Die Bitcoin Technologie – eine Einführung

Bitcoins sind, so wird gesagt, eine kryptographische Peer-2-Peer-Währung mit einem Proof-of-Work-Konzept. Falls Sie das nicht verstanden haben, sollten Sie diesen Artikel lesen. In ihm führen wir in die Grundlagen der Bitcoin-Technologie ein und verlinken zu weiteren, informativen Artikeln. Zunächst aber erklären wir, was eine Adresse ist, was bei einer Transaktion passiert, was die Blockchain ist, wie das Proof-of-Work-Konzept funktioniert und welche Rolle die Miner darin spielen. Es wird, das verspreche ich Ihnen, kompliziert – aber zugleich verständlich.

Der Bitcoin ermöglicht Transaktionen zwischen Sender und Empfänger, ohne dass dazu ein Dritter im Spiel ist, dem man vertrauen muss, und er gewährleistet, dass eine Einheit Bitcoin unmöglich zu fälschen ist. Manche sagen, dass der Bitcoin aus diesen Gründen die größte Erfindung des Jahrzehntes ist: Das Protokoll für Geld.

Ihr Konto: Ein Schlüsselpaar

Um eine Art Konto für Bitcoins zu eröffnen, benötigen Sie lediglich eine Wallet. Das ist eine Software, sozusagen Ihre Geldbörse für den Rechner. Sie können kostenlos verschiedene Versionen herunterladen. Um ein sicheres Konto zu konstruieren, bildet die Wallet ein Schlüsselpaar, bestehend aus einem privaten und einem öffentlichen Schlüssel. Der öffentliche Schlüssel wird in eine Adresse umgewandelt, die für jeden sichtbar ist und dieselbe Funktion wie eine Kontonummer einnimmt: man kann an sie Bitcoins überweisen. Der private Schlüssel dagegen befindet sich nur auf der Wallet; er ist so etwas wie das Passwort, mit dem man Bitcoins überweisen kann. Man nennt das „die Transaktion signieren“: Ohne Signatur ist die Transaktion ungültig. Hinter dem Schlüsselpaar steckt starke Kryptographie, die es unmöglich macht, den privaten Schlüssel zu erraten. Sie können sich den privaten Schlüssel als einen unzerstörbaren Safe vorstellen.

Weitere Infos:
Zur Kryptographie von öffentlichem und privaten Schlüssel (Asymetrische Verschlüsselung)
Zur Kryptographie des Bitcoins (anfängerfreundlicher, aber tiefgehender Artikel)
Zur Mathematik der Adressen
Zur Unmöglichkeit, einen privaten Schlüssel zu erraten
Zur Signatur: Gültig nur mit Unterschrift
Zur Fälschungssicherheit des Bitcoin

 

Die Transaktion

Um Bitcoins zu senden, muss man also Transaktionen mit dem privaten Schlüssel unterzeichnen. Danach passiert das folgende: Die Wallet „propagiert“ die Überweisung im Netzwerk. Sie können es sich so vorstellen, dass der Befehl „Sende Bitcoins von A nach B“ in Windeseile durch die Knoten des Netzwerkes gesendet wird. Knoten bildet in diesem Fall die Bitcoin-Software, die auf Rechnern überall auf der Welt installiert ist: der Bitcoin-Client. Das meint peer-2-peer: Es gibt keine zentrale Stelle, die die Transaktion passieren muss, um gültig zu sein. Sobald eine gewisse Anzahl an Clienten sie registriert hat, gilt die Transaktion als gesendet. In der Regel dauert dies weniger als eine Sekunde. Dieser Vorgang ist im Endeffekt nicht komplizierter oder aufwendiger als das Versenden einer Email. Die Innovation des Bitcoins ist es nun, dass er es unmöglich macht, eine Transaktion zu manipulieren – also zum Beispiel einen Betrag mehrfach auszugeben oder einen Bitcoin zu senden, den es nicht gibt. Satoshi Nakamoto hat eine Architektur entwickelt, die Manipulationen ausschließt – und auch dies, ohne dass  eine zentrale Stelle notwendig ist. Dafür muss man jedoch warten, bis die Transaktion bestätigt ist, was bedeutet, dass sie in die Blockchain aufgenommen wurde.

Weitere Infos:
Wie das gesamte Netzwerk Transaktionen verifiziert
Wie Sie die Transaktionsgebühr senken können
Warum bei einer Transaktion Wechselgeld anfällt
Wie die ID von Transaktionen manipuliert werden kann

Die Blockchain

Die Blockchain ist eine Datenbank, die sämtliche jemals vorgenommenen Transaktionen dokumentiert. Stellen Sie sich eine sehr sehr lange Liste vor, die seit 2009 jede Überweisung enthält. Die Blockchain wird dezentral gespeichert: auf sämtlichen Rechnern, auf denen der Bitcoin Client installiert ist. Es gibt also erneut keine zentrale Stelle. Die Blockchain ist, wie der Name schon sagt, eine Kette aus Blöcken. Blöcke wiederum sind Sammlungen von Transaktionen, die an die Blockchain angehängt werden. Stellen Sie sich vor, ich überweise Ihnen einen Bitcoin. Der Bitcoin wird zunächst im Netzwerk propagiert. Etwa alle zehn Minuten werden die neuen Transaktionen in einem Block zusammengefasst. Dieser wird dann an die Blockchain angehängt. In diesem Moment wird – das ist das Wesentliche! – geprüft, ob der neue Block mit der Blockchain zusammenpasst. Ist eine Zahlung durch den Bestand auf den Adressen gedeckt? Ist die Menge der insgesamt verzeichneten Bitcoins korrekt? Erst wenn die Transaktion als gültig erkannt wird, geht sie in die Blockchain ein. Danach gilt sie als bestätigt. Wenn es mir also gelungen sein sollte, meine Wallet so zu manipulieren, dass ich von einer Adresse, auf der ich einen Bitcoin habe, diesen sowohl an Sie als auch an einen meiner Autoren versende, wird diese Transaktion zwar im Netzwerk propagiert, aber abgelehnt, sobald der Block an die Blockchain angehängt wird.  Somit ist es absolut unmöglich, einen Bitcoin zu fälschen oder eine Transaktion zu manipulieren. Man nennt dieses Konzept „Proof-of-Work.“

Weitere Infos:
Wie die Blockchain Manipulation verhindert

Proof-of-Work: die Rolle der Miner

Bekanntlich erzeugen die Miner Bitcoins. Dafür müssen sie rechenintensive kryptographische Rätsel lösen. Wenn dies gelungen ist, „findet“ der Miner einen Block und erhält dafür eine bestimmte „Belohnung“, derzeit satte 25 Bitcoin. Diese Belohnung ist der Lohn dafür, dass die Miner die Korrektheit der Transaktionen gewährleisten. Denn der Miner kontrolliert, ob die in einem Block enthaltenen Transaktionen dem Protokoll entsprechen, bevor er diesen an die Blockchain anhängt. Um sicherzustellen, dass etwa alle zehn Minuten ein Block gefunden wird und nicht alle 2 oder 20 Minuten, ändert sich die Schwierigkeit (Difficulty) der Rätsel mit der investierten Rechenkraft des Netzwerkes. Somit fallen in den Minern diejenigen, die Geld erzeugen, mit denen zusammen, die Überweisungen prüfen.

Weitere Infos:
Hinweis zum Minen für Einsteiger (etwas veraltet, aber dennoch aufschlussreich)
Warum die Menge der zu minenden Bitcoins begrenzt ist