Vollständiger Leitfaden zu Bitcoin: Was es ist, Vorteile, Funktionen

Das Ziel dieses Leitfadens besteht darin, die komplizierten Mechanismen zu erklären, die das Funktionieren von Bitcoin und die Tatsache, dass es die erste gehandelte virtuelle Währung der Welt ist, ermöglichen. Anschließend erklären wir Ihnen anschaulich, was es bedeutet, Bitcoins zu besitzen, zu versenden oder zu schürfen.

Was ist Bitcoin

Bitcoin ist nichts anderes als eine Datei, die Daten über digitale Konten speichert, als wäre es ein Hauptbuch, oder ein Buchhaltungsbuch. Eine Kopie dieser Datei oder dieses Hauptbuchs wird auf jedem Computer im Bitcoin-Netzwerk gespeichert. Die Zahlen im Hauptbuch haben in der realen Welt keine Bedeutung, stellen jedoch einen virtuellen Wert dar, auf dessen Grundlage die Benutzer den Austausch realer Werte vereinbaren. Die Zahlen im Hauptbuch haben nur deshalb einen Wert, weil wir daran glauben, dass sie einen haben, ähnlich wie bei allen FIAT-Währungen (USD, EUR usw.).

Um Geld von A nach B zu senden, müssen Sie dem Netzwerk die Information eingeben, dass sich der Geldbetrag auf Konto A um den Betrag X verringert, während sich der Geldbetrag auf Konto B um den Betrag X erhöht. Knoten (d. h. Computer) im Bitcoin-Netzwerk wenden diese Transaktion auf ihre Kopie des Hauptbuchs an und leiten die Transaktion an andere Knoten weiter, die sie dann in ihre eigenen Hauptbücher kopieren. Das Bitcoin-Netzwerk ist daher ein System, das es einer Gruppe von Computern ermöglicht, ein Hauptbuch zu führen.

verteiltes Hauptbuch

Die Vorteile von Ledger

Dieser Mechanismus ähnelt auf den ersten Blick dem von Banken zur Verwaltung von Girokontoständen verwendeten Mechanismus. Die Tatsache, dass das Hauptbuch hier von einer Gruppe und nicht von einer einzelnen Einheit verwaltet wird, führt jedoch zu einigen Unterschieden:

  1. Bei Banken kennen Sie nur Ihre eigenen Transaktionen, während Sie bei Bitcoin die Transaktionen aller kennen.
  2. Bei Banken wissen wir, mit wem wir es zu tun haben und können uns bei Problemen mit unserem Konto an die Bank wenden, während wir bei Bitcoin nicht wissen, mit wem wir es zu tun haben und daher niemandem vertrauen können.

Die Lösung des Vertrauensproblems bei Transaktionen ist eine der Hauptinnovationen von Bitcoin, die dank spezieller mathematischer Funktionen gelöst wird.

Aber wie verwaltet eine Gruppe von Benutzern, die sich nicht kennen (oder vertrauen), die Transaktionen der anderen?

Wir werden es im nächsten Teil des Handbuchs sehen, der dem gewidmet ist digitale Signatur.

Digitale Signatur, der Sicherheitsmechanismus von Bitcoin

Das Werttransfersystem bei Bitcoin ist sehr einfach. Wenn A 5 Bitcoins an B senden möchte, fügt er diese Nachricht in das Bitcoin-Netzwerk ein und jeder Knoten, der die Transaktion empfängt, kopiert sie in sein eigenes Hauptbuch und leitet die Nachricht an andere Knoten weiter. Aber wie kann ein Knoten sicher sein, dass die Nachricht authentisch ist? Wie kann ein Knoten sicher sein, dass es der wahre Besitzer der Bitcoins (A) war, der die Nachricht gesendet hat?

Bitcoin verwendet eine Art Passwort zum Entsperren und Senden der Münzen, dieses Passwort heißt Digitale Unterschrift (digitale Signatur).

Eine digitale Signatur beweist wie eine echte Unterschrift die Authentizität einer Nachricht. Die digitale Signatur wendet einen mathematischen Algorithmus auf die Transaktion an, der das Kopieren oder Fälschen der digitalen Transaktion selbst verhindert.

Für jede Transaktion ist eine andere digitale Signatur erforderlich. Da Sie es mit unbekannten Gesprächspartnern zu tun haben, dürfen Sie nicht zulassen, dass ein Passwort bekannt wird, mit dem andere die Transaktion „signieren“ können.

So entsteht eine digitale Signatur: öffentlicher und privater Schlüssel

Die digitale Signatur funktioniert durch die Verwendung zweier unterschiedlicher, aber miteinander verbundener Schlüssel: eines privaten Schlüssels, der zum Erstellen der Signatur verwendet wird, und eines öffentlichen Schlüssels, der zum Vergleich dient. In der Praxis ist der private Schlüssel wie ein Passwort, während der öffentliche Schlüssel wie ein Vermittler fungiert, der beweist, dass das verwendete Passwort tatsächlich das richtige ist, ohne dass es preisgegeben werden muss.

Öffentliche Schlüssel werden bei Bitcoin als Empfangsadresse für BTC (kurz für Bitcoin-Währung) verwendet. Wenn A Geld an die Adresse von B sendet, sendet er es an seinen öffentlichen Schlüssel.

So entsteht die digitale Signatur

Wenn Sie Geld ausgeben, müssen Sie nachweisen, dass Sie der tatsächliche Besitzer einer bestimmten Adresse sind. Dazu müssen Sie eine digitale Signatur erstellen. Dies geschieht mithilfe der Transaktionsnachricht und Ihres privaten Schlüssels. Andere Knoten können die von Ihnen erstellte digitale Signatur verwenden und über eine andere Funktion überprüfen, ob sie mit Ihrem öffentlichen Schlüssel übereinstimmt. Dank der mathematischen Eigenschaften dieser Funktionen ist es daher möglich, zu überprüfen, ob der Absender tatsächlich einen bestimmten privaten Schlüssel verwendet, ohne diesen offenzulegen.

Erstellung digitaler Signaturen

Ein weiterer wichtiger Punkt ist, wie bereits erwähnt, dass die Signatur für jede Transaktion unterschiedlich ist, und zwar genau deshalb, weil wir zu ihrer Erstellung die Transaktionsnachricht verwenden, die jedes Mal anders ist. Dadurch wird verhindert, dass diese digitale Signatur von anderen für verschiedene Transaktionen wiederverwendet wird. Nachrichtenabhängigkeit bedeutet auch, dass niemand die Nachricht tatsächlich ändern kann, indem er sie von einem Knoten an einen anderen weitergibt, ohne die digitale Signatur zu ändern (eine Änderung der Transaktion würde die Signatur ungültig machen).

Die Mathematik hinter diesen Funktionen ist sehr komplex. Wer tiefer in diese Themen eintauchen möchte, dem empfehlen wir folgende Recherche:

  • elliptischer Kurven-Digitalsignaturalgorithmus und
  • mathematische Falltür.

Wie eine Bitcoin-Transaktion abläuft

Bisher haben wir untersucht, wie wir mithilfe digitaler Signaturen Transaktionen autorisieren können. Sehen wir uns nun an, wie Knoten den Kontostand der einzelnen Konten im Auge behalten.

Und jetzt kommt das Beste: Der Kontostand wird tatsächlich nirgendwo verfolgt! Aber wie können Sie dann erkennen, ob eine Person A über genügend BTC verfügt, wenn sie eine Überweisung an eine andere Person B beantragt?

Anstatt den Kontostand zu verfolgen, erfolgt die Überprüfung durch die Verknüpfung der aktuellen Transaktion mit vorherigen Transaktionen. Um 5 BTC an B zu senden, muss A andere Transaktionen melden, bei denen er 5 oder mehr BTC erhalten hat. Die Transaktionen, die in diesem Mechanismus gemeldet werden, heißen Eingang. Andere Knoten, die die (aktuelle) Transaktion verifizieren, prüfen ebenfalls die Eingaben, um festzustellen, ob A 5 oder mehr BTC erhalten hat.

Unten sehen Sie eine Abbildung, die den Mechanismus zum Verweisen auf vorherige Transaktionen als Eingabe angibt.

Bitcoin-Transaktion

Nehmen wir ein Beispiel einer echten Transaktion. Die Transaktion, auf die wir uns beziehen, kann unter folgender Adresse eingesehen werden: https://blockexplorer.com/tx/a117c441aa5bd3fcb442e3c47a180c584420bcd9f93c68dab9feddd1d26b767e

Nachfolgend schlagen wir eine beispielhafte Abbildung vor:

Bitcoin-Transaktion

Diese Transaktion hat 6 Eingaben für insgesamt 139.616 BTC. In den Ausgaben gibt es stattdessen 2 Transaktionen. Die erste ist eine Transaktion, die als „Wechselgeld“ an den Absender zurückkommt. Dies liegt daran, dass die Ausgabe, die wir senden möchten, kleiner ist als die Summe der Eingaben und wir daher die Differenz zurückerhalten müssen.

Dank dieser Eingaben, die für jede Transaktion gemeldet werden, wird eine Art Kette gebildet, über die der Besitz der BTC übertragen wird, wobei die Gültigkeit jeder Transaktion von der Gültigkeit der vorherigen Transaktionen abhängt.

Wie können wir früheren Transaktionen vertrauen?

Ich kann ihnen nicht von vornherein vertrauen und muss auch ihre Eingaben überprüfen. Aus diesem Grund installieren Sie es bei der ersten Brieftasche Für Bitcoin (Wallet-Software, in der Ihre BTC aufbewahrt werden) überprüft diese Software die Gültigkeit jeder bisher durchgeführten Transaktion, zurückgehend bis zur ersten Transaktion. Da Sie es mit völlig Fremden zu tun haben, sollten Sie stets bedenken, dass es sinnvoll ist, alle notwendigen Überprüfungen durchzuführen. Dieser Vorgang kann lange dauern (nur wenn Sie eine Desktop-Wallet-Software verwenden), aber die Überprüfung bis zur ersten Transaktion muss nur einmal durchgeführt werden.

Eine Transaktion gilt nach ihrer Verwendung als "bereits ausgegeben" und kann nicht erneut verwendet werden, da sonst jemand sie erneut verwenden könnte, was zu dem Problem führen würde, doppelte Ausgaben (Doppelausgaben).

Wenn Knoten eine Transaktion verifizieren, müssen sie auch überprüfen, ob die Eingaben noch nicht ausgegeben wurden. Das heißt, Knoten müssen alle anderen Transaktionen überprüfen, um sicherzustellen, dass die Eingaben nicht bereits verwendet wurden. Dies mag sehr zeitaufwändig erscheinen, wird aber durch einen Index nicht ausgegebener Transaktionen tatsächlich beschleunigt.

Anstatt also Kontostände zu verfolgen, verfolgt Bitcoin eine riesige Liste von Transaktionen: Bitcoin zu haben bedeutet einfach, dass es in dieser Liste eine Transaktion gibt, die Ihre Adresse als Empfänger hat und die noch nicht ausgegeben wurde (d. h. sie wird nicht als Eingabe in einer anderen Transaktion verwendet).

Um den Kontostand Ihres Kontos (Ihrer Adresse) zu ermitteln, müssen Sie lediglich durch die Liste der Transaktionen scrollen und alle Transaktionen zusammenzählen, bei denen Ihre Adresse der Empfänger ist und die nie als Eingabe verwendet wurden.

Eine weitere wichtige Tatsache zu Transaktionen: Sie können komplexe Transaktionen senden, die nicht nur eine Empfangsadresse beinhalten, sondern beispielsweise Mechanismen wie Treuhand verwenden. Im Möglichkeiten für das Ausgangssignal:enthält, wie wir zuvor gesehen haben, nicht zwei einfache Adressen, sondern eine Art mathematisches Rätsel, das gelöst werden muss. Das Senden von Geld mit Bitcoins ist in etwa so, als würde man es in einen Safe legen und ein mathematisches Puzzle daran befestigen, das als Schlüssel zum Öffnen dient. Das Rätsel ist so konzipiert, dass nur der Besitzer eines öffentlichen Schlüssels es lösen kann, es können jedoch auch komplexere Bedingungen vorliegen: Im Falle eines Escrow können beispielsweise 2 von 2 Unterschriften erforderlich sein, um die Transaktion abzuschließen.

Ein weiteres Beispiel ist die erste über Bitcoin getätigte Transaktion (am 3. Januar 2009), die im Grunde ein Rätsel war, das jeder lösen konnte.

Die Software, die wir zur Aufbewahrung unserer Bitcoins verwenden (Brieftasche) verbergen offensichtlich alle Komplexitäten im Zusammenhang mit Transaktionen, aber es ist wichtig, daran zu denken, den privaten Schlüssel geheim zu halten und ihn sicher aufzubewahren, falls Sie Ihr Wallet wiederherstellen müssen, um den Verlust Ihrer BTC zu vermeiden.

Der Verlust von Bitcoin ist eines der Hauptprobleme dieser Währung. Beispielsweise gingen bei einer Transaktion 2600 BTC verloren, weil die Empfangsadresse falsch angegeben war. Da hinter Bitcoin weder Kreditkarten noch Banken stehen, kann jeder persönliche Fehler dazu führen, dass Sie Ihre BTC dauerhaft verlieren.

Die BTC, die wir verlieren, verschwinden nicht nur von unserem Konto, sondern allgemeiner aus der gesamten Bitcoin-Wirtschaft. Wenn wir unseren privaten Schlüssel verlieren, sind, wie erwähnt, alle BTC, die seiner öffentlichen Adresse entsprechen, für immer verloren!

Festplattenausfälle sind an der Tagesordnung und Backups werden schlecht und selten durchgeführt. Es wird prognostiziert, dass die Bitcoin-Wirtschaft in Zukunft deflationär sein wird (wenn keine neuen BTC mehr geschaffen werden).

Warum Sie Bitcoins völlig anonym handeln können

Wenn Sie über ein TOR-Netzwerk auf das Internet zugreifen, das Ihre IP-Adresse verbirgt, können Sie BTC anonym verwenden, ohne dass jemals etwas außer Ihrer öffentlichen Adresse preisgegeben wird. Die öffentliche Adresse verfolgt weiterhin alle durchgeführten Transaktionen, da diese auf jedem Knoten des Bitcoin-Netzwerks gespeichert sind.

Theoretisch können Sie für jede Transaktion, die Sie empfangen möchten, öffentliche Schlüssel erstellen, es besteht jedoch die Möglichkeit, dass diese Schlüssel versehentlich verknüpft werden. In der folgenden Abbildung sehen Sie 6 Adressen, die in einer bestimmten Transaktion BTC senden. Obwohl es sich um unterschiedliche Adressen handelt, bleiben sie alle indirekt miteinander verbunden:

Bitcoin-Transaktion

Der Absender hat tatsächlich bewiesen, dass er der Eigentümer aller dieser Adressen ist, und zwar dank der digitalen Signatur, die zum Entsperren der Adressen verwendet wird (letzte Spalte rechts).

So generieren Sie eine Bitcoin-Adresse

Das Generieren einer Bitcoin-Adresse oder eines öffentlichen Schlüssels ist vollständig anonym und kann auch ohne Internetverbindung erfolgen.

Mit Software-Wallets können Sie jetzt eine Adresse generieren, indem Sie einfach auf eine Schaltfläche klicken, die das Schlüsselpaar erstellt: öffentlich und privat.

Warum benötigen Sie keinen Netzwerkzugriff?

Da so viele Adressen verfügbar sind, muss nicht geprüft werden, ob diese Adresse bereits von jemand anderem verwendet wird.

Anders als bei der Registrierung einer E-Mail-Adresse, wo wir meistens Adressen ausprobieren, die bereits vergeben sind, ist die Anzahl der möglichen Bitcoin-Adressen so hoch (1,46 x 10^48 (z. B. 2^160), um dieses Problem zu vermeiden und das Bitcoin-Netzwerk vor anderen Bedrohungen zu schützen.

Quantifizieren wir die möglichen Adressen mit einem Vergleich

Einige Schätzungen gehen davon aus, dass es auf der Erde 7.5 x 10^18 Sandkörner gibt. Selbst wenn jedes Sandkorn eine Welt mit der gleichen Menge an Sandkörnern darstellen würde, läge die Gesamtzahl in der Größenordnung von 10^36, was immer noch viel kleiner ist als die Anzahl der möglichen Bitcoin-Adressen, die in der Größenordnung von 10^48 liegt.

Wovon hängt das Sicherheitsniveau bei Bitcoin-Transaktionen ab?

Bisher haben wir über digitale Signaturen gesprochen, um den tatsächlichen Besitz einer bestimmten Adresse zu bestätigen, und über Verweise auf frühere Transaktionen, um zu bestätigen, dass eine Adresse über genügend Geld zum Ausgeben verfügt. Leider gibt es immer noch ein Sicherheitsproblem, das dazu führen kann, dass der Prozess der Überprüfung nicht ausgegebener BTC fehlschlägt, und zwar das Problem mit der Transaktionsreihenfolge.

Bedenken Sie, dass Transaktionen im gesamten Netzwerk von Knoten zu Knoten weitergegeben werden: Es gibt keine Garantie dafür, dass die Reihenfolge, in der ich zwei Transaktionen erhalte, der Reihenfolge entspricht, in der diese Transaktionen erstellt wurden. Außerdem kann ich nicht vertrauen, Zeitstempel (Daten auf dem Computer) zur Transaktion, da diese von der Person, die die Transaktion durchführt, leicht gefälscht werden können.

Wenn man nicht erkennen kann, ob eine Transaktion vor einer anderen erfolgt, bietet sich die Möglichkeit für Betrug.

Nehmen wir ein Beispiel:

Ein Benutzer A könnte eine Transaktion erstellen, um B BTC zu geben, darauf warten, dass B das Produkt sendet, und dann eine weitere Transaktion erstellen, die denselben Input wie die erste an A weiterleitet.

Aufgrund von Unterschieden bei der Transaktionsausbreitung im Netzwerk erhalten einige Knoten möglicherweise zuerst Transaktion 1 und andere Transaktion 2. Alle Knoten, die zuerst Transaktion 2 erhalten, betrachten Transaktion 1 als ungültig, da versucht wird, eine bereits ausgegebene Transaktion als Eingabe zu verwenden. B hätte also das Produkt verschickt, aber nicht das erhalten, was ihm zusteht!

doppelte Ausgaben

Darüber hinaus gäbe es im Netzwerk keine Einigkeit darüber, wer das Geld in diesem Moment tatsächlich hat, da die Knoten, die Transaktion 1 erhalten, das Geld zuerst B zuordnen (zu Recht), während diejenigen, die Transaktion 2 erhalten, das Geld zuerst A zuschreiben (der einen Betrug namens Double Spending begangen hätte).

Um das oben genannte Problem zu lösen, muss ein Mechanismus eingerichtet werden, der es den Knoten ermöglicht, sich auf eine eindeutige Reihenfolge der Transaktionen zu einigen. Dies ist ein erhebliches Problem für ein dezentrales Netzwerk.

Die Lösung für dieses Problem heißt Block Chain und wie es im Detail funktioniert, werden wir im nächsten Teil sehen.

Die Blockchain

Das System, das zur Anordnung von Bitcoin-Transaktionen entwickelt wurde, gruppiert Transaktionen in „Blöcke“ und verknüpft sie miteinander im Blockchain.

Blockchain unterscheidet sich von der Transaktionskette, die wir zuvor gezeigt haben. Blockchain wird verwendet für Transaktionen sortieren während die Transaktionskette den Eigentümerwechsel von BTC verfolgt.

In der Blockchain verweist jeder Block auf einen anderen, wodurch sie anhand der Zeit identifiziert werden können: Durch Rückwärtsscrollen der Blockchain können Sie zur ersten Gruppe von Transaktionen zurückkehren, die ausgeführt wurde.

Blockchain

Transaktionen, die Teil desselben Blocks sind, gelten als gleichzeitig erfolgt, während Transaktionen, die sich noch nicht in einem Block befinden, als gleichzeitig erfolgt gelten. nicht bestätigt. Jeder Knoten kann Transaktionen in einem Block zusammenfassen und sie an das Netzwerk senden, wobei der neu erstellte Block als nächster Block in der Blockchain vorgeschlagen wird. Da mehrere Knoten gleichzeitig Blöcke erstellen können, stehen möglicherweise viele „nächste Blöcke“ zur Auswahl.

Wie wählen Sie aus, welcher Block als nächstes kommt?

Wir können uns nicht darauf verlassen, welcher zuerst ankommt, da Blöcke, wie Transaktionen, in unterschiedlicher Reihenfolge an verschiedenen Punkten im Netzwerk ankommen können.

Auch hier verlassen wir uns auf die Mathematik, um die Blöcke zu sortieren. Jeder Block enthält ein mathematisches Problem, das gelöst werden muss. Computer durchlaufen den gesamten Text eines Blocks plus eine Zufallszahl durch einen HASH bis die Ausgabe unter einem bestimmten Wert liegt.

die Funktion HASH ist ein Mechanismus zum Erstellen einer Nummer (genannt verdauen) ausgehend von einem beliebigen Text. In unserem Fall ist die generierte Zahl eine 32-Byte-Zahl, die mit der Funktion SHA256 generiert wurde und oft als Hexadezimalzahl bezeichnet wird (das sind die Zahlen, die mit 0x beginnen).

Hier einige Beispiele, an denen wir erkennen können, wie sich die Zahl durch eine minimale Änderung des Anfangssatzes ändert.

kryptografischer Hash

Wir können sehen, dass die Ausgabe völlig unvorhersehbar ist, also bleibt nur eine Vermutung.

Wie bei einem Safe ist es nicht einfach, die Zufallszahl in einem Block zu erraten und erfordert im Durchschnitt viele Versuche. Tatsächlich könnte ein Computer im Bitcoin-Netzwerk mehrere Jahre brauchen, um einen einzigen Block zu lösen. Angesichts der großen Anzahl an Computern im Netzwerk beträgt die durchschnittliche Zeit zum Lösen eines Blocks jedoch 10 Minuten.

Der erste Computer, der den Block löst, leitet ihn an den Rest des Netzwerks weiter und dieser Block erhält den nächsten Platz in der Blockchain. Die Zufälligkeit beim Blocklösungsproblem ist so angelegt, dass es sehr unwahrscheinlich ist, dass zwei Computer gleichzeitig denselben Block lösen.

Es kann jedoch vorkommen, dass verschiedene Blöcke gleichzeitig an verschiedenen Stellen gelöst werden, was zur Entstehung unterschiedlicher Geäst der Blockchain.

In diesem Fall verhält sich jeder Knoten normal und fügt nach dem Block, den er gelöst hat, weitere Blöcke ein. Alles kehrt zu einer einzigen Blockchain zurück, wenn der nächste Block gelöst wird, da alle Knoten in der Regel die längste verfügbare Blockchain übernehmen. Es ist bereits schwierig, zwei Blöcke gleichzeitig zu lösen, daher ist es äußerst selten, dass zwei aufeinanderfolgende Blöcke gelöst werden.

Sehen wir uns unten ein Beispiel an:

Blockchain-Branchen

Durch diesen Mechanismus stabilisiert sich die Blockchain und einige Blöcke vor dem Ende der Kette einigen sich alle Knoten auf die Reihenfolge der Blöcke.

Pmögliche End-of-Chain-Angriffe (Blockchain)

Die Tatsache, dass am Ende der Kette minutenlang Unklarheiten herrschen können, hat Auswirkungen auf die Sicherheit der Transaktionen. Wenn beispielsweise eine Ihrer Transaktionen Teil eines der kürzeren Zweige ist, verliert sie ihren Platz zugunsten von Blöcken in der längeren Kette. Daher wird die Transaktion in den Pool der unbestätigten Transaktionen zurückkehren und ihren Platz in einem nachfolgenden Block finden. Leider öffnet die Tatsache, dass eine Transaktion ihren Platz verlieren kann, dem Problem der Doppelausgabe Tür und Tor.

Wie ein Double-Spending-Angriff in der Blockchain passieren könnte

A sendet Geld an B und B wartet auf die Bestätigung der Transaktion in der Blockchain, bevor er sein Produkt an A versendet.

A könnte jedoch eine längere alternative Blockchain erstellen und die Transaktion an B durch eine Transaktion an jemand anderen ersetzen. An diesem Punkt würde die Transaktion an B in der Gruppe der unbestätigten Transaktionen landen, aber da A diese Transaktion durch eine Transaktion an andere ersetzt hat, würde an diesem Punkt die Transaktion an B als ungültig betrachtet, da sie sich auf eine Eingabe beziehen würde, die bereits ausgegeben wurde!

Doppelausgabenangriff

Wie verteidigen Sie sich gegen diesen Angriff?

In Wirklichkeit ist es für Alice schwierig, eine Ad-HOC-Kette zu erstellen, alles hängt von der Erstellung des HASH ab.

Wie bereits erläutert, müssen Sie zum Lösen eines Blocks sicherstellen, dass der HASH eines Blocks unter einem bestimmten Wert liegt. Dies geschieht durch Ausprobieren verschiedener Zufallszahlen am Ende eines Blocks, wie wir unten sehen können:

Hash-Block-Auflösung

Nach der Lösung wird der HASH-Wert zu einem Fingerabdruck, der diesen Block eindeutig identifiziert, und wenn sich ein beliebiges Zeichen in diesem Block ändert, ändert sich auch der HASH. Dieser Fingerabdruck wird im nächsten Block als Kennung des vorherigen Blocks verwendet. Sobald Sie dies haben, Es ist unmöglich, einen Block in der Mitte der Kette zu ändern da der nächste Block nicht mehr auf den Block mit dem richtigen HASH zeigt.

Darüber hinaus kann ein Block nicht vor dem vorherigen Block gelöst werden: Die Daten zum vorherigen Block sind im Block selbst vorhanden und werden daher auch der HASH-Funktion zugeführt, die den Block löst.

Aus diesem Grund kann A keine Ad-hoc-Kette erstellen: A kann erst mit dem Lösen von Blöcken beginnen, wenn der Block, mit dem er beginnen möchte, bereits gelöst wurde und sein Wert bekannt ist.

Die einzige Möglichkeit für A, eine alternative Kette zu erstellen, besteht darin, Blöcke tatsächlich schneller zu lösen als alle anderen Computer im Netzwerk. Es ist, als wäre jeder Computer ein Lotterielos: Theoretisch könnte A auch mehr Computer und damit mehr Lose haben, aber selbst in diesem Fall stehen die Gewinnchancen von A schlecht.

Der 50%-Angriff

Nur wenn er 50 % der Rechenleistung des Netzwerks kontrollieren würde, hätte er eine 50-prozentige Chance, einen Block vor allen anderen zu lösen. Und selbst dann lägen die Chancen, viele Blöcke hintereinander vor den anderen zu lösen, immer noch unter 50 %.

Transaktionen in Blockchains werden durch diese Art mathematischen „Wettlaufs“ geschützt. Angesichts dieses Mechanismus können wir schlussfolgern, dass Transaktionen in älteren Blöcken der Kette sicherer sind. Eine Person, die durch doppelte Ausgaben betrügen möchte, sollte beim Lösen von Blöcken schneller sein als andere, und die Geschwindigkeit sollte proportional zur Länge der Kette zunehmen. Daher wird angenommen, dass dieses System nur am Ende der Kette anfällig ist, und deshalb wird empfohlen, auf die Bestätigung von mehreren Blöcken, bevor die empfangenen BTC als endgültig betrachtet werden.

Proof of Work und die Generierung neuer BTC

Nichts von dem, was wir bisher beschrieben haben, erfordert, dass Sie irgendjemandem vertrauen.

Wenn wir Informationen über die Blockchain erhalten, können wir tatsächlich selbst überprüfen, ob diese Informationen korrekt sind. Und da die zu lösenden mathematischen Probleme so schwierig sind, wissen wir, dass eine einzelne Person das Netzwerk auf keinen Fall allein angreifen könnte.

Das Lösen mathematischer Probleme ist ein Beweis dafür, dass die gesamte Rechenleistung des Netzwerks genutzt wurde. Dies nennt man Nachweis der Arbeit.

Bisher haben wir besprochen, wie die BTC und wie wird nachgewiesen, dass sie einer Person (Adresse) gehören, schauen wir uns nun an, woher sie kommen bzw. wie Bitcoins generiert werden.

Um BTC zu übertragen, die Sie besitzen, müssen Sie als Eingabe eine Transaktion angeben, bei der Sie der Empfänger waren. Aber wie wurden BTC überhaupt in diese Übertragungskette eingeführt?

Die Blockbelohnung

Um den Knoten zu belohnen, der einen Block zuerst löst, werden BTC generiert, weshalb der Blocklösungsmechanismus genannt wird Bergbau (im Italienischen wird es wörtlich mit dem Verb übersetzt untergraben).

Dies ist eine gute Möglichkeit, neues Geld in das System einzuführen, da dies langsam und schrittweise geschieht, aber vor allem gut verteilt ist. Alle 4 Jahre wird der Preis (Belohnung blockieren) wird halbiert, bis keine neuen Bitcoins mehr erstellt werden.

Die maximale Anzahl an BTC, die in diesem Fall verfügbar sein wird, beträgt 21 Millionen. Da die Mindestanzahl übertragbarer BTC 1/100 Million beträgt (d. h. 1 satoshi) Die Tatsache, dass keine neuen erstellt werden, hat keine Auswirkungen auf die Benutzerfreundlichkeit des Systems.

Zusätzlich zur Blockbelohnung können Knoten optional auch einige Transaktions Gebühren für jeden zu verarbeitenden Block. Derzeit gibt es nur wenige Transaktionen, da die Blockbelohnung noch hoch genug ist, um die Kosten der Miner zu decken. In Zukunft werden die Blöcke jedoch unterschiedliche Transaktionsgebühren haben und die Knoten werden wahrscheinlich zuerst die höchsten verarbeiten, was dazu führen könnte, dass Transaktionen mit niedrigeren Gebühren ignoriert werden. Das Senden von Geld über Bitcoin wird nicht kostenlos sein, aber wahrscheinlich immer noch günstiger sein als über die aktuellen Kreditkartennetzwerke.

Wir haben bereits gesagt, dass ein einzelner Computer Jahre brauchen könnte, um einen Block zu lösen. Daher ist die Wahrscheinlichkeit, dass er ihn in 10 Minuten lösen kann (was der durchschnittlichen Zeit entspricht, die das Netzwerk benötigt, um den nächsten Block zu lösen), sehr gering.

Was sind Mining-Pools?

Um einen stetigen Gewinn aus dem Mining zu erzielen, schließen sich viele Menschen Gruppen an, die Bergbau-Pools wobei jeder seine eigene Rechenleistung einbringt und die Gewinne aus der Blockbelohnung entsprechend seinem Beitrag verteilt werden. Dies erinnert auch an das Lotteriesystem, bei dem sich Menschen in Gruppen zusammenfinden, um gemeinsam zu spielen und so bessere Gewinnchancen zu haben.

Manche Mining-Pools sind allerdings sehr groß und können bis zu 20 % der Rechenleistung ausmachen. Die Tatsache, dass sie einen so hohen Prozentsatz erreichen, kann Sicherheitsbedenken aufwerfen.

Pool-Mining

Wir sollten immer bedenken, dass die Chance eines erfolgreichen Angriffs für eine einzelne Person verschwindend gering ist, mit zunehmender Rechenleistung jedoch zunimmt, und dies stellt bei Mining-Pools ein Problem dar. Tatsächlich ist es bereits vorgekommen, dass ein Mining-Pool 6 Blöcke hintereinander gelöst hat. Dies war beispielsweise bei BTC Guild der Fall, das daraufhin freiwillig die Mitgliederzahl begrenzte, um Sicherheitsprobleme für das gesamte Netzwerk zu vermeiden.

Die Sicherheit und Bedeutung von Bestätigungen

Wir haben gesehen, dass Mining-Pools das Sicherheitsproblem am Ende der Kette teilweise wieder einführen. Bedenken wir jedoch, dass selbst wenn es Mining-Pools gibt, die Wahrscheinlichkeit einer sicheren Transaktionsbestätigung umso größer ist, je weiter der Block von der Warteschlange entfernt ist. Während es ratsam ist, auf eine Bestätigung zu warten, bevor man eine Transaktion als ausgeführt betrachtet, ist es bei größeren Transaktionen ratsam, auf die Bestätigungen mehrerer Blöcke zu warten, sodass der Block Ihrer Transaktion mehrere Positionen vom Ende der Kette entfernt ist. Wenn Sie 6 Transaktionen hintereinander abschließen konnten, möchten Sie möglicherweise noch einige Bestätigungen abwarten, bevor Sie sicher sind.

bitcoin_security

Wenn das Lösen eines Blocks etwa 10 Minuten dauert, dauert das Warten auf das Lösen von 6 Blöcken etwa eine Stunde, was im Vergleich zur Ausführungsgeschwindigkeit von Kreditkartenschaltkreisen offensichtlich viel schneller ist. Wenn wir jedoch berücksichtigen, dass ein Käufer die Stornierung einer Transaktion bis zu einem Monat nach ihrer Ausführung verlangen kann, erfolgt die Bestätigung der Transaktion aus Sicht des Verkäufers viel schneller. Sobald die Transaktion bestätigt ist, kann sie nicht mehr storniert werden.

Die Änderung der Netzwerkschwierigkeit

Die Wahl von 10 Minuten pro Block mag willkürlich erscheinen, eine Verringerung dieser Zeit könnte jedoch zu Problemen bei der Netzwerkstabilität führen, während eine Erhöhung die Bestätigungszeit verlängern könnte.

Wenn dem Bitcoin-Netzwerk neue Computer beitreten und dedizierte Mining-Hardware erstellt wird, verringert sich die zum Lösen von Blöcken benötigte Zeit allmählich. Um diesen Rückgang auszugleichen, wird der Schwierigkeitsgrad der Lösung des mathematischen Problems im Zusammenhang mit dem HASH alle zwei Wochen neu kalibriert, sodass die Lösungszeit unverändert bei 2 Minuten bleibt.

Es gibt andere virtuelle Währungen, die eine andere Auflösungszeit haben. Beispielsweise beträgt die Blockauflösungszeit bei Litecoin 2 Minuten pro Block.

Schlussfolgern…

Zusammenfassend können wir Bitcoin als eine mathematisch geschützte digitale Währung definieren, die von einem verteilten P2P-Netzwerk verwaltet wird und auf den folgenden Eckpfeilern basiert:

  1. Digitale Signatur zur Autorisierung von Transaktionen
  2. Kette von Transaktionen zur Durchführung der Übertragung des Eigentums an der Währung
  3. Blockchain zum Speichern der Reihenfolge von Transaktionen.
  4. Sicherheit vor Angriffen durch die hohe Unwahrscheinlichkeit, dass eine Person (oder sogar eine Gruppe) mehrere aufeinanderfolgende Blöcke vor den übrigen Knoten im Netzwerk löst

 Was sind die positiven Aspekte von Bitcoin?

Bitcoin präsentiert sich als unabhängige Währung, die klare Vorteile bringen kann:

  1. Unabhängigkeit von Regierungen, die keinen Einfluss auf die Währung haben, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn man beschließt, mehr FIAT-Währungen auf den Markt zu bringen (Quantitative Easing)
  2. Garantie der Anonymität: Transaktionen sind öffentlich, aber die Adresse, auf der sie stattfinden, ist nicht mit natürlichen Personen verknüpft
  3. Die Transaktionskosten sind viel niedriger als bei Kreditkarten

Was sind stattdessen die negativen Aspekte?

 Die Zugänglichkeit ist sicherlich geringer als bei Kreditkartentransaktionen, die anerkannt und leicht mit FIAT-Währungen austauschbar sind.

  1. Anonymität hat Bitcoin für illegale Aktivitäten und Steuerhinterziehung beliebt gemacht
  2. Der Mechanismus von Nachweis der Arbeit Das für die Blockauflösung verwendete Verfahren erfordert eine gewisse Rechenleistung, was zu einem hohen Energieverbrauch führt.

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