Wie funktioniert Bitcoin? Die technische Funktionsweise

Wie funktioniert Bitcoin eigentlich aus der technischen Perspektive? In diesem Artikel werden wir uns tiefgründig mit den technischen Grundlagen von Bitcoin (BTC) auseinandersetzen und dir einen umfassenden Einblick in die Bitcoin Funktionsweise geben.

Wir werden die Bitcoin-Blockchain im Detail untersuchen und erklären, wie Blöcke, Transaktionen und die Weiterentwicklung von Bitcoin funktioniert. Du wirst verstehen, wie die Einigkeit in einem dezentralen Netzwerk hergestellt wird und wie Kryptografie eine entscheidende Rolle spielt, um die Sicherheit von Bitcoin zu gewährleisten.

Des Weiteren werden wir uns mit dem Prozess des Bitcoin-Minings beschäftigen, bei dem neue Bitcoin erschaffen werden. Du wirst erfahren, wie Miner die Sicherheit der Blockchain aufrechterhalten und dabei belohnt werden.

Die Blockchain

Die Blockchain fungiert als ein dezentrales und öffentliches Buchführungssystem, das sämtliche Transaktionen innerhalb des Bitcoin-Netzwerks aufzeichnet. Die Idee dahinter ist, eine transparente und manipulationssichere Methode zur Verfolgung von Bitcoin-Transaktionen zu schaffen, ohne auf eine zentrale Autorität wie eine Bank oder eine Regierung angewiesen zu sein.

• Grundprinzip der Blockchain: Die Blockchain ist eine chronologische Kette von Blöcken, wobei jeder Block eine Gruppe von Transaktionen enthält. Jeder neue Block ist mit dem vorherigen verknüpft, wodurch eine ununterbrochene Kette entsteht. Diese Verknüpfung erfolgt durch kryptografische Hash-Funktionen, die sicherstellen, dass keine nachträglichen Änderungen an den Blöcken vorgenommen werden können.
• Dezentralisierung: Das Besondere an der Blockchain-Technologie ist ihre Dezentralisierung. Das bedeutet, dass Kopien der gesamten Blockchain auf Tausenden von Computern weltweit verteilt sind. Jeder Teilnehmer im Netzwerk, auch „Nodes“ genannt, hat eine Kopie der Blockchain und überprüft Transaktionen. Dies eliminiert die Notwendigkeit einer zentralen Autorität und macht das Netzwerk äußerst robust gegen Ausfälle. Außerdem gibt es keine zentrale Stelle, welche die Macht über das Bitcoin-Netzwerk verfügt. Die Nodes, das Mining und die Entwicklung passiert dezentral.
• Transaktionsbestätigung: Wenn jemand eine Bitcoin-Transaktion tätigt, wird diese Transaktion von den Knoten im Netzwerk überprüft. Um als gültig anerkannt zu werden, muss die Transaktion bestimmten Regeln entsprechen. Dazu zählt beispielsweise die Überprüfung, ob der Absender ausreichend Bitcoin besitzt. Sobald die Transaktion überprüft ist, wird sie in einen neuen Block aufgenommen.
• Konsensmechanismus: Die Blockchain verwendet einen Konsensmechanismus namens „Proof of Work“ (PoW), um die Integrität des Netzwerks sicherzustellen. Miner lösen komplexe mathematische Rätsel (dazu später mehr), um neue Blöcke hinzuzufügen. Dies erfordert Rechenleistung und dient dazu, das Netzwerk vor Betrug zu schützen.
• Transparenz und Unveränderlichkeit: Da die gesamte Transaktionshistorie öffentlich auf der Blockchain verfügbar ist und Blöcke durch kryptografische Verschlüsselung miteinander verknüpft sind, ist die Blockchain äußerst transparent und manipulationssicher. Einmal in die Blockchain aufgenommene Daten können nicht rückgängig gemacht werden, was das Vertrauen in das System stärkt.

Die Blockchain besteht aus Blöcken, die Daten zu Transaktionen, früheren Blöcken, Adressen und den Code speichern, der die Transaktionen ausführt und die Blockchain betreibt.

So funktionieren die Blöcke

Die Blöcke sind die grundlegenden Bausteine der Blockchain und spielen daher eine zentrale Rolle. Um zu verstehen, wie die Blockchain funktioniert, ist es von Bedeutung, die Funktionsweise dieser Blöcke zu begreifen.

Wird ein neuer Block gefunden, wird ein sogenannter Blockhash erzeugt, der aus einer 256-Bit-Zahl besteht. Dieser Blockhash kodiert verschiedene Schlüsselinformationen, darunter:

• Die Blockversion: Dies ist die Version des Bitcoin-Clients, der für die Erstellung des Blocks verwendet wurde.
• Der Hash des vorherigen Blocks: Jeder Block in der Blockchain verweist auf den vorherigen Block durch dessen Hash. Dadurch entsteht eine ununterbrochene Kette von Blöcken, die nicht manipuliert werden kann.
• Die Coinbase-Transaktion: Diese Transaktion ist die Erste im Block und sie vergibt die Belohnung in Form von Bitcoin an die Miner, die den Block erfolgreich erstellt haben.
• Die Blocknummer: Gibt an, um den wievielten Block es sich in der Blockchain handelt.
• Merkelroot: Ein 256-Bit-Wert, der Informationen über alle vorherigen Blöcke in kompakter Form speichert.
• Zeitstempel: Dieser zeigt den Zeitpunkt an, zu dem der Block geöffnet wurde.
• Das Ziel in Bits: Dies ist das Netzwerkziel und beeinflusst, wie schwer es ist, einen neuen Block zu erstellen.
• Der Nonce: Eine zufällig generierte 32-Bit-Zahl, die von Minern verwendet wird, um den Blockhash zu berechnen.

Sobald alle erforderlichen Informationen in den Block eingetragen sind und die Transaktionen in den Block aufgenommen wurden, wird der Block geschlossen, und die Blockchain erstellt den Blockhash.

Die Blockgröße von Bitcoin ist auf 1 Megabyte (MB) begrenzt, was die Menge an Transaktionen bestimmt, die in einem einzelnen Block der Blockchain gespeichert werden können.

Diese Verknüpfung der Blöcke durch ihre Hashes macht die Blockchain manipulationssicher, da Änderungen in einem Block die gesamte Kette beeinflussen würden.

Wie funktioniert Bitcoin Mining?

Bitcoin Mining ist der Prozess, der für die Validierung von Transaktionen und die Erschaffung neuer Bitcoins verantwortlich ist. Diese Aufgabe wird von spezieller Software, die auf Computern oder spezialisierten Mining-Maschinen, sogenannten Application Specific Integrated Circuits (ASICs), ausgeführt.

Die Schwierigkeit des Minings wird vom Bitcoin-Protokoll dynamisch angepasst, um sicherzustellen, dass im Durchschnitt alle 10 Minuten ein neuer Block hinzugefügt wird. Mit der zunehmenden Anzahl von Minern steigt die Schwierigkeit, und es sind mehr Versuche erforderlich, um den richtigen Hash zu finden. Hierbei wird auch von der Bitcoin Difficulty gesprochen. Sie wird alle 2016 Blöcke angepasst (etwa alle zwei Wochen).

Bitcoin Mining ist mittlerweile sehr anspruchsvoll und erfordert leistungsstarke Hardware sowie erhebliche Mengen an Strom. In Deutschland ist das Bitcoin-Mining in der Regel gar nicht mehr rentabel.

Aufgrund des intensiven Wettbewerbs haben sich Mining-Farmen und Mining-Pools gebildet, um die Chancen auf Belohnungen zu erhöhen und die enormen Ressourcenanforderungen zu bewältigen. Diese Entwicklung hat das Bitcoin-Mining im Laufe der Zeit erheblich komplexer gemacht.

Welchen Einfluss hat das Bitcoin Halving?

Das Bitcoin Halving ist immer wieder ein ersehntes Ereignis in der Welt der Kryptowährungen, das erhebliche Auswirkungen auf das Bitcoin-Netzwerk und den Markt hat. Die Bitcoin-Halvings sorgen dafür, dass mit der Zeit immer weniger neue Bitcoin in den Umlauf kommen. Dadurch ist der Bitcoin-Kurs nach den letzten Halvings deutlich angestiegen.

Hier erläutere ich, welche Auswirkungen das Bitcoin Halving auf Bitcoin hat.

1. Angebotsverknappung: Das Bitcoin Halving tritt alle vier Jahre auf und führt zu einer Halbierung der Belohnung, die Miner für das Hinzufügen neuer Blöcke zur Blockchain erhalten. Ursprünglich waren es 50 Bitcoin pro Block, dann 25, dann 12,5 und so weiter. Durch ein Halving wird das Angebot an neuen Bitcoins stark reduziert. Diese Angebotsverknappung kann einen positiven Einfluss auf den Preis haben, da das begrenzte Angebot die Nachfrage erhöhen kann.

2. Preisanstieg: Historisch gesehen führte jedes Bitcoin Halving zu einem Preisanstieg bei Bitcoin und anderen Kryptowährungen. Dies geschieht aufgrund der reduzierten Menge neuer Bitcoins, die auf den Markt kommen, kombiniert mit einem potenziell wachsenden Interesse von Investoren und Nutzern.

3. Mining-Rentabilität: Das Halving hat erhebliche Auswirkungen auf die Rentabilität des Minings. Wenn die Belohnung halbiert wird, sinken die Einnahmen der Miner. Dies kann zu einer Konsolidierung der Mining-Aktivitäten führen, falls der Bitcoin-Preis nicht steigt. Durch die Angebotsverknappung (oder eine damit verbundene selbsterfüllende Prophezeiung) ist der Bitcoin-Kurs nach den vergangenen Bitcoin-Halvings jedoch immer gestiegen.

4. Langfristige Auswirkungen: Das Bitcoin Halving ist Teil des Designs von Bitcoin und trägt zur Begrenzung der Gesamtzahl der Bitcoins bei (auf 21 Millionen). Es soll sicherstellen, dass Bitcoin nicht zu schnell ausgegeben wird und langfristig einen gewissen Wert behalten. Bis zum Jahr 2140 wird es noch dauern, bis alle Bitcoin geschürft sind. Die Blockbelohnungen werden bis dahin jedoch extrem gering sein. Bereits jetzt sind mehr als 93,97% der 21 Mio. geschürft. Bitcoin-Miner werden ihre Kosten dann ausschließlich von den Transaktionsgebühren decken müssen.

Insgesamt hat das Bitcoin Halving einen erheblichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des Minings, die Preisentwicklung von Bitcoin und das Gesamtbild der Kryptowährung. Es ist ein Ereignis, das von der Bitcoin-Community mit großer Aufmerksamkeit verfolgt wird und das Potenzial hat, die Dynamik des Marktes zu verändern.

Keys und Wallets

In der Welt der Kryptowährungen, einschließlich Bitcoin, spielen Schlüssel und Wallets eine entscheidende Rolle. Wenn du dich damit fragst, wie Bitcoin funktioniert, solltest du dieses Thema daher auf keinen Fall auslassen. Diese Abschnitte werden näher auf die beiden Hauptkomponenten eingehen, die es ermöglichen, Kryptowährungen sicher zu nutzen.

Private und Public Keys

Ein wesentlicher Teil der Bitcoin Funktionsweise sind die sogenannten „Private Keys“ und „Public Keys.“ Der Private Key ist wie der Schlüssel zu deinem persönlichen Safe.

Auf der anderen Seite haben wir den Public Key, der als die „Empfangsadresse“ fungiert. Dieser Schlüssel kann geteilt werden und wird verwendet, um Bitcoin von anderen Benutzern zu empfangen. Die mathematischen Beziehungen zwischen diesen beiden Schlüsseln gewährleisten die Sicherheit und die Funktionsweise von Bitcoin-Transaktionen.

Ein weiteres wichtiges Konzept sind Pay-to-Script-Hash (P2SH) und Pay-to-Witness-Script-Hash (P2WSH). P2SH ermöglicht es, komplexere Bedingungen für den Zugriff auf Bitcoin festzulegen, indem es die Skriptlogik in einer Hashform speichert, die erst ausgeführt wird, wenn die entsprechenden Bedingungen erfüllt sind. P2WSH erweitert dieses Konzept, indem es die Vorteile des Segregated Witness (SegWit) Protokolls nutzt, um effizientere und kostengünstigere Transaktionen zu ermöglichen.

Wallets

Wallets sind digitale Tools, die dazu dienen, deine Private Keys sicher zu speichern und Transaktionen zu verwalten. Es gibt verschiedene Wallet-Arten, wie Hardware-Wallets, welche physische Geräte sind und höchste Sicherheit bieten, bis hin zu Software-Wallets, die auf deinem Computer oder Smartphone installiert werden können.

Solltest du Bitcoin bei einer Börse gekauft haben, verwahrt diese Börse dein Investment zwar für dich, aber die volle Kontrolle hast du so noch nicht. Falls du dir zu 100% sicher sein möchtest, solltest du daher auf eine Hardware-Wallet/Cold-Wallet setzen.

Sie sind der Einstiegspunkt für die Interaktion mit der Bitcoin-Blockchain und spielen eine entscheidende Rolle in der Sicherheit deiner Kryptowährungsbestände. Mittlerweile sind Bitcoin-Wallets sehr benutzerfreundlich, sodass auch Anfänger problemlos Bitcoin versenden und empfangen können.

Bitcoin Transaktionen und ihr Ablauf

Bitcoin Transaktionen sind der Schlüssel zum Übertragen von Werten im Bitcoin-Netzwerk. Hier werfen wir einen Blick auf den Prozess, wie Bitcoin von einer Wallet zur anderen bewegt wird.

Der Ablauf einer Bitcoin Transaktion:

1. Eingaben (Inputs): Jede Bitcoin-Transaktion beginnt mit Eingaben, die sich auf nicht ausgegebene Transaktionsausgaben (UTXOs) aus früheren Transaktionen beziehen. Diese Eingaben sind im Grunde die „Coins“ in deiner Wallet, die du senden möchtest.
2. Ausgaben (Outputs): Die Transaktion gibt an, wohin die Bitcoin gehen sollen und wie viel an jede Adresse gesendet wird. Diese Ausgaben definieren, welche Adressen die Bitcoin erhalten.
3. Digitale Signatur: Um die Transaktion zu autorisieren, wird sie digital signiert, wobei der private Schlüssel der sendenden Wallet verwendet wird.
4. Senden an das Netzwerk: Die signierte Transaktion wird an das Bitcoin-Netzwerk gesendet, wo sie vorübergehend im Mempool landet.

Der Mempool, oder „Memory Pool“, ist eine Art digitale Warteschlange für ausstehende Bitcoin-Transaktionen. Hier warten Transaktionen darauf, von Minern in neue Blöcke auf der Blockchain aufgenommen zu werden.

Die Auswahl erfolgt normalerweise auf der Grundlage der Transaktionsgebühren, wobei Transaktionen mit höheren Gebühren Vorrang haben. Achte darauf, dass du keine zu niedrige Gebühr zahlst, da die Transaktion ansonsten über Tage oder sogar Wochen im Mempool bleiben kann.

Wie und von wem wird Bitcoin entwickelt?

Die kontinuierliche Weiterentwicklung von Bitcoin ist entscheidend für seine Langlebigkeit und seine Anpassungsfähigkeit an neue Anforderungen und Technologien. Hier werfen wir einen Blick darauf, wie diese Weiterentwicklung stattfindet und wer daran beteiligt ist.

Open Source Natur: Bitcoin ist ein Open-Source-Projekt, was bedeutet, dass der Quellcode für jeden zugänglich und modifizierbar ist. Dies fördert die Transparenz und die Partizipation der Gemeinschaft an der Entwicklung. Jeder, der die Fähigkeiten und das Interesse hat, kann zur Verbesserung des Bitcoin-Protokolls beitragen.

Bitcoin Core: Die zentrale Anlaufstelle für die Entwicklung von Bitcoin ist das sogenannte „Bitcoin Core“-Team. Dieses Team besteht aus erfahrenen Entwicklern und Ingenieuren, die den Bitcoin-Quellcode pflegen und aktualisieren. Ihre Arbeit konzentriert sich auf die Verbesserung der Netzwerksicherheit, Skalierbarkeit, Effizienz und Funktionalität.

BIPs – Bitcoin Improvement Proposals: Um Änderungen am Bitcoin-Protokoll vorzuschlagen und zu diskutieren, werden Bitcoin Improvement Proposals (BIPs) erstellt. Diese Vorschläge können von jedem in der Gemeinschaft gemacht werden und müssen dann von der Gemeinschaft und den Entwicklern diskutiert und bewertet werden. Einige BIPs werden angenommen und implementiert, während andere abgelehnt werden. Hier kannst du die BIPs nachlesen.

Mining Pools und Unternehmen: Mining Pools und Unternehmen, die Bitcoin-Mining und Wallet-Dienstleistungen anbieten, haben auch ein Interesse an der Weiterentwicklung von Bitcoin. Sie können an der Diskussion über Protokolländerungen teilnehmen und gegebenenfalls Software-Updates implementieren, um sicherzustellen, dass ihre Dienste reibungslos funktionieren.

Gemeinschaftliche Diskussion: Die Bitcoin-Gemeinschaft ist ein wichtiger Teil des Entwicklungsprozesses. Diskussionen finden auf verschiedenen Plattformen statt, einschließlich Mailinglisten, sozialer Medien, Chat-Gruppen und Foren. Hier können Ideen ausgetauscht, Bedenken geäußert und Entscheidungen getroffen werden.

Die Entwicklung von Bitcoin ist ein dynamischer Prozess, der auf der Zusammenarbeit und dem Konsens einer breiten Gemeinschaft basiert. Neue Funktionen und Verbesserungen werden sorgfältig geprüft und getestet, um die Stabilität und Sicherheit des Netzwerks zu gewährleisten. Dieser Prozess der kontinuierlichen Weiterentwicklung stellt sicher, dass Bitcoin seine Rolle als eine der wichtigsten Kryptowährungen aufrechterhalten kann.

So verhindert Bitcoin Angriffe auf das Netzwerk

Die Sicherheit des Bitcoin-Netzwerks steht im Zentrum seiner Funktionsweise. Um mögliche Bedrohungen abzuwehren, hat Bitcoin effektive Schutzmechanismen entwickelt, die insbesondere vor den folgenden drei potenziell schwerwiegenden Angriffen schützen. Hier sind die größten Gefahren für Bitcoin aufgelistet:

51%-Attacke: Eine 51%-Attacke tritt auf, wenn ein Angreifer die Kontrolle über mehr als die Hälfte der Rechenleistung im Bitcoin-Netzwerk erlangt. Dies würde ihm die Fähigkeit verleihen, Transaktionen zu zensieren oder rückgängig zu machen.

Im Proof-of-Work-Konsensalgorithmus gibt es keinen direkten Schutzmechanismus gegen eine solche Attacke. Da Bitcoin jedoch mittlerweile eine so enorm große Menge an Minern hinter sich hat, ist eine 51%-Attacke in der Praxis nicht mehr möglich. Ein solcher Versuch wäre bereits extrem auffällig.

Sybil-Attacke: Eine Sybil-Attacke bezieht sich auf den Versuch eines Angreifers, das Netzwerk mit einer großen Anzahl gefälschter Nodes (Knoten) zu überschwemmen, um das Netzwerk zu beeinflussen.

Bitcoin schützt sich vor Sybil-Angriffen, indem es Nodes basierend auf der Rechenleistung bewertet. Neue Transaktionen und Blöcke werden nur von vertrauenswürdigen Nodes akzeptiert, die bereits einen signifikanten Beitrag zur Netzwerksicherheit geleistet haben.

Double Spend: Ein Double Spend-Angriff ist ein Versuch, dieselben Bitcoin zweimal auszugeben, wodurch das Vertrauen in das Netzwerk untergraben wird. Bitcoin verhindert solche Angriffe durch die Konsensregel, dass nur die längste Blockchain als gültig betrachtet wird. Dies hat der Bitcoin-Gründer Satoshi Nakamoto bereits zu Beginn in die Bitcoin Funktionsweise integriert.

Bitcoin Dusting Angriffe: Ein Bitcoin Dusting Angriff ist eine Methode, bei der kleine Mengen von Bitcoin (sogenannter „Dust“) an zahlreiche Wallets gesendet werden, um die Transaktionswege zu verfolgen und die Identität der Wallet-Besitzer zu deanonymisieren. Dies kann durch gutes UTXO Management gehändelt werden.

Wenn ein Angreifer versucht, denselben Bitcoin zweimal auszugeben, müsste er die Kontrolle über die Mehrheit der Rechenleistung des Netzwerks erlangen, was, wie bereits erwähnt, äußerst unwahrscheinlich bis unmöglich ist.

Häufige Fragen (FAQ) zu der Bitcoin Funktionsweise

In diesem Abschnitt geben wir Antworten rund um das Thema „Wie funktioniert Bitcoin“.