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Banking on Bitcoin

Technologie

Wie funktioniert Bitcoin? Blöcke, Miner und Schlüssel

Eine verständliche Erklärung von Transaktionen, Blockchain, Mining und privaten Schlüsseln und wie sie Fremden ermöglichen, sich zu einigen, wem was gehört.

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Diagramm aus verketteten Blöcken mit einem Schlüssel daneben

Das Wichtigste in Kürze

  • Bitcoin ist ein gemeinsames Hauptbuch darüber, wem was gehört. Tausende Computer führen identische Kopien und prüfen gegenseitig ihre Arbeit.
  • Transaktionen werden etwa alle 10 Minuten in Blöcken zusammengefasst. Jeder Block ist mit dem vorherigen verknüpft und bildet so die Blockchain.
  • Miner konkurrieren darum, Blöcke hinzuzufügen, was das Umschreiben der Geschichte extrem teuer macht.
  • Bitcoin zu besitzen heißt, private Schlüssel zu kontrollieren. Wer die Schlüssel hat, kann die Coins ausgeben.

Das Problem, das Bitcoin löst

Digitale Dateien lassen sich leicht kopieren. Wäre Geld nur eine Datei, könnten Sie es kopieren und zweimal ausgeben. Das nennt man das Double-Spending-Problem (Problem der doppelten Ausgabe). Traditionell lösen Banken es, indem sie das Hauptbuch führen: Wenn Sie jemanden bezahlen, zieht die Bank den Betrag von Ihrem Guthaben ab und schreibt ihn dem Empfänger gut.

Bitcoin löst es ohne zentrale Instanz, die das Hauptbuch führt. Alle halten eine Kopie des Hauptbuchs, und klare Regeln entscheiden, welche Version die wahre ist. Der Rest dieses Leitfadens erklärt diese Bausteine.

Schlüssel und Adressen: Eigentum nachweisen

Bitcoin nutzt Public-Key-Kryptografie. Eine Wallet (digitale Geldbörse) erzeugt ein Paar verbundener Zahlen: einen privaten Schlüssel (Private Key) und einen öffentlichen Schlüssel (Public Key). Eine Adresse, die Sie weitergeben, um Geld zu empfangen, wird aus dem öffentlichen Schlüssel abgeleitet.

Sie können sich die Adresse als Briefkastenschlitz vorstellen, in den jeder Geld einwerfen kann, und den privaten Schlüssel als das Einzige, das den Briefkasten öffnet. Wenn Sie Geld ausgeben, erzeugen Sie mit Ihrem privaten Schlüssel eine digitale Signatur. Jeder kann prüfen, dass die Signatur gültig ist, ohne den Schlüssel selbst zu erfahren.

Deshalb ist „Not your keys, not your coins“ ein verbreiteter Spruch. Wenn eine andere Stelle Ihre Schlüssel hält, etwa eine Kryptobörse (Exchange), verlassen Sie sich auf diese. Siehe Bitcoin kaufen und sichern und Die Kraft der Selbstverwahrung.

Die meisten Wallets verlangen nicht, dass Sie mit einem rohen Schlüssel hantieren. Sie geben Ihnen eine Liste von Wörtern, die Seed-Phrase (Wiederherstellungsphrase), mit der sich alle Ihre Schlüssel neu erzeugen lassen. Wer diese Wörter hat, kann Ihre Bitcoin an sich nehmen.

Was eine Transaktion ist

Eine Transaktion ist eine signierte Nachricht, die sinngemäß sagt: „Verschiebe diese Bitcoin von diesen Eigentümern zu diesen neuen Eigentümern.“ Bitcoin führt keine Kontostände wie eine Bank. Stattdessen werden nicht ausgegebene Outputs erfasst, oft als UTXOs (nicht ausgegebene Transaktionsausgaben) abgekürzt.

Ein nützlicher Vergleich ist Bargeld. Wenn Sie einen 20-US-Dollar-Schein halten und einen Artikel für 12 US-Dollar kaufen, geben Sie die 20 US-Dollar hin und bekommen 8 US-Dollar Wechselgeld zurück. Bitcoin funktioniert ähnlich: Eine Transaktion gibt einen früheren Output aus und erzeugt neue, darunter Wechselgeld an Sie zurück. Ihre Wallet erledigt das und zeigt einen einfachen Kontostand an.

Außerdem hängen Sie eine Gebühr an. Gebühren gehen an die Miner und schwanken mit der Auslastung des Netzwerks; prüfen Sie die aktuellen Werte deshalb in Ihrer Wallet, statt sich auf eine feste Zahl zu verlassen.

Von der Transaktion zum Block

Nachdem Sie eine Transaktion ins Netzwerk gesendet haben, prüfen die Nodes sie. Ist die Signatur gültig? Existieren die Coins, und sind sie noch nicht ausgegeben? Wenn ja, wartet die Transaktion in einem Pool ausstehender Transaktionen.

Miner wählen Transaktionen aus diesem Pool und bündeln sie zu einem Kandidatenblock. Im Durchschnitt etwa alle 10 Minuten gelingt es einem Miner, einen gültigen Block zu veröffentlichen, und er wird der Kette hinzugefügt. Eine Transaktion in einem Block hat eine Bestätigung. Jeder weitere Block fügt eine hinzu.

Viele Dienste halten sechs Bestätigungen, etwa eine Stunde, bei großen Zahlungen für sehr sicher, auch wenn die Zahl, auf die Menschen warten, vom Betrag und von der Risikobereitschaft abhängt.

Diagramm mit fünf Schritten einer Bitcoin-Transaktion: signieren, senden, warten, gemint und bestätigt
Die fünf Phasen einer Bitcoin-Transaktion, von der Signatur bis zur Bestätigung.

Die Blockchain

Jeder Block enthält einen Fingerabdruck, den Hash, des vorherigen Blocks. Ein Hash ist eine kurze Zeichenfolge, die aus Daten erzeugt wird. Ändert man irgendeinen Teil der Daten, ändert sich der Fingerabdruck vollständig.

Weil jeder Block den Fingerabdruck des vorherigen enthält, bilden die Blöcke eine Kette. Eine alte Transaktion zu verändern, würde den Fingerabdruck dieses Blocks ändern und damit alle folgenden Blöcke ungültig machen. Damit die Manipulation Bestand hat, müsste ein Angreifer die gesamte Arbeit für diesen Block und alles danach neu leisten, und zwar schneller, als das ehrliche Netzwerk neue Blöcke hinzufügt.

Mining und Proof of Work

Mining ist der Wettbewerb darum, den nächsten Block hinzuzufügen. Um sich zu qualifizieren, muss ein Miner eine Zahl finden, die zusammen mit den Daten des Blocks einen Hash unterhalb eines Zielwerts ergibt. Eine Abkürzung gibt es nicht: Die einzige Methode ist, billionenfach zu raten. Dieses Raten heißt Proof of Work.

Die Antwort zu finden ist schwer, sie zu prüfen aber leicht. Jeder Node kann die Arbeit eines Miners im Handumdrehen überprüfen.

Das Netzwerk passt die Schwierigkeit dieser Aufgabe alle 2.016 Blöcke an, etwa alle zwei Wochen, damit Blöcke unabhängig davon, wie viele Miner hinzukommen oder wegfallen, etwa alle 10 Minuten eintreffen.

Der siegreiche Miner erhält die Block-Subsidy (Blocksubvention), also neu geschaffene Bitcoin, plus die Transaktionsgebühren. Die Subsidy wird alle 210.000 Blöcke halbiert, etwa alle vier Jahre, und daraus ergibt sich die Obergrenze von 21 Millionen. Die Branchenseite behandelt Bitcoin-Mining von innen.

Nodes: die Schiedsrichter

Miner machen nicht die Regeln. Das tun die Nodes. Ein Node ist ein Computer, auf dem Bitcoin-Software läuft, der das Hauptbuch speichert und jeden Block gegen die Regeln prüft. Würde ein Miner einen Block erzeugen, der ihm selbst zusätzliche Coins auszahlt, würden die Nodes ihn ablehnen, und der Miner hätte sein Geld verschwendet.

Jeder kann einen Node betreiben, und das hält die Miner ehrlich.

Warum sich das Hauptbuch schwer betrügen lässt

Zwei Dinge wirken zusammen. Das Umschreiben der Geschichte erfordert, enorme Mengen an Proof of Work neu zu leisten, und die Regeln werden von vielen unabhängigen Nodes durchgesetzt statt von einer einzigen Instanz. Eine unehrliche Partei bräuchte überwältigende Rechenleistung und könnte selbst dann keine Coins über die Obergrenze hinaus erzeugen oder Coins ausgeben, die sie nicht kontrolliert.

Das macht nicht alles risikofrei. Softwarefehler, Pleiten von Börsen und Betrug können Menschen weiterhin ihr Geld kosten, und diese Risiken liegen meist an den Rändern des Systems, nicht im Hauptbuch selbst.

Was das Hauptbuch verrät

Jede Transaktion ist öffentlich. Adressen sind keine Namen, lassen sich aber oft über Börsen oder sorglose Wiederverwendung mit Personen verknüpfen. Siehe Ist Bitcoin privat? Was Transaktionen verraten.

Schnellere Zahlungen obendrauf

Die Basisschicht von Bitcoin verarbeitet pro Block nur eine begrenzte Zahl von Transaktionen. Eine separate, darüber aufgebaute Schicht, das Lightning-Netzwerk, soll kleine und schnelle Zahlungen günstiger machen. Sie hat eigene Abwägungen, die in Was ist das Lightning-Netzwerk? behandelt werden.

Wenn Sie vor den technischen Details das große Ganze sehen möchten, beginnen Sie mit Was ist Bitcoin? oder dem Lernpfad Hier starten.

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