap von Ethereum zielt daher eher auf die Maximierung des eindimensionalen Samplings ab als auf eine aggressive Ausweitung des Durchsatzes.
In Bezug auf die Benutzerkonten wies Buterin auf die Signaturen des Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) als weiteres potenzielles Risiko hin. Er sprach sich dafür aus, eine native Kontoabstraktion hinzuzufügen, damit Konten quantenresistente Algorithmen verwenden können. Hash-basierte Signaturen erforderten nach aktuellen Schätzungen etwa 200.000 Gas für die Verifizierung, was weit über den heutigen Kosten liegt.
Gitterbasierte Signaturen waren sogar noch rechenintensiver. Er verwies jedoch auf die Arbeit an vektorisierten mathematischen Vorkompilierungen, die den Verbrauch erheblich reduzieren könnten. Die langfristige Entschärfung bestand in der rekursiven Aggregation auf der Protokollebene, die es ermöglichte, die Überprüfung von Signaturen auf einen einzigen Beweis zu komprimieren.
Rekursive Beweismittelaggregation als Kernstrategie
Buterin schrieb auf Ethereum Research, dass quantenresistente Beweise weitaus teurer seien als die derzeitigen lapidaren, nicht-interaktiven Wissensargumente mit Null-Wissen. Eine typische SNARK-Verifikation verbraucht zwischen 300.000 und 500.000 Gas, während eine STARK-Verifikation bis zu 10 Millionen Gas erreichen kann. Dieses Kostenprofil machte eine direkte Substitution für Datenschutzprotokolle und Schicht-2-Systeme unpraktisch.
Sein Lösungsvorschlag basierte auf den Validierungs-Frames, die im Ethereum Improvement Proposal 8141 eingeführt wurden. Transaktionen würden Signaturprüfungen innerhalb isolierter Frames durchführen, auf die externe Verträge nicht zugreifen könnten. Blockersteller oder Netzwerkteilnehmer könnten diese Frames dann durch einen rekursiven STARK ersetzen, der alle Operationen gemeinsam verifiziert.
Anstatt jeden Beweis einzeln auf der Kette zu verifizieren, würde ein einziger aggregierter Beweis Tausende gleichzeitig validieren. Er schlug vor, dass die Knoten in festen Intervallen Beweise auf der Mempool-Schicht generieren könnten, um den Bandbreiten-Overhead zu reduzieren und aufgeblähte Blöcke zu vermeiden. Dieses Design zielte darauf ab, schwere Berechnungen aus der Kette zu verlagern und gleichzeitig die deterministische Überprüfung beizubehalten.
Justin Drake, Forscher der Ethereum Foundation, stellte im August 2025 “Lean Ethereum” als Rahmenwerk für Quantensicherheit vor. Buterins Roadmap stimmt mit dieser Richtung überein, dehnt sie aber auf Konten und Beweise auf der Anwendungsebene aus. Der Vorschlag verknüpfte daher Änderungen bei Konsens, Daten und Ausführung zu einem koordinierten Sicherheitsübergang.
Die Roadmap von Ethereum verweist auch auf die laufenden Arbeiten an der “Strawmap”, die auf kürzere Slot-Zeiten und geringere Verzögerungen bei der Finalität abzielen. Buterin sagte, er erwarte eine schrittweise Verringerung der Bestätigungslatenz neben kryptographischen Upgrades. Diese Verknüpfung deutet darauf hin, dass die Entwicklung von Leistung und Sicherheit parallel und nicht nacheinander erfolgen wird.
Der nächste Schritt besteht darin, eine Hash-Funktion auszuwählen und eine frühe Kontoabstraktion einzuführen. Die Entwickler werden wahrscheinlich in den kommenden Diskussionen über den Ethereum Improvement Proposal über Kompromisse diskutieren. Die Roadmap enthält kein festes Aktivierungsdatum, aber Experimente auf der Protokollebene könnten während des nächsten Upgrade-Zyklus auftauchen.
