Was sind Schnorr-Signaturen?

Im Gegensatz zu den meisten Blockchains ist BTC seit seinen Anfängen weitgehend unverändert geblieben, wobei die meisten Upgrades begrenzt sind und eher auf die Verbesserung der Effizienz als der Funktionalität des Netzwerks abzielen. Aktualisierungen des BTC-Protokolls sind sehr selten und werden häufig für technische Verbesserungen verwendet, um die Stabilität und Sicherheit des Netzwerks zu gewährleisten.

Ein wichtiges Upgrade für BTC ist Taproot, das mehrere Verbesserungen einführt, darunter Schnorr-Signaturen. Schnorr-Signaturen bieten gegenüber dem bisherigen Mechanismus zur Schlüsselgenerierung und -verifizierung (ECDSA) mehrere Vorteile.

In diesem Artikel erklären wir, was eine Schnorr-Signatur ist und wie sie digitale Signaturen auf BTC schneller und effizienter macht.

Digitale Unterschrift

Digitale Signaturen sind mathematische Schemata, mit denen die Authentizität und Integrität digitaler Informationen überprüft wird. Sie bieten eine Möglichkeit zu beweisen, dass eine Nachricht von einem bestimmten Absender gesendet wurde (Authentizität) und während der Übertragung nicht verändert wurde (Integrität). Mit anderen Worten: Eine digitale Signatur unterscheidet sich nicht wesentlich von einer physischen Signatur, und der Absender authentifiziert seine Identität und seine spezifische Absicht durch seine eindeutige Signatur.

Digitale Signaturen werden häufig bei der Softwareverteilung, bei Finanztransaktionen, bei Vertragsverwaltungssoftware und in vielen anderen Situationen verwendet, in denen Fälschungen oder Manipulationen erkannt werden müssen.

Die Bedeutung digitaler Signaturen in BTC wird von Satoshi Nakamoto im BTC-Whitepaper wie folgt beschrieben:

• „Wir definieren eine elektronische Münze als eine Kette digitaler Signaturen. Jeder Besitzer überträgt Münzen, indem er den Hash der vorherigen Transaktion und den öffentlichen Schlüssel des nächsten Besitzers digital signiert und am Ende der Münze an den nächsten Besitzer anfügt.“ Der Zahlungsempfänger kann die Signatur überprüfen, um den Besitz einer Kette zu verifizieren.“*

Im Fall von BTC wird eine digitale Signatur verwendet, um den Besitzer des mit der Adresse verknüpften privaten Schlüssels zu verifizieren, ohne den privaten Schlüssel dem Netzwerk preiszugeben. Wenn eine Transaktion zur Aufnahme in einen Block übermittelt wird, prüfen Knoten im Bitcoin-Netzwerk, ob die Signatur mit der Nachricht übereinstimmt, und akzeptieren die Transaktion, wenn dies der Fall ist.

**Was ist eine Schnorr-Signatur? **

Schnorr-Signaturen sind ein digitales Signaturschema, das Transaktionen und Nachrichten effizient und sicher signiert. Es wurde erstmals 1991 in einer Arbeit von Claus Schnorr beschrieben.

Als Algorithmus, der die Kryptographie mit elliptischen Kurven nutzt, wird Schnorr als Teil der BTC-Technologie-Roadmap vorgeschlagen, um den Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) zu ersetzen. Schnorr wurde für seine Einfachheit, nachweisbare Sicherheit und Linearität gelobt. Da Schnorr weniger Rechenaufwand erfordert als ECDSA, gilt es als geeignet für Kryptowährungstransaktionen.

Vorteile von Schnorr-Signaturen

Schnorr-Signaturen bieten mehrere Vorteile, darunter hohe Effizienz und verbesserten Datenschutz, während alle Funktions- und Sicherheitsannahmen von ECDSA erhalten bleiben. Schnorr-Signaturen ermöglichen kleinere Signaturgrößen, schnellere Überprüfungszeiten und eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen bestimmte Arten von Angriffen.

Der bemerkenswerteste Vorteil von Schnorr-Signaturen ist die Schlüsselaggregation – die Zusammenfassung mehrerer Signaturen zu einer einzigen Signatur, die für die Summe ihrer Schlüssel gültig ist. Mit anderen Worten ermöglicht Schnorr mehreren zusammenarbeitenden Parteien, eine Signatur zu generieren, die für die Summe ihrer öffentlichen Schlüssel gültig ist.

Durch die Signaturaggregation können die Signaturen mehrerer Unterzeichner zu einer einzigen Signatur zusammengefasst werden

Die Schlüsselaggregation senkt die Transaktionsgebühren und verbessert die zugrunde liegende Skalierbarkeit, da elektronische Signaturen aus Multi-Signatur-Setups den gleichen Platz in einem Block beanspruchen wie Signaturen aus Einparteien-Transaktionen. Diese Funktion von Schnorr kann verwendet werden, um die Größe von Multisig-Zahlungen und anderen Multisig-bezogenen Transaktionen, wie z. B. Lightning-Channel-Transaktionen, zu reduzieren.

Eine weitere wichtige Eigenschaft von Schnorr-Signaturen ist die Unveränderlichkeit. Im Zusammenhang mit digitalen Signaturen bezieht sich Manipulation auf die Fähigkeit eines Angreifers, eine gültige Signatur so zu ändern, dass die geänderte Signatur weiterhin gültig ist und eine Nachricht authentifiziert, die von der Originalsignatur abweicht. Dies kann zu ernsthaften Problemen bei Kryptowährungsanwendungen führen, bei denen ein böswilliger Angreifer Transaktionssignaturen ändern kann, um den Betrag der übertragenen Gelder zu erhöhen oder den Empfänger der Gelder zu ändern.

Schnorr bietet auch viele Datenschutzvorteile. Es kann dazu führen, dass Multi-Signatur-Systeme äußerlich nicht von herkömmlichen einzelnen öffentlichen Schlüsseln zu unterscheiden sind, und Schnorr erschwert es Beobachtern, bei Aktivitäten in der Kette zwischen Multi-Signatur-Ausgaben und Einzel-Signatur-Ausgaben zu unterscheiden. Darüber hinaus macht es Schnorr in einem n-of-m-Multisig-Setup für einen externen Beobachter schwieriger, anhand der On-Chain-Informationen festzustellen, welche Teilnehmer eine Transaktion unterzeichnet haben und welche nicht.

Anwendung von Schnorr in BTC

Schnorr-Signaturen wurden im Rahmen des Taproot-Soft-Fork-Upgrades in BIP-340 implementiert und am 14. November 2021 bei Blockhöhe 709.632 aktiviert. Wie andere BTC-Upgrade-Vorschläge wurde auch über Taproot von BTC-Minern abgestimmt. Taproot ist eine Sammlung von Protokollverbesserungen, die mehrere neue Funktionen einführen, die Art und Weise ändern, wie Transaktionen in der Blockchain verarbeitet werden, und neue Skriptfunktionen ermöglichen. Taproot gilt als eines der bedeutendsten BTC-Updates seit der Einführung von Segregated Witness im Jahr 2017.

Schnorr macht die digitalen Signaturen von BTC schneller, sicherer und einfacher zu verarbeiten. Insbesondere sind Schnorr-Signaturen abwärtskompatibel mit den kryptografischen Algorithmen von BTC, sodass sie über Soft-Fork-Upgrades eingeführt werden können.

Vergleich von Schnorr-Signatur und ECDSA

Wie bereits erwähnt, bieten Schnorr-Signaturen gegenüber ECDSA mehrere Vorteile, darunter kleinere Signaturgrößen, schnellere Überprüfungszeiten und eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen bestimmte Arten von Angriffen. Schnorr-Signaturen ermöglichen außerdem die Signaturaggregation, was die Transaktionsgebühren senkt und die Skalierbarkeit verbessert.

Es ist erwähnenswert, dass Schnorr-Signaturen zwar als besser für BTC geeignet angesehen werden, ECDSA jedoch immer noch weit verbreitet ist und als sicheres Signaturschema gilt. Die Wahl zwischen Schnorr-Signaturen und ECDSA kann von bestimmten Anwendungsfällen und Sicherheitsanforderungen abhängen.