Double Spending und 51-%-Angriff: was sie sind und warum Bitcoin ihnen standhält

Das Wichtigste in Kürze

• Double Spending (doppelte Ausgabe) bedeutet, dieselben digitalen Coins zweimal auszugeben. Jedes digitale Bargeldsystem muss das verhindern, und Bitcoin tut es mit einem öffentlichen Hauptbuch, Proof of Work und Bestätigungen statt mit einer Bank.
• Ein 51-%-Angriff liegt vor, wenn eine einzelne Partei die Mehrheit der Mining-Leistung des Netzwerks kontrolliert. Sie könnte die jüngsten Blöcke neu ordnen, ihre eigenen jüngsten Zahlungen rückgängig machen und Transaktionen anderer fernhalten.
• Sie könnte keine Coins ohne die Schlüssel an sich nehmen, die Regeln der Nodes nicht ändern und keine Coins über die Obergrenze hinaus erzeugen.
• Bei Bitcoin ist der Angriff sehr teuer, auch wenn mehrere kleinere Netzwerke erfolgreich angegriffen wurden.
• Jede Bestätigung macht eine Zahlung schwerer umkehrbar, warten Sie bei großen Beträgen also auf mehr davon.

Was ist Double Spending?

Double Spending (doppelte Ausgabe) heißt, dasselbe digitale Geld in zwei verschiedenen Zahlungen zu verwenden. Das ist ein Problem, weil sich eine digitale Datei perfekt kopieren lässt. Ein fotokopierter Geldschein bezahlt kein Mittagessen, aber eine Datei mit der Aufschrift „eine Münze“ könnte gleichzeitig an zwei Personen gehen, wenn nichts dies verhindert.

Herkömmliches Geld löst das mit einem Hauptbuch, das eine Bank führt. Wenn Sie zahlen, zieht die Bank den Betrag von Ihrem Guthaben ab und schreibt ihn dem Empfänger gut, und ein zweiter Versuch, dasselbe Geld auszugeben, wird abgelehnt. Bitcoin hat keine Bank, also muss das Netzwerk diese Aufgabe übernehmen. Das Bitcoin-Whitepaper nennt Double Spending als das zentrale Problem, das es lösen wollte.

Wie verhindert Bitcoin Double Spending?

Bitcoin verhindert Double Spending, indem sich alle an eine einzige öffentliche Reihenfolge der Transaktionen halten, in der von mehreren Ausgaben derselben Coins nur die erste zählt. Zwei Mechanismen greifen dabei ineinander.

Der erste ist die Prüfung. Jeder vollständige Node speichert das gesamte Hauptbuch und prüft jede neue Transaktion gegen die noch nicht ausgegebenen Coins; jede Transaktion, die etwas bereits Ausgegebenes erneut ausgeben will, lehnt er ab. Was ist ein Bitcoin-Node? erklärt, was das beinhaltet.

Der zweite ist Proof of Work. Miner bündeln Transaktionen zu Blöcken, und ein Block zählt nur, wenn sein Hash das Schwierigkeitsziel erreicht, was echten Rechenaufwand erfordert. Die Nodes folgen der gültigen Kette mit der meisten Arbeit dahinter. So wird aus „Welche Zahlung kam zuerst?“ die Frage „Welcher Block wurde der Kette hinzugefügt?“, und diese Antwort umzuschreiben kostet echte Arbeit. Wie funktioniert Bitcoin? zeigt den ganzen Ablauf aus Sicht der Nutzer.

Hier ein erfundenes Beispiel. Alice besitzt einen Coin und signiert eine Zahlung dieses Coins an Bob. Außerdem signiert sie eine zweite Zahlung desselben Coins zurück an sich selbst und sendet beide gleichzeitig ab. Die Nodes behalten jeweils die Zahlung, die sie zuerst gesehen haben, und weisen die andere als Konflikt zurück. Verschiedene Nodes können aber verschiedene Zahlungen zuerst sehen, sodass bis zur Aufnahme einer der beiden in einen Block niemand sicher sagen kann, welche sich durchsetzt. Sobald ein Block die Zahlung an Bob enthält, gilt der Coin in der Kette als ausgegeben, und Alices zweite Zahlung kann nicht mehr gültig sein. Jeder weitere Block macht dieses Ergebnis schwerer umkehrbar.

Was ist ein 51-%-Angriff?

Ein 51-%-Angriff ist der Versuch einer einzelnen Partei, die mehr als die Hälfte der Mining-Leistung eines Proof-of-Work-Netzwerks kontrolliert, die jüngste Geschichte umzuschreiben. Die Zahl ist eine Faustregel. Entscheidend ist, die Mehrheit der Rechenleistung zu halten, was Bitcoin-Hashrate und Mining-Schwierigkeit erklärt beschreibt.

Der Angreifer bezahlt einen Händler, wartet, bis die Zahlung bestätigt ist, und nimmt die Ware entgegen. Währenddessen mint er im Geheimen eine konkurrierende Kette, die kurz vor dieser Zahlung beginnt und dieselben Coins an den Angreifer zurücksendet. Mit der Mehrheit der Mining-Leistung wird diese private Kette früher oder später länger als die öffentliche. Dann veröffentlicht der Angreifer sie. Die Nodes wechseln zur Kette mit mehr Arbeit, die Zahlung an den Händler fällt aus der Kette heraus, und der Angreifer kann die Coins erneut ausgeben. Das nennt man eine Chain-Reorganisation (Neuordnung der Kette).

Eine Mehrheit könnte außerdem die Transaktionen anderer verzögern oder blockieren, indem sie sich weigert, auf einem Block aufzubauen, der sie enthält.

Was kann ein 51-%-Angreifer nicht tun?

Ein 51-%-Angreifer kann jüngste Blöcke neu schreiben, aber nicht die Regeln brechen, die jeder Node prüft. Deshalb ist der Angriff eine Gefahr für Menschen, die Zahlungen annehmen, und kein Weg, Wallets (digitale Geldbörsen) leerzuräumen.

Ein Angreifer mit Mehrheit könnte	Ein Angreifer mit Mehrheit könnte nicht
Seine eigenen jüngsten Zahlungen rückgängig machen und diese Coins erneut ausgeben	Coins von Adressen nehmen, für die er keine Schlüssel besitzt, weil er keine Signaturen fälschen kann
Transaktionen anderer blockieren oder verzögern	Die Regeln ändern, die die Nodes durchsetzen, weil Nodes Blöcke ablehnen, die dagegen verstoßen
Jüngste Blöcke neu ordnen	Coins über den vorgesehenen Zeitplan hinaus erzeugen, weil Nodes Blöcke ablehnen, die zu viel auszahlen

Weiter zurückzugehen kostet mehr, weil jeder ältere Block bedeutet, dass mehr Arbeit neu geleistet werden müsste. Ein erfolgreicher Angriff erschüttert außerdem tendenziell das Vertrauen in die Währung, was dem eigenen Bestand des Angreifers schaden kann. Ist Bitcoin sicher? trennt die Sicherheit des Netzwerks von den Risiken drumherum, und ein erfolgreicher Angriff auf das Kerndesign ist nicht dokumentiert.

Warum ist ein 51-%-Angriff bei Bitcoin so schwierig?

Ein Angriff ist schwierig, weil er enorme Mining-Leistung erfordert, die teuer zu beschaffen und zu betreiben ist, während der Ertrag begrenzt bleibt. Vier Dinge sprechen gegen einen Angreifer.

• Hardware. Bitcoin-Mining nutzt spezialisierte Maschinen, und alle ehrlichen Miner zusammen an Rechenleistung zu übertreffen, bedeutet, eine riesige Zahl davon zu beschaffen.
• Strom. Die Maschinen müssen so lange laufen, wie der Angriff dauert, und die Rechnung kommt, ob er gelingt oder nicht.
• Sichtbarkeit. So viel Ausrüstung und Energie unbemerkt zusammenzubringen ist schwierig, und eine plötzliche Veränderung, wer Blöcke findet, zeigt sich in öffentlichen Daten.
• Ertrag. Der Angreifer kann nur seine eigenen Zahlungen rückgängig machen, und sobald ein Angriff bemerkt wird, können Kryptobörsen (Exchanges) und Händler mehr Bestätigungen verlangen.

Die Hashrate ist ein grobes Maß für die Angriffskosten und keine Garantie; dieser Artikel nennt keine Zahlen, weil sie sich täglich ändern.

Mehrere kleinere Proof-of-Work-Netzwerke haben erfolgreiche 51-%-Angriffe erlebt, bei denen Angreifer Transaktionen rückgängig machten und doppelt ausgaben; Börsen, die die Einzahlungen akzeptierten, gehörten zu den Opfern. Hinter diesen Netzwerken steht weit weniger Rechenleistung, und bei manchen lässt sie sich stundenweise mieten, was eine Mehrheit in absoluten Zahlen viel billiger macht. Sicherheit kommt davon, wie viel echte Arbeit hinter einer Kette steht, nicht vom Wort „Blockchain“. Proof of Work vs. Proof of Stake vergleicht dieses Modell mit der wichtigsten Alternative, die ihre eigenen Schwellen und Kosten hat.

Wie schützen Bestätigungen Sie?

Jede Bestätigung ist ein weiterer Block, der auf Ihrer Zahlung aufbaut, und eine Reorganisation muss sie alle neu erzeugen, um die Zahlung rückgängig zu machen. Die Berechnung im Whitepaper selbst zeigt, dass ein Angreifer mit weniger als der Hälfte der Netzwerkleistung Chancen hat, die mit jedem aufgesetzten Block exponentiell sinken.

Status	Was das für das Risiko des Double Spending bedeutet
Unbestätigt	Die Zahlung liegt nur im „Wartezimmer“ der Nodes. Kein Block hat sie abgeschlossen, und eine widersprüchliche Zahlung kann sich noch durchsetzen.
Eine Bestätigung	Die Zahlung steht in einem Block. Um sie rückgängig zu machen, müsste dieser Block ersetzt werden, was selten vorkommt; gewöhnliche kurze Forks können das aber zufällig bewirken.
Mehrere Bestätigungen	Jeder zusätzliche Block erschwert die Umkehrung. Sechs ist die traditionelle Konvention für große Zahlungen, keine Garantie.

Blöcke kommen im Durchschnitt etwa alle zehn Minuten, aber zufällig, deshalb schwankt die Wartezeit. Wie lange dauert eine Bitcoin-Transaktion? behandelt den Zeitaspekt.

Gefährden Mining-Pools Bitcoin?

Mining-Pools bündeln Mining-Leistung unter einem Betreiber, weshalb ihre Größe beobachtet wird, doch die Leistung gehört den Minern, und Miner können gehen. Bitcoin-Mining-Pools erklärt beschreibt, wie Pools funktionieren. Pools kennzeichnen die von ihnen gefundenen Blöcke oft, sodass Analysten abschätzen können, wie groß jeder einzelne ist.

Die Sorge ist schon früher aufgetaucht. 2014 erreichte der Anteil eines Pools an der Mining-Leistung kurzzeitig etwa die Hälfte des Netzwerks, die Miner wanderten ab, und der Pool versprach öffentlich, deutlich unter dieser Marke zu bleiben. Selbst ein Pool mit Mehrheit könnte weder die Regeln ändern noch Coins ohne Schlüssel an sich nehmen. Konzentration bleibt ein beobachtetes Thema, kein gelöstes.

Was kann ein normaler Nutzer tun?

Warten Sie bei großen Zahlungen auf Bestätigungen und behandeln Sie eine unbestätigte Zahlung als Versprechen statt als Geld. Diese eine Gewohnheit deckt den größten Teil des praktischen Risikos ab.

• Passen Sie die Wartezeit dem Betrag an. Viele Händler akzeptieren kleine Zahlungen schnell und verlangen mit wachsender Summe mehr Bestätigungen.
• Seien Sie misstrauisch bei Screenshots von „ausstehenden“ Zahlungen. Wer Ihnen ein Bild einer Zahlung schickt und verlangt, dass Sie zuerst die Ware herausgeben, betreibt womöglich eine Betrugsmasche. Prüfen Sie Ihre eigene Wallet oder einen Block-Explorer.
• Betreiben Sie einen Node, wenn Sie selbst prüfen möchten. Er prüft die Regeln auf Ihrem eigenen Rechner, kann Zahlungen aber nicht schneller bestätigen lassen.

Dieser Artikel dient der Information. Ein Unternehmen, das große Bitcoin-Zahlungen annimmt, kann eine qualifizierte Fachperson bitten, bei der Festlegung einer Richtlinie für Bestätigungen zu helfen. Neu bei Bitcoin? Der Lernpfad Hier starten behandelt die Grundlagen der Reihe nach.

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• Wie funktioniert Bitcoin? Blöcke, Miner und Schlüssel: der gesamte Zahlungsablauf, von der Signatur bis zur Bestätigung.
• Bitcoin-Mining-Pools erklärt: wie sie Arbeit und Belohnung teilen: warum sich Mining-Leistung in Pools bündelt und was sie begrenzt.
• Bitcoin-Hashrate und Mining-Schwierigkeit erklärt: das Maß hinter den Angriffskosten.
• Proof of Work vs. Proof of Stake: was ist der Unterschied?: wie zwei Konsensmodelle mit Sicherheit umgehen.