Bitcoin en quantumcomputers, dit is alles wat je moet weten, uitleg deel 1

Dit artikel is het eerste deel van een tweeluik over quantumcomputers en Bitcoin. In dit deel leggen we uit wat een quantumcomputer is, waarom sommige bitcoin kwetsbaar kunnen worden en hoe dichtbij zo’n aanval werkelijk is. In deel twee kijken we naar de mogelijke oplossing en de omstreden vraag of het Bitcoin-netwerk oude munten mag bevriezen.

De dreiging van quantumcomputers klinkt misschien als sciencefiction, maar binnen de cryptowereld wordt er steeds serieuzer over gesproken. Onderzoekers denken dat een zeer krachtige quantumcomputer in de toekomst een belangrijk deel van de beveiliging van Bitcoin kan breken.

Dat betekent niet dat Bitcoin nu onveilig is. De computers die daarvoor nodig zijn, bestaan nog niet. Toch willen ontwikkelaars op tijd beginnen met voorbereiden, omdat een overstap naar een nieuwe beveiliging jaren kan duren.

Wat is een quantumcomputer?

Een gewone computer werkt met bits. Een bit heeft de waarde nul of één. Een quantumcomputer werkt met qubits. Die kunnen tijdens een berekening meerdere mogelijkheden tegelijk verwerken.

Dat maakt een quantumcomputer niet automatisch sneller bij iedere taak. Voor internetten, gamen of tekstverwerking blijft een gewone computer veel geschikter.

Quantumcomputers zijn vooral sterk bij bepaalde ingewikkelde wiskundige problemen. Juist dat soort problemen vormt de basis van digitale beveiliging.

Ook banken, overheden, webwinkels en berichtenapps gebruiken beveiliging die in de toekomst kwetsbaar kan worden. De dreiging geldt dus niet alleen voor Bitcoin.

Hoe beschermt Bitcoin je munten?

Om bitcoin uit te geven, heb je een privésleutel nodig. Dat is een lange geheime code waarmee je bewijst dat de munten van jou zijn.

Bij deze privésleutel hoort een publieke sleutel. Die openbare sleutel wordt gebruikt om te controleren of een digitale handtekening echt is.

Wanneer iemand bitcoin verstuurt, maakt de wallet een digitale handtekening. Het netwerk controleert die handtekening en kijkt of de afzender de juiste privésleutel bezit. De privésleutel zelf wordt niet openbaar gemaakt.

Bitcoin gebruikt hiervoor een beveiligingsmethode die ECDSA heet. Voor gewone computers is het praktisch onmogelijk om vanuit een publieke sleutel de bijbehorende privésleutel te berekenen.

Een krachtige quantumcomputer kan dat mogelijk wel.

Hoe kan een quantumcomputer bitcoin stelen?

De grootste dreiging komt van het algoritme van Shor. Dit is een speciale rekenmethode voor quantumcomputers.

Met Shor kan een krachtige quantumcomputer bepaalde wiskundige problemen veel sneller oplossen dan een gewone computer. Bij Bitcoin kan een aanvaller daarmee mogelijk een privésleutel achterhalen zodra de publieke sleutel zichtbaar is.

Met die privésleutel kan de aanvaller een geldige transactie ondertekenen. Voor het Bitcoin-netwerk lijkt het dan alsof de echte eigenaar de munten verstuurt.

De aanvaller hoeft de blockchain dus niet te veranderen. Hij hoeft alleen de beveiliging van een wallet te breken en de bitcoin naar zijn eigen adres te sturen.

Onderzoekers hebben de geschatte hoeveelheid benodigde qubits de afgelopen jaren flink verlaagd. Daardoor lijkt het risico iets dichterbij te komen dan eerder werd gedacht.

Toch blijft de afstand tot een echte aanval groot. Bestaande quantumcomputers zijn nog lang niet krachtig en betrouwbaar genoeg.

Waarom is Bitcoin-mining minder kwetsbaar?

Bitcoin gebruikt niet alleen digitale handtekeningen. Voor het minen van nieuwe blokken wordt een andere beveiliging gebruikt, namelijk SHA-256.

Miners laten computers enorme aantallen berekeningen uitvoeren. De winnaar mag een nieuw blok met transacties toevoegen aan de blockchain.

Een quantumcomputer kan ook deze berekeningen versnellen. Daarvoor bestaat een methode die Grover heet.

Grover levert alleen een veel kleinere versnelling op dan Shor. Daardoor blijft SHA-256 zeer moeilijk te breken.

De beveiliging zou in theorie minder sterk worden, maar nog steeds praktisch onbereikbaar blijven. Bovendien zou quantummining enorme hoeveelheden apparatuur en energie vragen.

Het grootste gevaar zit daarom niet bij het maken van nieuwe bitcoin. Het risico zit vooral bij bestaande munten waarvan de publieke sleutel al zichtbaar is.

Wanneer wordt een publieke sleutel zichtbaar?

Bij veel moderne Bitcoin-adressen staat eerst alleen een digitale afdruk van de publieke sleutel op de blockchain. Zo’n afdruk heet een hash.

De echte publieke sleutel wordt vaak pas zichtbaar wanneer iemand bitcoin vanaf het adres verstuurt.

Daarom is het verstandig om een Bitcoin-adres niet steeds opnieuw te gebruiken. Na een betaling kan de publieke sleutel zichtbaar zijn, waardoor het adres in de toekomst kwetsbaarder wordt.

Bij oude Bitcoin-adressen werd de publieke sleutel soms direct op de blockchain gezet. Dat gebeurde vooral in de eerste jaren na de start van Bitcoin.

Ook bepaalde moderne transacties kunnen een publieke sleutel zichtbaar maken. Daardoor gaat het niet alleen om heel oude wallets.

Hoeveel bitcoin kunnen kwetsbaar zijn?

De schattingen lopen flink uiteen. Dat komt doordat onderzoekers verschillende adressen en transactietypes meetellen.

Sommige onderzoeken komen uit op ongeveer 4 miljoen bitcoin. Andere tellingen gaan richting 7 miljoen bitcoin.

Een vaak genoemde schatting is dat bij ongeveer een derde van alle bitcoin de publieke sleutel zichtbaar is. Dat betekent niet dat deze munten nu kunnen worden gestolen.

Ze kunnen pas echt gevaar lopen zodra er een quantumcomputer bestaat die snel genoeg een privésleutel kan berekenen.

Een groot deel van deze bitcoin kan gewoon worden verplaatst naar een nieuw en beter beveiligd adres. Het probleem zit vooral bij munten waarvan de eigenaar niet meer actief is.

Dat kan gebeuren doordat iemand is overleden, de privésleutel kwijt is of niet meer weet dat de wallet bestaat.

Waarom zijn de bitcoins van Satoshi belangrijk?

Het bekendste voorbeeld zijn de munten die worden toegeschreven aan Satoshi Nakamoto, de bedenker van Bitcoin.

Schattingen gaan uit van ongeveer 1,1 miljoen bitcoin. Deze munten stammen uit de eerste jaren van het netwerk en zijn nooit op grote schaal verplaatst.

Niemand weet wie Satoshi is, of deze persoon nog leeft en of de privésleutels nog bestaan.

Juist daardoor vormen deze bitcoin een mogelijk doelwit. Als een quantumcomputer de oude beveiliging kan breken, kan een aanvaller mogelijk een enorme hoeveelheid munten stelen.

Dat kan veel onrust veroorzaken. Beleggers kunnen bang worden dat de gestolen bitcoin op de markt worden verkocht.

Ook het vertrouwen in Bitcoin kan schade oplopen. Een netwerk dat bekendstaat om zijn sterke beveiliging zou dan miljoenen oude munten verliezen aan een aanvaller.

Hoe dichtbij is de dreiging?

De grootste bekende quantumcomputers hebben nog maar een klein deel van de rekenkracht die voor zo’n aanval nodig is.

Bovendien zijn qubits zeer gevoelig voor fouten. Warmte, trillingen en andere verstoringen kunnen een berekening laten mislukken.

Daarom maken onderzoekers onderscheid tussen fysieke qubits en logische qubits. Een logische qubit bestaat uit meerdere fysieke qubits die samenwerken om fouten te verbeteren.

Voor het breken van Bitcoin zijn veel betrouwbare logische qubits nodig. De huidige machines zitten daar nog ver vanaf.

Toch kan de ontwikkeling plotseling sneller gaan. Niet alleen betere machines vormen een risico. Ook slimmere algoritmes kunnen ervoor zorgen dat minder qubits nodig zijn.

Daarom wachten onderzoekers en bedrijven niet tot de eerste aanval plaatsvindt. Nieuwe beveiligingsmethodes worden nu al ontwikkeld.

Geen reden voor paniek

Voor gewone beleggers is er op dit moment geen reden om bitcoin uit angst te verkopen. Er bestaat nog geen quantumcomputer die de beveiliging van Bitcoin kan breken.

Wel is het verstandig om moderne walletsoftware te gebruiken en een adres niet steeds opnieuw te gebruiken.

Wanneer Bitcoin in de toekomst quantumveilige adressen krijgt, zullen wallets en cryptobeurzen waarschijnlijk hulpmiddelen aanbieden om munten te verplaatsen.

De techniek lijkt dus op te lossen. De moeilijkste vraag is vooral wat er moet gebeuren met oude munten die nooit worden verplaatst.

In deel twee van dit tweeluik kijken we naar die discussie. Moet Bitcoin kwetsbare munten, waaronder de 1,1 miljoen bitcoin van Satoshi, uiteindelijk op slot zetten?