Was bedeuten Schnorr-Signaturen für Bitcoin?

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(TL;DR)

• Die Schnorr-Signatur ist das Signaturschema, das mit dem Taproot-Upgrade entwickelt wurde, um einige der Mängel des ECDSA-Protokolls zu beheben.
• Schnorr funktioniert ähnlich wie ECDSA, hat aber eine Menge Vorteile gegenüber diesem.
• Die Schnorr-Signatur fasst mehrere Signaturen zusammen, wenn eine Transaktion mehr als eine Hauptadresse hat.
• Sie benötigen weniger Platz und ermöglichen eine Skalierung auf der ersten Ebene, indem sie die Anzahl der Transaktionen pro Block erhöhen.
• Die Schnorr-Signatur bietet auch Sicherheit gegen Spam-Angriffe auf Bitcoin.
• Berechnungen in Schnorr-Signaturen und Zufallszahlen können Transaktionen verzögern, und der Computer verbraucht mehr Ressourcen für die Rechenleistung.

Stichworte: Schnorr-Signatur, Bitcoin-Netzwerk, BTC, Digitale Signatur, ECDSA, Privater Schlüssel.

Bitcoin setzt die Eigentumsrechte mit einem digitalen Signaturalgorithmus durch, der die Ableitung öffentlicher Schlüssel aus den privaten Schlüsseln verschiedener Nutzer ermöglicht.
Ein privater Schlüssel ist ein einzigartiges Identitätsmittel im Blockchain-Netzwerk und ermöglicht es den Nutzern, eine Adresse für den Empfang und die Übertragung von Münzen zu generieren.

Der Algorithmus für digitale Signaturen, den Bitcoin früher verwendete, war der Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA). ECDSA wurde von Bitcoin implementiert, weil es quelloffen, vertrauenswürdig und für die Übernahme gut untersucht ist.

Obwohl der ECDSA die Sicherheit des Netzwerks und der Transaktionen erleichterte, hatte er einige Nachteile, darunter den fehlenden Patentschutz. Daher beschlossen die Entwickler, dass Bitcoin einen anderen Signaturalgorithmus, die Schnorr-Signatur, verwenden sollte, der mehr Vorteile bietet.

Quelle: coingeek/ “coingeek”)

Die Schnorr-Signatur ist ein Signaturalgorithmus, der die Elliptische Kurven-Kryptografie (ECC) verwendet, ähnlich wie ECDSA. Die Schnorr-Signatur nutzt eine neue Technologie, das sogenannte Taproot-Upgrade, um die Kapazität und Skalierbarkeit des gesamten Blockchain-Netzwerks zu verbessern.

Schnorr-Signaturen bieten zahlreiche Vorteile gegenüber ECDSA in Bezug auf Skalierbarkeit und Speicherung und zielen darauf ab, die Privatsphäre von Bitcoin und anderen Kryptowährungen zu verbessern.
Der Schnorr-Signaturalgorithmus wurde erstmals in den 1980er Jahren von dem deutschen Kryptographen Claus Schnorr entwickelt.

Wie funktionieren Schnorr-Signaturen?

Schlüssel-Aggregation
Die Schnorr-Signatur verfügt über eine “lineare” Funktion, die es ermöglicht, die öffentlichen Schlüssel mehrerer Benutzer durch lineare Berechnung zu einem öffentlichen Schlüssel zu aggregieren und die entsprechende aggregierte Signatur zu erzeugen.

Mit anderen Worten: Die Schnorr-Technologie fasst mehrere Signaturen zu einer einzigen zusammen und trägt so dazu bei, die Vertraulichkeit von Transaktionen zu fördern, Kosten durch Mehrfachsignaturen im Entsperrungsskript zu sparen, wichtigen Platz auf der Kette zu sparen und eine Expansion zu realisieren.

Taproot-Technologie
Die Bedeutung der Schnorr-Signatur für Bitcoin beruht auch auf ihrer tragenden Rolle für Technologien wie Taproot. Taproot ist von MAST (Merkelized Abstract Syntax Tree) abgeleitet, das komplexe __s in Form von Merkel-Bäumen ausdrücken kann. Eine der wesentlichen Eigenschaften des Merkel-Baums besteht darin, dass er die Existenz eines Knotenwerts schnell überprüfen kann, ohne die wahren Daten irrelevanter Zweige preiszugeben. Er wird häufig zur Speicherung von Transaktionen und Zustandsdaten in der Blockchain verwendet.

Skalierbarkeit
Die Schnorr-Signatur ermöglicht die Aggregation von Schlüsseln, so dass Bitcoin-Knoten Signaturen in Stapeln validieren können. Diese Batch-Validierung reduziert die Zeit und die Rechenleistung, die für den Nachweis einer Transaktion mit mehreren Eingaben erforderlich ist, erheblich.

Multi-Sig-Schema
Multi-Signatur-Transaktionen (Multi-Sig) erfordern, wie der Name schon sagt, mehrere Signaturen, um bestimmte Bitcoin-Beträge zu übertragen.
Der Schnorr-Signaturalgorithmus ermöglicht es, öffentliche Schlüssel zu einem einzigen öffentlichen Schlüssel zusammenzufassen, so dass die Gruppe eine digitale Signatur erstellen kann, die mehrere unabhängige Signaturen darstellt.

Geringere Kosten
Schnorr macht große Multisig-Schemata für Nutzer und das Bitcoin-Netzwerk viel attraktiver. Er reduziert die Kosten für den Geldtransfer für die Nutzer und die Skalierungsprobleme, die mit einer stärkeren Nutzung von Multisig-Transaktionen verbunden sind.

In einem 2 von 3 Multisig-Setup mit Schnorr-Signaturen kann beispielsweise die Anzahl der öffentlichen Schlüssel, die das Bitcoin-Netzwerk kennen muss, um 67% und die Anzahl der erforderlichen Signaturen um 50% reduziert werden. Dies würde die Menge der Daten, die das Bitcoin-Netzwerk verfolgen und aufzeichnen muss, erheblich reduzieren.

Sicherheit des Netzwerks
Das Schnorr-Signaturverfahren ermöglicht eine Verbesserung der Netzwerksicherheit gegen Spammer-Angriffe. Bei dieser Implementierung müsste ein Angreifer viel mehr Transaktionen senden, um den gleichen Platz innerhalb eines Blocks zu belegen. Dadurch wird der Angriff teurer und für den Angreifer weniger durchführbar.

Datenschutz
Die Schlüsselaggregation verbessert die Skalierbarkeit, indem sie die Datenmenge reduziert, die erforderlich ist, um Geldmittel in einer Multi-Sig-Wallet zu bewegen, und verbessert auch die Privatsphäre für diese Art von Transaktionen.

Für das Bitcoin-Netzwerk erscheinen Multisig-Setups, die auf dem Schnorr-Signaturalgorithmus basieren, als ein öffentlicher Schlüssel mit einer digitalen Signatur. Im Gegensatz dazu sind der öffentliche Schlüssel und die digitalen Signaturen Kombinationen aus mehreren Schlüsseln und mehreren Signaturen.

Dies fördert die Privatsphäre jedes Teilnehmers in der Multisig-Konfiguration. Das Netz kennt die öffentlichen Schlüssel nicht, die zur Erstellung des aggregierten öffentlichen Schlüssels erforderlich sind, und weiß nicht, welche Parteien die Transaktion unterzeichnet haben.

Die Implementierung dieses Signaturschemas kann die Privatsphäre im Netz verbessern, da Schnorr-Signatur-Transaktionen identisch aussehen wie herkömmliche Transaktionen mit einer Signatur. Sie sind also nicht voneinander zu unterscheiden.

Aufgrund der Eigenschaft von Schnorr-Signaturen, private Schlüssel zu aggregieren, sind mehrere Interaktionsrunden zwischen den Nutzern erforderlich, was eine größere Herausforderung darstellt als das bisherige ECDSA. Außerdem stellt es relativ hohe Anforderungen an die Zufallszahlen. Die Berechnung dieser Signaturen und Zufallszahlen ist ein langwieriger Prozess; dies führt zu einer leichten Verzögerung bei der Übermittlung von Transaktionen, und der Computer verbraucht mehr Ressourcen für die Computerbandbreite.

Die Schnorr-Signatur existierte bereits vor ECDSA, wurde aber nicht von Anfang an in Bitcoin integriert.

Eine Erklärung dafür ist, dass Claus Schnorr die Schnorr-Signatur bei ihrer Erfindung im Jahr 1990 patentieren ließ. Dies schränkte in gewisser Weise die Verwendung und weitere Innovation von Schnorr-Signaturen ein. Da ECDSA quelloffen war, wurde es gründlich getestet, war vertrauenswürdig und fand daher weite Verbreitung. Trotz der Tatsache, dass das Schnorr-Patent 2008 auslief - im selben Jahr, in dem Bitcoin gegründet wurde -, kam man zu dem Schluss, dass Schnorr-Signaturen nicht die nötige Akzeptanz und Prüfung hatten, um ein so wichtiges wie Bitcoin zu schützen.

Die Schnorr-Signatur ist eine der relevanten Technologien, die das Bitcoin-Netzwerk insgesamt verbessern. Im Vergleich zu ECDSA ist die Schnorr-Signatur sicherer und skalierbarer und führt auch zu einer Erweiterung des Raums in der Bitcoin-Kette.

Es ist zu erwarten, dass die Schnorr-Signatur in den kommenden Jahren weitere neue technische Entwicklungen für das Bitcoin-Protokoll und die Blockchain-Welt bringen wird.

Autor： M. Olatunji, Gate.io Researcher
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