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Lernergebnisse:
Am Ende dieses Artikels haben Sie folgendes gelernt:
1. Was ist Bitcoin und wie funktioniert es
2. Die Ursprünge der Bitcoin-Blaupause
3. Warum Bitcoin erschaffen wurde und welche Probleme es lösen soll
4. Die Rolle des Bitcoin-Netzwerks
Was ist Bitcoin?
Bitcoin ist ein digitales Zahlungsnetzwerk, das von Satoshi Nakamoto erschaffen wurde, der das Bitcoin-Whitepaper im Oktober 2008 unter einem japanisch klingenden Pseudonym veröffentlichte. Bitcoin verfolgt einen revolutionären Ansatz bei der Aufzeichnung und Abrechnung von Transaktionen, und bitcoin (mit einem kleinen „b“) ist die integrierte Währung, auf die es sich stützt.
Die Geheimzutat des Bitcoin-Netzwerks ist eine Eigenschaft, die als Dezentralisierung beschrieben wird. Ein dezentralisiertes System funktioniert ohne eine einzige zentrale Behörde (z. B. eine Regierung), welche die Verantwortung trägt.
Als dezentralisiertes Zahlungsnetzwerk wickeln die Bitcoin-Nutzer ihre Transaktionen direkt miteinander ab, und die Systemlogik (das Bitcoin-Protokoll) verfolgt automatisch die Salden und Transaktionen. Dies steht im Gegensatz zum traditionellen Finanzsystem, in dem Transaktionen über eine zentrale Stelle laufen.
Bitcoin ist nicht der erste Versuch, ein Finanzsystem ohne Banken zu schaffen. Der Erfolg liegt darin begründet, dass Bitcoin eine Lösung für das Problem der „doppelten Ausgaben“ gefunden hat, an dem andere gescheitert sind.
Das Problem der doppelten Ausgaben.
Fast alle Online-Systeme, auf die wir uns verlassen, um unser Leben zu erleichtern, werden von einer zentralen Behörde kontrolliert, zum Beispiel von den Banken, die unser Geld verwalten. Die erste Zeile des Bitcoin-Whitepapers skizziert eine Alternative.
Eine reine Peer-to-Peer-Version von elektronischem Bargeld würde es ermöglichen, Online-Zahlungen direkt von einer Partei zur anderen zu senden, ohne den Umweg über ein Finanzinstitut zu nehmen.
Damit ein Peer-to-Peer-System funktionieren kann, muss es eine Möglichkeit geben, die Salden genau zu erfassen. Nehmen wir an, Alice und Bob haben beide 100 £. Wenn Alice 20 an Bob schickt, müssen die Guthaben entsprechend angepasst werden.
Ohne einen Dritten, der den Überblick behält, könnte Alice ihr Guthaben nicht einfach um 20 £ verringern und versuchen, diesen Betrag erneut auszugeben (doppelte Ausgabe).
Das Bitcoin-Whitepaper sucht nach einer Lösung, wie ein dezentralisiertes Zahlungssystem ohne Vermittler zuverlässig bleiben kann.
Die zentralisierte Lösung besteht darin, dass ein Geldemittent, wie beispielsweise eine Zentralbank, über den Geldumlauf Buch führt. So funktioniert unser Finanzsystem heute.
Was spricht gegen zentralisierte Zahlungssysteme?
Satoshi Nakamoto hat eine Lösung für das Problem der doppelten Ausgaben gefunden und damit ein alternatives dezentralisiertes Zahlungssystem geschaffen. Bitcoin ermöglicht es zwei Personen, die irgendwo auf der Welt leben, frei zu handeln, ohne sich zu kennen oder einander zu vertrauen.
Diese Idee hat ein Billionen-Dollar-Ökosystem von Finanzprodukten und -dienstleistungen hervorgebracht, das gemeinhin als DeFi (decentralised finance) bezeichnet wird.
Bitcoin entzieht aber auch den zentralisierten Behörden die Macht, die Geldmenge zu kontrollieren. Die Lösung von Bitcoin besteht darin, in seine Logik eine Regel einzubauen, die das Angebot auf 21 Millionen bitcoins begrenzt, um das Problem der Knappheit zu lösen.
Wie funktioniert Bitcoin?
Wenn Alice und Bob sich gegenseitig Geld schicken, könnten beide ihre Transaktionen auf Zetteln festhalten, die als Hauptbuch (Ledger) dienen. Sie müssen jedoch einen Weg finden, um eine Einigung über den Stand der Bilanzen und Transaktionen zu erzielen.
Dieses Problem wird noch komplexer, wenn es sich um Tausende von Nutzern weltweit handelt, die sich nicht kennen und einander nicht vertrauen.
Die zentralisierte Lösung wäre ein einziges Hauptbuch und eine einzige Person oder ein einziger Ausschuss, der dafür zuständig ist.
Da Bitcoin dezentralisiert ist, hat es nicht nur eine Instanz, sondern funktioniert als verteilte Datenbank mit Teilnehmern im Bitcoin-Netzwerk. Diese werden als Nodes bezeichnet. Jeder Node verwaltet, kompiliert und stimmt dem korrekten Stand des Hauptbuchs automatisch zu.
Die Nodes bleiben synchron, indem sie den Bitcoin-Regeln folgen, die in einer Software definiert sind, die sie alle ausführen. Satoshi beschrieb, wie Bitcoin ein genaues verteiltes Hauptbuch der Bitcoin-Salden mit fünf Kernkonzepten aufrechterhält: Signaturen,Zeitstempel, Konsens, Netzwerkkommunikation und Anreize.
Signaturen
Im Whitepaper von Bitcoin wird die Währung als eine Kette digitaler Signaturen beschrieben. Das ist wie bei Banknoten, die Seriennummern haben, die man als Signaturen betrachten kann.
Die Bitcoin-Signaturen sind kryptografisch, um Anonymität und Sicherheit zu gewährleisten, und kombinieren zwei Schlüssel – einen privaten Schlüssel, den nur der Absender (Alice) kennt, und einen öffentlichen, der den Empfänger (Bob) identifiziert.
Die Weitergabe von Coins mit Hilfe von Signaturen kann jedoch nur mit einem System funktionieren, mit dem überprüft werden kann, ob sie nur einmal ausgegeben wurden.
Zeitstempel und die Blockchain
Wenn Alice, Bob und das größere Netzwerk eine Aufzeichnung der Transaktionen führen, ist die einzige Information, die jeden Streit über gültige Einträge schlichten könnte, ein unveränderlicher Zeitstempel.
Das Fehlen eines Systems, das ohne eine zentrale Autorität funktioniert, hat den Erfolg der Vorgänger von Bitcoin verhindert. Das Whitepaper von Bitcoin baut jedoch auf früheren Versuchen auf, ein digitales Dokument mit einem Zeitstempel zu versehen. Zum Beispiel die Arbeit von Stuart Haber und Scott Stornetta (1991).
Haber und Stornetta entwickelten eine einfache Methode, um Dokumente mit einem Zeitstempel zu versehen, der fast unmöglich zu fälschen war. Satoshi hat einen dezentralisierten Weg gefunden, seine Idee zu replizieren, um sicherzustellen, dass die Transaktionsdaten korrekt sind und leicht überprüft werden können, ohne dass Vertrauen erforderlich ist.
Bitcoin-Transaktionsdaten werden in Datenblöcken zusammengefasst, mit einem Zeitstempel versehen und gehasht (durch einen kryptografischen Algorithmus geleitet, um eine Kennung mit einheitlicher Länge zu erzeugen). Der Zeitstempel des vorangegangenen chronologischen Datenblocks wird in den Hash-Wert aufgenommen, wodurch eine Kette entsteht, die heute allgemein als Blockchain bezeichnet wird.
Die nächste Herausforderung war die Entscheidung, welcher der Nodes den Block mit den Zeitstempeln auf ehrliche und korrekte Weise hinzufügt, und die Schaffung von Anreizen für die Nodes, dies zu tun.
Proof-of-Work und Block-Belohnungen
Damit ein Node einen Block mit Bitcoin-Transaktionen einreichen kann, muss er nachweisen, dass er ausreichend Arbeit geleistet hat, um zu beweisen, dass seine Absichten authentisch sind. Wäre es zu einfach, würde das Netz mit gefälschten Daten überschwemmt werden.
Die Lösung bestand darin, dass die Nodes in einer Art Lotterie gegeneinander antreten mussten, bei der die Gewinner einen neuen Block zur Kette hinzufügen durften. Um die Gewinnzahl zu ermitteln, verwenden die Nodes Computer, die ausschließlich für die Ausführung eines bestimmten Algorithmus entwickelt wurden, der endlose Permutationen durchspielt. Der Algorithmus der Lotterie passt den Schwierigkeitsgrad je nach Teilnehmerzahl an, so dass etwa alle zehn Minuten ein Gewinner gefunden wird.
Diese Lotterie selbst ist bedeutungslos, außer um zu beweisen, dass ein Node genügend Arbeit geleistet hat, um das Recht zu verdienen, einen neuen Datenblock hinzuzufügen. Logischerweise würden Nodes nur an der Lotterie teilnehmen, um davon unter dem Strich zu profitieren. Daher erhält der siegreiche Node eine Blockbelohnung in Form von neu geschaffenen bitcoin, zuzüglich der von den Nutzern gezahlten Gebühren für das Senden der Transaktionen. Aus diesem Grund wird der Prozess als bitcoin-Mining bezeichnet.
Und da jeder Block den Zeitstempel des vorhergehenden Blocks in einer Kette enthält, werden die Nodes davon abgehalten, falsche Transaktionen hinzuzufügen (doppelte Ausgaben). Sie müssten immer wieder in der Lotterie gewinnen, um die falschen Daten in der Kette aufrechtzuerhalten, aber das Netz respektiert nur die längste Kette.
Da es sich um einen Zufallsprozess handelt, ist die Wahrscheinlichkeit, immer wieder im Lotto zu gewinnen, zu gering, um sich darüber Gedanken zu machen.
Wie Bitcoin digitale Knappheit schuf
Die Blockbelohnung hat eine doppelte Funktion, da das Mining die einzige Möglichkeit ist, neue Bitcoins zu erzeugen. Dies stellt sicher, dass die Qualität der Knappheit erfüllt wird, da das Protokoll einen festen Vorrat von 21 Millionen bitcoin beinhaltet.
Seit der erste Block – der Genesis-Block – im Januar 2009 geschürft wurde, werden etwa alle zehn Minuten Blockbelohnungen ausgeschüttet. Die Belohnung für das Mining eines Blocks halbiert sich alle 210.000 Blöcke oder etwa alle vier Jahre im Wert. Bis zum Jahr 2140 werden alle bitcoins geschürft worden sein.
Was ist Bitcoin? Eine Zusammenfassung
Bitcoin ist ein digitales Zahlungsnetzwerk, das einen revolutionären Ansatz für die Aufzeichnung und Abrechnung von Transaktionen mit einer integrierten Währung gleichen Namens verfolgt.
Das Bitcoin-Zahlungsnetzwerk ist dezentralisiert und wickelt Transaktionen und Salden in einem gemeinsam genutzten Hauptbuch ohne eine zentrale Behörde ab.
Bitcoin-Einheiten sind als digitale Signaturen definiert, die nur mit einer Kombination aus privaten und öffentlichen Schlüsseln ausgegeben werden können.
Das Bitcoin-Netzwerk beherbergt ein gemeinsames Hauptbuch mit zeitgestempelten Datenblöcken, die miteinander verkettet sind, um die Bewegungen von bitcoin kryptografisch aufzuzeichnen.
Jeder kann dem Bitcoin-Netzwerk beitreten, indem er sich an eine Reihe von Regeln (das Protokoll) hält und einen speziellen Computer (Node) benutzt, um an einer Pseudo-Lotterie (Mining) teilzunehmen.