Kitabı oku: «Bitcoin, Blockchain & Co. — Die Wahrheit und nichts als die Wahrheit (überarbeitete Ausgabe 2021/22)»

Kapitel 2 — Wie die Bitcoin-Blockchain funktioniert
Die Erfindung des Bankwesens

Eine scheinbare Lösung für die vorhandenen Probleme in den internationalen Finanzmärkten kam im Mittelalter auf, als das Bankwesen erfunden wurde. Der Bankier wurde zum Überbringer der Wahrheit. Es waren die Ritter des Templerordens, die in den frühen Jahren des vorletzten Jahrtausends über ein großes Netz von Filialen den Transfer von Werten organisierten. Bis dahin musste der Eigentümer seine Werte tatsächlich mit sich führen. Ein sehr gefährliches Unterfangen, denn nicht nur Robin Hood lag auf der Lauer, sondern auch wirklich böse Buben. Unabhängig von der Boshaftigkeit der Wegelagerer, zu denen auch die Obrigkeit selbst gehören konnte — in Gestalt vielfältiger Steuerformen — waren die Werte in der Regel verloren. Das haben die Tempelritter mit ihrem Netzwerk an Niederlassungen geändert.

Ein Edelmann, der in Paris ein Kilo Gold hinterlegte, konnte durch ein entsprechendes Papier an anderer Stelle den Gegenwert erhalten. Die Templer unterhielten dazu ein Botennetzwerk, welches über den jeweiligen Transfer berichtete. Kein wirklich vertrauensvolles System, weil auch hier und da mal ein Siegel gefälscht werden konnte, Boten die falschen Nachrichten übermit-teln konnten und alle möglichen anderen Tricks und Manipu-lationen zu falschen Informationen führen konnten. Es funkt-ionierte redlich und zwar auch deshalb, weil kein anderes, besseres System vorhanden war und weil man den Templern als vertrauens-würdigen Dritten vertraute. Immerhin waren sie in der Regel schwer bewaffnet und arbeiteten für Gott — damals ein nicht zu unterschätzender Faktor.

Der vertrauenswürdige Dritte

Historisch betrachtet ist dieses System eines der ersten, in dem der vertrauenswürdige Dritte eine Rolle in einem größeren System spielt. Der vertrauenswürdige Dritte hat die Jahrhunderte überlebt und sich in unserer modernen Gesellschaft etabliert. Wir könnten unser Geld auch unter dem Kopfkissen aufbewahren, aber wir bringen es zum vertrauenswürdigen Dritten, der Bank oder der Sparkasse. Wir leihen unseren Rasenmäher an Klaus, weil er ein Freund unseres Freundes ist.

Unser Freund, der vertrauenswürdige Dritte. Der Staat hat den vertrauenswürdigen Dritten in Form des Notarwesens institut-ionalisiert. Wer eine Firma gründen oder wer eine Immobilie kaufen möchte, der wendet sich an den vertrauenswürdigen Drit-ten, den Notar. Eine andere große, weltweite Branche vertrauens-würdiger Dritter sind die Wirtschaftsprüfer, die die Abschlüsse von Unternehmen prüfen und attestieren, dass die Unternehmen wirklich soundsoviele Werte und Anlagen besitzen, woraus sich in letzter Konsequenz zum Teil auch der Börsenwert ermittelt. Repräsentiert der vertrauenswürdige Dritte aber wirklich die Wahrheit? Wer hat sich nicht schon geärgert, dass er seinen Rasenmäher an diesen, diesen … äh, verliehen hat?

Wer hat sich nicht schon mal über seine Bank geärgert, die plötzlich Gebühren abgerechnet hat? Stand doch groß im Klein-gedruckten und wurde Ihnen als Änderung der AGBs zugesandt.

Wer hat nicht schon einmal beim Notar den Kopf geschüttelt, wenn er eine Immobile ge- oder verkauft hat? Unklare Besitzver-hältnisse sind nicht ungewöhnlich.

Jetzt noch die Wirtschaftsprüfer: Wirecard, CumEx und viele andere Skandale, bei denen Anleger Milliarden verloren haben, lassen grüßen.

Daten in zentralen Systemen können leicht verändert werden

Informationen und Daten, die in verteilten und zentralen Systemen festgehalten werden, können von den Betreibern dieser Systeme verändert werden und die Wahrheit ist somit nicht gewährleistet. Damit müssen wir eben leben. Müssen wir?

Nein, in der Tat ist es wiederum diesem mysteriösen Satoshi Nakamoto zu verdanken, dass wir das eben nicht mehr so hin-nehmen müssen. Sein Konzept zeigt, wie wir mit einem echten dezentralen System die Wahrheit durch die Integrität der Daten gewährleisten können. Sein Konzept, welches erst jetzt langsam das Bewusstsein der Massen erreicht, ist ideal, um unsere Systeme zu verändern: die der Daten- und Informationsverarbeitung sowieso, aber damit einhergehend auch unsere gesamtgesellschaftlichen Strukturen.

Im Wesentlichen hat Nakamoto einige, schon bekannte Ansätze so zusammengesetzt, dass diese Kombination mit besagter Wahrheits-garantie einhergeht. Ein Kernbestandteil ist die Computerver-schlüsselung. Aber das alleine reicht nicht aus, ein weiterer Baustein ist vonnöten: die Verknüpfung älterer Daten mit neuen, sodass eine Kette von Datenblocks entsteht, in der aktuelle Daten sich immer auf vorherige beziehen und diese wieder auf deren Vorgänger. Das ist das Grundprinzip der inzwischen bekannten Blockchain — einer Kette von Datenblocks, die miteinander verlinkt sind.

Eine Kette, bestehend aus Datenblocks, ergibt die legendäre Blockchain

Diese Kette an sich ist allerdings auch nur ein weiterer, wenn auch wichtiger, Teil des ganzen Systems und an und für sich aber auch wieder nichts wert, denn sie kann verändert und vernichtet werden. Man kann sie einfach vom Server löschen und durch einen andere Kette ersetzen, in der andere Daten stehen. Beides gilt es zu verhindern, wenn man sich blind auf Daten verlassen will oder muss.

Aus diesem Grund hat Nakamoto diese Datenkette — die im folgenden als Blockchain bezeichnet wird — zusätzlich auf viele verschiedene, völlig unabhängige Computer verteilt.

Aber auch das alleine genügt noch nicht. Unter gewissen Um-ständen kann man die Blockchain an einer Stelle ersetzen und mit Lichtgeschwindigkeit auf die anderen Computer übertragen und dadurch Daten manipulieren.

Manipulieren muss nicht unbedingt heißen, dass auf einmal Millionenbeträge verschwinden. Wie bereits ausgeführt, reicht es schon aus, die dritte Nachkommastelle zu manipulieren, um auf lange Sicht sehr reich zu werden. Um diese Gefahr zu entschärfen, baute Nakamoto eine Bremse in das gesamte System ein, welche die schnelle Verbreitung manipulierter Daten verhindert.

Im Folgenden werden nun diese einzelnen Bestandteile einer nach dem anderen vorgestellt. Man erkennt dann schnell, wie wirksam die Kombination ist. Man darf sich aber nicht von dem Begriff „Blockchain“ alleine täuschen lassen, deshalb wird gezeigt, an welchen anderen Stellen Gefahren lauern. Man darf dem inzwischen modischen Begriff Blockchain alleine nicht automatisch vertrauen.

Nicht überall, wo „Blockchain“ drauf steht, ist die Wahrheit drin

Nakamoto hat zunächst das System in einzelne Transaktionen aufgeteilt und diese dann zu Datenblocks zusammengeführt. Das Ganze wird dann immer mehr oder wenig verschlüsselt. Die Transaktionen selbst zwar nicht, aber die Art und Weise wie sie genehmigt werden und wie die Datenblöcke miteinander verknüpft sind. Damit betreten wir das Gebiet der Kryptografie.

Im Folgenden verwenden wir deshalb die übliche Nomenklatur der Kryptografie-Branche und nennen die Beteiligten „Alice“ und „Bob“ - anstelle A und B - und verwenden als Währung die virtuelle Währung Bitcoin oder deren Kürzel BTC. Alice und Bob sind Synonyme für Sender und Empfänger einer Transaktion oder Nachricht. „Carol“ und „Dave“ sind weitere Mitspieler in einem kryptografischen System. Auch sie repräsentieren entweder Sender oder Empfänger. Sie stehen stellvertretend für Menschen, die Werte austauschen, also einer verkauft etwas an einen anderen und dieser wird dann bezahlt. Das ist dann eine Transaktion im Sinne von Bitcoin.

Wenn also Alice 5 BTC (also Bitcoin) an Bob senden möchte, dann ist das eine einfache Transaktion. Alice besitzt mehr als 5 BTC und sendet 5 BTC an Bob. Der sendet nun 3 BTC an Carol und 1 BTC an Dave. Das sind dann zwei weitere Transaktionen. Das Bitcoin-System sammelt nun alle diese Transaktionen und packt sie in einen Datenblock.

Dieser Block hat eine bestimmte maximale Größe und wird von spezialisierten Computern zusammengepackt und gebündelt. Das System ist so ausgelegt, dass jeweils ein Block ungefähr alle zehn Minuten erstellt wird. Genau das wirkt als die zuvor erwähnte Bremse und bringt weitere Vorteile mit sich. Dazu später mehr.

Jetzt wird dieser Datenblock nicht einfach nur so gebündelt, also zum Beispiel wie eine Zipdatei, sondern es werden kryptografische Verfahren genutzt, die es ermöglichen, diesen Block mathematisch mit einer absolut eindeutigen Kennung zu versehen. Diese Kennung ist das Ergebnis einer Berechnung aus den Daten des Blocks, die man auch „Hash“ nennt.

Dieser Hash ist ein sehr spannendes, mathematisches Werk, welches auf der sogenannten Falltür-Mathematik beruht. Wie es genau funktioniert, ist für Mathematiker sehr spannend, die mit glasigen Augen davon berichten — eine faszinierende Methode.

Falltür-Mathematik für Laien

Für den Nicht-Mathematiker ist es ausreichend, wenn er versteht, dass die betreffenden Formeln nur in eine Richtung berechenbar sind. Wenn man also normalerweise x berechnen kann, wenn 2+x=5 ist, dann ist das keine Falltürformel, weil sie in beide Richtungen funktioniert. Ein Hash-Algorithmus funktioniert hingegen nur in eine einzige Richtung: vorwärts.

Selbst wenn man das Ergebnis der Rechnung und den dazuge-hörigen Rechenweg kennt, kann man nicht zum Ausgangswert zurückrechnen.

Das hört sich fantastisch an und ist in der Tat faszinierend. Wie schon gesagt, es ist für den mathematischen Laien genug, dieses Phänomen zu kennen und anzuerkennen, um das gesamte System zu verstehen. Wer mehr darüber wissen möchte, kann die ent-sprechende Mathematik leicht im Internet recherchieren.

Die Transaktionen werden also in einem Datenblock zusammen-gefasst und durch einen kryptografischen Algorithmus mit einem Hash-Wert versehen. Dieser Hash-Wert kann nicht verändert werden und aus ihm kann man auch nicht auf die Ausgangswerte rückschließen. Wenn man an den Transaktionsdaten, aus denen der Datenblock besteht, auch nur eine einzige, winzige Stelle verändert, also zum Beispiel an einer einzigen Stelle ein Komma einfügen würde, dann ergäbe das einen vollkommen anderen Hash-Wert.

Es folgt ein echtes, berechnetes Beispiel, das veranschaulicht, wie eine einzelne Änderung ein vollkommen anderes Hash-Ergebnis liefert.

Wenn man zum Beispiel den SHA 256 Hash von folgendem Satz erzeugt: „Ich bin Satoshi Nakamoto“ wird daraus:

c8bb907d49983cfd5b1db28be3fe3c2c5ade3a2b2995bd56f8b4203f74345caa

Wenn man auch nur ein einziges Zeichen ändert, zum Beispiel einen Punkt ans Ende setzt, dann ändert sich der 256 Hash gravierend. Aus: „Ich bin Satoshi Nakamoto.“ wird:

80cd76ffd0af98e2fbe066cda10847e7edbaa4caabb4fbf14d317b9cbbc4c963

Die beiden Hashes haben genau gar nichts miteinander zu tun.

Dieser Hash und die Tatsache, dass er sich durch minimalen Aufwand so wesentlich ändert, ist eine der Grundlagen der Daten-integrität — auch als „die Wahrheit“ bekannt — der Blockchain-Technologie und der Krypto-Währung Bitcoin.

Die Datenblocks werden miteinander verschränkt

Nakamoto hat im Bitcoin-System verfügt, dass der Datenblock nicht nur die jeweiligen aktuellen Transaktionen enthält, sondern auch den Hash des jeweils vorherigen Blocks. Nur wenn sich die Hash-Werte verketten lassen, also wenn der neue Block sich mit dem Hash-Wert des Vorgängerblocks zusammenrechnen lässt, darf der nächste Datenblock an den Vorgänger angehängt werden. So entsteht eine schlüssige Blockchain aus Daten, in der die

Informationen unveränderlich und gegen Manipulationen geschützt sind. Darin liegt eine wichtige Sicherheitsfunktionen gegenüber herkömmlichen Systemen, die die Blockchain so zukunftsweisend und zukunftsträchtig macht.

Da dies eine sehr kritische und wesentliche Funktion ist, wird sie hier nochmals zusammengefasst:

Ein Hash-Wert ist ein mathematisch errechneter Wert, der sich schon bei minimalen Modifizierungen der Daten innerhalb eines Datenblockes massiv verändert. Auch wenn man den Ergebniswert und den Rechenweg kennt, kann man die Formel unmöglich zurückrechnen und die Ausgangsdaten extrahieren.

Jeder Datenblock wird aus den Transaktionsdaten und dem Hash-Wert des letzten Blocks zusammengerechnet und damit kann ein Block nur an den Vorgänger angehängt werden, wenn diese Rechnung stimmt. Der Trick bei dieser Mathematik besteht im Wesentlichen darin, dass die Berechnung dieses Wertes zwar sehr aufwendig sein kann, es aber für einen Dritten sehr leicht möglich ist, zu erkennen, dass richtig gerechnet wurde. Man kann also, ohne dass man die Rechnung wieder auflöst, erkennen, dass das Ergebnis richtig ist. Wie gesagt, faszinierend.

Blocks werden unter dieser Prämisse, einer nach dem anderen, aneinander gehängt und ergeben dadurch eine Blockchain.

Wenn man sich vorstellt, dass zum Beispiel fünf Blocks mit jeweils tausend Transaktionen in jedem Datenblock existieren, dann wurde Block 2 aus den Transaktionen dieses Blocks plus des Hash-Wertes von Block 1 errechnet. Block 3 wurde aus den Transaktionen in Block 3 und dem Hash-Wert von Block 2, der seinerseits wieder von dem Hash-Wert von Block 1 abhängt, errechnet. Man merkt schon, wo die Reise hingeht.

Wenn nun eine Transaktion aus dem ersten Block verändert wird, dann ergibt sich aus dieser Änderung ein völlig anderer Hash-Wert für diesen ersten Block. Gravierend anders.

Block 2 hat dann falsch gerechnet, weil der zweite Block ja den Hash des ersten Blocks in der Formel berücksichtigt. Da sich dieser aber geändert hat, kann das Ergebnis nicht mehr stimmen. In der Folge muss nun auch für Block 2 ein neuer Wert errechnet werden. Das Gleiche gilt für die ganze Kette nach vorne.

Alle Blocks erhalten also einen neuen Hash-Wert, weil eine Variable, der Hash des Vorgängerblocks, in der komplexen Hash-Formel für den nächsten Block geändert wird. Dadurch ändern sich alle folgenden Hash-Werte zwingend. Ein genialer Gedanke, der einer der Schlüssel zum Erfolg der Blockchain ist. Aber ist das ausreichend?

Eine minimale Änderung am Anfang zwingt zur kompletten Neuberechnung der gesamten Blockchain

Das alles ist bisher reine Mathematik, die nichts nützt, weil man ja doch Daten ändern kann. Das führt nur dazu, dass die Hash-Werte der Blocks sich verändern. Sie verändern sich zwar in völlig andere, also nicht nur ein bisschen, sodass es nicht auffallen würde, sondern sie ändern sich massiv und die Daten entsprechen nicht mehr Wahrheit. Was aber niemand sehen kann.

Transaktionen und Aufzeichnung aus der Vergangenheit wurden gefälscht. In einer manipulierten Blockchain auf unseren Com-putern sind nicht mehr die ursprünglichen Daten hinterlegt. Die Historie wurde geändert. Das Grundstück gehört jetzt jemand anderem. Das kann es also noch nicht sein.

Natürlich hat Nakamoto auch dieses Problem gelöst, indem er zusätzlich ein sogenanntes „Peer-to-Peer-Netzwerk“ vorgesehen hat. Ein Peer ist eine Person, ein Individuum oder — in der technischen Welt — eine Maschine in einem Netzwerk. In der Übersetzung aus dem Englischen wird ein „Peer“ als ein „Gleich-rangiger“ oder „Ebenbürtiger“ bezeichnet.

In unserem technischen Fall ist es einfach ein anderer Computer, der als Node bezeichnet wird. Dieser Node ist mit anderen Nodes verbunden und nimmt die Datenblocks von seinem Nachbar entgegen. Er überprüft schnell den Hash-Wert des neuen Blocks. Das ist, aufgrund des verwendeten Hash-Prozederes, eine ver-gleichsweise einfache Rechenaufgabe, die jeder Computer sehr schnell ausführen kann. Die Überprüfung ist sehr viel leichter als die ursprüngliche Berechnung des Hash-Wertes des jeweiligen Blocks an sich.

Wenn dieser Hash-Wert nun korrekt ist, dann hängt der Node den neuen Datenblock einfach an die Blockchain an, die er schon hat. Lässt sich der Hash nicht errechnen, dann verwirft der Node den Block und wartet auf den nächsten.

Das ganze Prozedere wird konstant auf vielen Tausend Nodes parallel ausgeführt. So wird Block für Block zu lokalen, auf den jeweiligen Nodes lagernden Blockchains zusammengebaut. In der Bitcoin-Blockchain haben also viele Tausend Nodes die Blocks 1 bis 5 aus dem Beispiel von oben zusammengefügt und lokal gespei-chert.

Das P2P-Netzwerk verhindert die Manipulation

Jetzt wird eine Manipulation extrem schwierig durchsetzbar. Wenn nun jemand auf nur einem Node, also auf nur einem Computer, nur eine einzelne Transaktion im ersten Block ändert, dann ändern sich auf diesem Node die Hash-Werte aller fünf darauffolgenden Blocks aus dem Beispiel.

Das ergibt sich aus der Methodik, dass der Hash eines Blocks immer aus den Transaktionsdaten plus dem Hash-Wert des Vorgängerblocks berechnet wird. Der sechste Block setzt deshalb natürlich auch auf dem Hash-Wert des fünften Blocks auf und passt — auf dem manipulierten Computer — natürlich perfekt. Wenn dieser sechste Block nun allerdings zu den anderen Nodes gesendet wird, dann passt der Block nicht zu dem vorhandenen fünftem Block, der jeweils lokal gespeichert ist. In der Folge wird der Block abgelehnt und die Nodes warten auf einen anderen Block 6. Jetzt existiert zwar ein Computer, der die gefälschten Daten schlüssig darstellen kann, weil der Block 6 sich an den Block 5 anschliessen lässt, aber dieser ist ein einzelner Computer aus Tausenden. Die Wahrheit ist also eher bei den Tausenden zu finden. Das System verfügt über viele Tausend Zeugen.

Um letztlich zu verhindern, dass jeder Node seine eigenen Änder-ungen vornimmt und damit das ganze Netzwerk ständig mit geänderten Daten belastet wird, hat Nakamoto noch ein weiteres Modul vorgesehen. Dieses Modul stellt gleichzeitig eine weitere Funktion bereit und entlohnt bestimmte Akteure im Netzwerk.

Computer, die die Datenblocks errechnen und zusammenbauen, erhalten eine Sonderstellung im Netzwerk. Nodes speichern die bestehende Blockchain selbst und hängen die neuen Blocks jeweils an. Das ist ein Vorgang, der im Vergleich wenig Rechenleistung benötigt, nur relativ viel Speicherplatz, denn jeder einzelne Node speichert die immer länger werdende Kette für alle Zeiten von Anfang an auf seiner lokalem Festplatte. Das scheint teuer und verschwenderisch zu sein, ist aber der Preis, den man für die Wahrheit zahlen muss.

Günstiger Speicherplatz als Grund für die Verbreitung der Technologie in den letzten Jahren

Einer der Gründe, warum die Blockchain erst in den letzten Jahren immer wichtiger wurde und immer mehr Unternehmen auf diese Technologie setzen, ist tatsächlich der Umstand, dass im Laufe der Jahre Speicherplatz immer billiger wurde. Dass Festplatten in den letzten Jahren immer erschwinglicher wurden, so wie alle anderen massengefertigten technischen Produkte auch, ist vielleicht sogar der maßgebliche Grund, warum Bitcoin und die Blockchain erst jetzt in der breiten Bevölkerung ankommen und aus der Experi-mentierecke der technischen Spezialisten ausgebrochen sind.

Die Bitcoin-Blockchain ist inzwischen über 380 GB groß — für Festplatten mit 500 GB oder sogar 1 TB zu unter 100 Euro unproblematisch und erschwinglich. Als Nakamoto 2008 das Bitcoin-Konzept präsentierte, gab es solche Festplatten noch nicht beziehungsweise nur zu astronomischen Preisen.

Neben den Nodes, die, wie beschrieben, die Blockchain jeder für sich selbst zusammensetzen, gibt es weitere spezielle Computer im Netzwerk, die „Miner“ genannt werden. Deren Aufgabe ist es, die einzelnen Datenblocks zu erzeugen.

Diese Miner nehmen die Transaktionen, die in einem sogenannten Pool liegen, Stück für Stück aus diesem Pool heraus und packen sie nacheinander in einem Datenblock zusammen. Alle Blocks sind dabei vom unterliegenden technischen Protokoll mit einer Obergrenze versehen.

Sind also entsprechend viele Transaktionen aufeinander gestapelt, dass die maximale Größe nicht überschritten wird oder wenn alle Transaktionen aus dem Pool in dem Stapel sind, beginnt der Miner den oben schon erläuterten Hash-Wert für diesen Datenblock zu errechnen.

Miner berechnen den Hash-Wert der Blocks und sichern das Netzwerk

Dabei haben die Miner die Aufgabe, die Transaktionsdaten und den Hash-Wert des letzten, ihnen bekannten Blocks und einen weiteren Wert, den sie erraten müssen, in der Formel zusammenzurechnen, um einen, vom Grundalgorithmus des ganzen Bitcoin-Systems vorgegebenen Wert, zu unterschreiten. Das klingt jetzt erst einmal monströs, ist aber, wenn man die einzelnen Schritte nacheinander anschaut, doch nicht so kompliziert.

In der Formel werden also alle Transaktionen zusammengerechnet, dazu der Hash-Wert des letzten Vorgängerblocks. Das könnte der neue Hash-Wert des Blocks sein und würde sehr schnell gehen.

Damit wäre aber unser Problem nicht behoben, dass ständig neue und gegebenenfalls auch manipulierte Blocks an die Nodes gesendet würden. So könnte man auch das Netzwerk lahmlegen, weil die Nodes ganz einfach überflutet würden. Deshalb hat Nakamoto die schon erwähnte Bremse eingebaut.

Diese Bremse funktioniert so, dass im Grundsystem des ganzen Netzwerks, dem sogenannten „Core“, ein weiterer Algorithmus steckt, der alle zehn Minuten vorgibt, wie viele führende Nullen der errechnete Hash-Wert besitzen muss. Hört sich auch wieder kompliziert an, ist allerdings ganz einfach. Man kann es sich ungefähr so vorstellen:

Wenn die gesuchte Zahl 1 wäre, dann muss der Hash-Wert des neuen Blocks kleiner als 1,0 sein. 0,999999 und alle kleineren Werte wären dann zulässig.

Die Miner suchen nun diese kleineren Werte, indem sie in die Formel, neben den Transaktionen und dem Hash des letzten Blocks, auch noch eine beliebige weitere Zahl einsetzen, die als „Nonce“ bezeichnet wird. Also zum Beispiel:

0,745(Summe der Transaktionen)·0,872571(Hash-Wert des Vor-gänger-Blocks)·1,7656(Nonce)=1,1477

Damit wäre die Nonce mit einem Wert von 1,7656 nicht die richtige, weil sie größer als 1 ist. Der Miner muss nun neu rechnen und es mit einer anderen Nonce versuchen. Tatsächlich muss der berechnete Hashwert nicht kleiner als eine bestimmte Zahl sein, sondern eben eine bestimmte Anzahl von führenden Nullen zeigen. Also zum Beispiel vier führenden Nullen: 0,000072863 oder sechs führende Nullen: 0,00000052415. So oder so muss der Miner rechnen, was das Zeug hält, um diese Vorgabe zu erfüllen.

Das Geheimnis hinter dem sogenannten „Mining“

Im Prinzip ist es nichts anderes als lustiges Zahlenraten. Zahlen in eine Formel einsetzen und dann schauen, ob das Ergebnis so viele führende Nullen mit sich bringt wie die vom System geforderten. Es ist natürlich klar, dass die Formel sehr viel komplizierter ist als in dem Beispiel von oben.

Entscheidend ist, dass das Ergebnis einer Hash-Formel schon bei minimalen Änderungen der Ausgangswerte enorme Veränderungen des Endwerts mit sich bringt, wie weiter oben dargestellt wurde.

Deshalb ist es auch kein einfaches lineares Probieren nach dem Motto, 1,7656 ist zu groß, also nehmen wir einfach 1,4441. Wenn das immer noch zu viel ist, dann eben 1,2982. So einfach ist es eben nicht. Im Gegenteil. Da das Ergebnis nicht linear ist, kann es sein, dass ein größerer Wert der Nonce in der Formel zu einem kleineren Endwert führt. Wie schon gesagt, die Augen eines Mathematikers glänzen bei solchen Formeln, Laien nehmen es staunend zur Kenntnis. Für den Fall, dass man gefragt wird, welche Art von Berechnung erforderlich ist, um einen Hash-Wert zu errechnen, kann man auf die sogenannte „elliptische Kurvenformel“ verweisen. Das aber nur, wenn das Gegenüber immer weiter nachfragt. Dann hören die Nachfragen normalerweise auf.

Dem Miner bleibt also tatsächlich nichts anderes übrig, als zu raten, zu rechnen, zu vergleichen und wenn das Ergebnis nicht klein genug ist, das Ganze wieder von vorne, mit einer neuen Nonce, zu starten. Wir reden hier aber nicht nur von 100 oder 1.000 Versuchen, sondern von Milliarden Rechenoperationen pro Sekunde, die das ganze Bitcoin-Netzwerk ständig ausführt. Die Einheit, in der diese Rechenleistung erfasst wird, sind die sogenannten „Mega-Hashes“, „Giga-Hashes“ oder sogar „Peta-Hashes“. Also Millionen Hash-Berechnungen pro Sekunde beziehungsweise Milliarden oder Billiarden Hash-Berechnungen pro Sekunde.

Solche Berechnungen sind nichts mehr für handelsübliche Com-puter, da die Anforderungen an die Rechenleistung nicht mehr von diesen Maschinen erbracht werden können. Deshalb kommt es heutzutage zur Arbeitsteilung zwischen Nodes und Minern.

Die Nodes verwalten die dezentral abgespeicherten Daten und die Miner berechnen die neuen Blocks.

Am Anfang, als das Bitcoin-System im Jahr 2009 startete, war es noch möglich, mit einer ganz normalen CPU (dem zentralen Chip in unseren Computern wie zum Beispiel ein Pentium) den Hash-Wert der Blocks zu berechnen. Irgendwann wurde es aber zu kompliziert und zu aufwendig und die Softwareexperten haben die Berechnung auf die sogenannten GPUs (Graphic Processing Units) ausgelagert. Das sind die Spezialchips in den Grafikkarten. Grafik-karten müssen auch sehr viel und sehr schnell rechnen können, damit sie zum Beispiel in einem Spiel die Hintergrundbilder berechnen und auf dem Bildschirm darstellen können, während der Spieler mit einer schußbereiten Pistole durch eine Stadt läuft. Wegen dieser Eigenschaften sind GPUs viel besser geeignet, diese komplizierten Rechnungen durchzuführen.

Wer schneller ist, verdient mehr Geld

Im gesamten Netzwerk sind viele Miner installiert. Alle rechnen gleichzeitig an jedem neuen Block und versuchen, die Nonce zu erraten. Sie nehmen also Transaktionen aus dem Pool und packen diese zusammen mit dem Hash des letzten Blocks in den neuen Block. Dann suchen sie einen Wert für die Nonce, berechnen und vergleichen das Ergebnis mit der Anforderung des Systems. Wenn der Wert kleiner ist als die Anforderung des Systems, wird der Block abgeschlossen und an die mit dem Miner verbundenen Nodes versendet, damit diese den neuen Block an ihre lokale Kette anhängen und an andere Nodes weiter versenden, damit diese wiederum den neuen Block an ihre jeweilige Kette anhängen. So wird die Blockchain weiter und weiter verlängert.

Was aber hat das mit Geld verdienen zu tun? Nun, zum einen müssen die Bitcoins ja irgendwie entstehen und zum anderen brauchen die beteiligten Computer zwar keine Pizza und Pasta zum arbeiten, aber Strom. Und Strom kostet den Betreiber Geld. Warum sollte er nun etwas bezahlen, von dem er nichts hat und von dem er für sich nicht mindestens Pizza und Pasta kaufen kann oder auch mal ein Steak oder einen leckeren Fisch?

Hier kommt nun wieder ein genialer Gedanke von Satoshi Nakamoto ins Spiel: Der Miner erhält für seine geleistete Arbeit eine Erfolgsprovision!

Die Berechnung des neuen Blocks wird von allen Minern im Netzwerk ständig parallel vorgenommen und einer wird der erste sein, der einen neuen Block gehashed, also den Richtgen Hash-Wert für diesen Block erraten hat. Dieser Miner erhält nun die Belohnung. Eine Belohnung, die aus Bitcoins selbst besteht, die zu diesem Zweck einfach neu entstehen.

Während die Notenbank neue Banknoten drucken muss, werden im Bitcoin-Netzwerk einfach dem Miner in dem Block, den er gerade erzeugt hat, neue Bitcoins zugesprochen. Zum Beispiel 50 Bitcoins als Belohnung für jeden neuen, richtig gehashten Block. Wenn der Block von den Nodes an die bestehende Blockchain angehängt wird, dann werden damit diese 50 Bitcoins legitimiert und sie gehören dem Miner, der als erstes den neuen Block gefunden hat. Damit hat jeder ein Incentive, so schnell wie möglich zu rechnen und neue Blocks zu hashen.

Das ist auch der Weg, wie Bitcoins sozusagen „geboren“ werden. Technisch packen die Miner einfach in jeden Block eine Transaktion, in der sie sich selbst diese Belohnung auszahlen. Wird der Block vom Netzwerk validiert, existieren die Bitcoins von diesem Zeitpunkt an, denn sie stehen ja in der unveränderlichen Blockchain.

Immer schnellere und leistungsfähiger Computer

Wer also schneller rechnen kann, der verdient mehr Geld. Dadurch entsteht Wettbewerb und die Motivation, schnellere Chips zu nutzen, die schneller rechnen können. Deshalb waren nach ein paar Jahren nicht nur die normalen Computer zu langsam, sondern auch die Grafikkarten und man entwickelte spezielle Schaltkreise, die nichts anderes tun, als zu hashen, also Hash-Werte der einzelnen Blocks zu berechnen. Man nennt diese speziellen Chips auch ASICs („Application-Specific Integrated Circuits“).

Spezielle Maschinen, die im Wesentlichen aus Lüftungseinheiten bestehen, denn sie werden sehr heiß, aus großen Netzteilen, denn sie brauchen viel Strom und eben kleinen ASIC-Chips, die nichts anderes tun als rechnen, rechnen, rechnen. Hashen, hashen und wieder hashen. Mega-, Giga- und Peta-Hashes hashen. Irgendwann, in naher Zukunft werden die Wörter „Hash“ und „hashen“ sicher in den Duden aufgenommen — aber das nur am Rande.

All die Miner rund um die Welt stehen international im Wett-bewerb und nehmen im Prinzip an einer Lotterie teil, die alle zehn Minuten eine Ziehung vorsieht. Einer findet in diesen zehn Minuten die richtige Zahl, die richtige Nonce und gewinnt. Das ist das einfache Prinzip des Minings bei Bitcoin.

Grund für dieses doch komplizierte Vorgehen bei der Umsetzung des einfachen Prinzips, ist es, das Netzwerk an sich zu sichern, damit niemand Daten immer wieder überschreiben und damit ändern und fälschen kann. Dieser Mining-Prozess dient sozusagen als Bremse und gleichzeitig auch der Schöpfung neuer Bitcoins. Man hat den Begriff „Mining“ gewählt, weil man (wie beim Gold) durch schürfen, durch Arbeit neues „Gold“ findet. Der Begriff Mining ist ein bisschen unglücklich gewählt, wenn man es zum ersten Mal hört, aber wenn man den Prozess erst einmal verstanden hat, dann macht diese Analogie durchaus Sinn.

Je mehr Hash-Power, desto mehr Chancen

Nun ist es natürlich logisch — wie bei einer üblichen Lotterie auch — dass derjenige, der mehr Lose besitzt, über höhere Gewinn-chancen verfügt. Jeder hat zwar die gleiche Chance, aber statistisch ist die Chance höher, wenn man mehr Lose besitzt oder im Netz-werk, über mehr Hash-Power verfügt, also mehr Berechnungen durchführen kann, um den richtigen Wert vor allen anderen zu erraten.

Deshalb herrscht hier ein weltweiter Wettbewerb, um die schnell-sten Miner, die meisten Miner und die besten Standorte, an denen Strom günstig ist. China hat dort die Nase vorne, aber andere Länder wie Deutschland, Island und auch die USA kämpfen ständig um mehr Leistung, mehr Rechenpower und Standorte mit billigeren Stromangeboten. Mining-Farmen direkt an einem Wasserkraftwerk stationiert, sind in China und auch in USA zu finden.

Erste Ideen, erneuerbare Energien wie Solar oder Windkraft zu nutzen, deuten sich auch in Europa an. Russland scheint sich strategisch für Mining zu interessieren und es kann sein, dass der Wettbewerb um die Belohnung tatsächlich noch breiter wird. Das ist das Beste was dem Bitcoin-Netzwerk passieren kann, denn je mehr Zeugen eine Transaktion bestätigen, desto sicherer ist es.

Das ist im Grunde alles eine einfach Profitrechnung. Nehmen wie einmal an, ein Miner, also ein solch spezialisierter Computer, braucht 1.200 Watt pro Stunde. Er soll natürlich 24 Stunden an jedem Tag des Jahres laufen und hashen. Das sind 1,2 Kilowatt-stunden mal 24 Stunden mal 30 Tage im Schnitt pro Monat. Zusammen also 864 Kilowattstunden pro Monat.

Eine Kilowattstunde kostet in Deutschland circa 28 Eurocent. Dann kostet der Betrieb eines Miners pro Monat ungefähr 241 Euro alleine an Strom. Dazu kommt noch die Anschaffung und natürlich der Standort, denn irgendwo müssen die Dinger ja aufgestellt werden.

Die entscheidende Komponente der Berechnung der Rentabilität ist natürlich auch die Hash-Power, die ein Miner zur Verfügung hat, und vor allen Dingen, wie viel Hash-Power das im Verhältnis zu dem gesamten Miner-Netzwerk von Bitcoin ist. Wenn der Miner also zum Beispiel 13.000,0 GH/s hat (S9 Antminer) und es einer von zwei identischen Minern auf der ganzen Welt ist, dann kann man davon ausgehen, dass jeder zweite Block im Durchschnitt berechnet wird, den die Nodes annehmen und den sie an die Blockchain anhängen.

Das bedeutet, dass man, bei einem Block alle zehn Minuten, drei Blocks pro Stunde findet und der andere Miner auch drei Blocks pro Stunde errechnen wird. Für jeden Block erhält man eine Belohnung von 12,5 Bitcoins (bis 2020, dazu später mehr). In einem Monat addiert sich das auf drei Blocks pro Stunde mal 24 Stunden mal 30 Tage ist gleich 2.160 Belohnungen zu 12,5 Bitcoins ist gleich 27.000 BTC.

Juhu. Man wird reich! Sehr reich! Furchtbar reich! Denn immerhin wird ein BTC zu 9.000 Euro gehandelt (im Dezember 2017). Wenn man also einen von insgesamt zwei Minern betreibt und damit 50 Prozent der gesamten Hash-Power des Bitcoin-Netzwerks, dann erhält man bei rund 250 Euro Stromkosten stolze 243 Millionen Euro als Belohnung. Wow — das ist ein Geschäft! Aber wo ist der Haken?

Mit Bitcoin reich werden

Nun, der Haken ist schnell gefunden, wobei er nicht in der Mathematik selbst steckt. Die ist korrekt — wie immer im Bitcoin-Netzwerk, bei einfachen und auch sehr komplexen Formeln.

Nein, die Annahme, dass man mit einem Miner über 50 Prozent der gesamten Rechenleistung, der gesamten Hash-Power verfügen kann, ist natürlich Utopie. Tatsächlich beträgt die gesamte Hash-Power im Bitcoin-Netzwerk 12.253.664 TH/s (30.11. 2017).

Man verfügt also tatsächlich nur über etwa 1/1.000.000 der Hash-Power. Zur Vereinfachung kann man nun den gesamten Monats-ertrag von 243 Millionen Euro durch 1 Million teilen, um in etwa zu errechnen, was ein Miner an Belohnung erhalten kann: 243 Euro! Jetzt rechnet sich das Ganze schon nicht mehr so gut, wenn man 28 Cent pro Kilowatt Stromkosten bezahlen muss. Da bleiben gerade mal 2 Euro über.

Deshalb suchen die Mining-Firmen auch billigen Strom, denn die Rechnung sieht gleich ganz anders aus, wenn man nur 5 Cent pro Kilowattstunde zahlen muss oder gar noch weniger. Industriestrom in den USA gibt es zum Beispiel im Staat Washington an der Westküste an einigen Standorten für 2,8 Cent pro Kilowatt. Dann zahlt man nur rund 25 Euro pro Monat für Strom und es bleiben über 200 Euro im Monat über. Da wundert es nicht, dass genau dort Mining-Farmen aufgebaut werden.

Mining hat neben den reinen Stromkostenrechnung natürlich auch noch einige andere Komponenten, die den Ertrag und die Leistungsfähigkeit beeinflussen und die mit berücksichtigt werden müssen. Die Raumtemperatur spielt eine Rolle, die Verbindungs-kabel, die Toleranz der Chips und vieles anderes. Dazu kommt, dass die Miner auch nur Computer sind und wie bei einem gewöhn-lichen Computer fallen Teile aus. Je heißer die Dinger werden, desto leichter kann das passieren. Je heißer es im Raum ist, desto schneller laufen die Miner heiß.

Alles in allem ist Mining inzwischen etwas für Experten und zu Hause minen ist selten lukrativ, auch wenn es immer wieder Angebote von irgendwelchen Leuten gibt, die vorgaukeln, das Mining zu Hause der Weg ist, um reich zu werden. Dazu und mit welchen Tricks man noch hereingelegt werden kann, später mehr. Da gibt es noch viel mehr als windige Mining-Angebote.

Das Ende des Rennens

Das Rennen um einen Block ist sofort vorbei, wenn ein Miner den Block errechnet hat und an das Netzwerk versendet hat. Innerhalb von Sekunden wissen das dann auch alle anderen Miner und hören mit eigenen Berechnungen umgehend auf. Allerdings nur, um sofort den nächsten Block zu bauen und zu berechnen. Wenn also Block 6 als gelöst ankommt, nehmen sie wieder neue Transaktionen aus dem Pool, nehmen den Hash-Wert von dem nun gefundenen Block 6 und beginnen unverzüglich Block 7 zu berechnen, in der Hoffnung dieses Mal derjenige zu sein, der den Block 7 findet und damit auch derjenige zu sein, der die jeweilige Belohnung erhält. Eine rasante, mathematische Lotterie.

Wie schon vorstehend erwähnt suchen die Miner immer weiter nach günstigen Stromquellen und immer mehr Miningfabriken, die man als mining farms bezeichnet, werden ans Netz angeschlossen. Sehr viel mehr. Während der bisherigen Spitze errechneten spezialisierte Miner 180.666 Exahashes pro Sekunde. Das ist eine Zahl mit 30 Nullen!

180.666.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 Berechnungen pro Sekunde!

Natürlich wird auch bei den neuesten Mining-Chips neue Technologie eingesetzt und der oben erwähnte S9 Miner, der, auch heutiger Sicht, lächerliche 13.000 Giga-Hash berechnen kann, rechnet sein Nachfahre, der Antminer S19 schon 110 Terra-Hashes - sehr deutlich mehr. Der S19 kostet rund 6.000 Euro im August 2021, ist aber leider nicht immer lieferbar.

Die individuelle Rechenkapazität der Miner steigt also und zudem werden immer mehr Miner rund um die Welt an Netz genommen. Auf Basis von Hochrechnungen kann man annehmen, dass über 1 Million Miner jede Sekunde die neuen Blocks von Bitcoin berechnen.

Das ist enorm und es stellt sich die Frage, ob des irgendeinen Sinn ergibt. In der Tat ergibt das sehr viel Sinn, wie Sie später noch erleben werden. Tatsächlich ist es so, dass je mehr Miner an einem Block herumrechnen, die Manipulationssicherheit der Bitcoin Blockchain steigt, genau wie die Stromkosten und gerade das zu einer besseren Umweltbilanz führt.

Das ist scheinbar widersprüchlich, kann aber leicht erklärt werden, weil die Miner, die mit grünem Strom arbeiten natürlich sehr viel profitabler sind. Deshalb können die Betreiber noch mehr Miner anschließen. Das wiederum führt zu schlechteren Auszahlungs-quoten für die bestehenden Miner, die nach und nach unprofitabel werden.

Wenn sie also nicht günstiger produzieren, sprich weniger für die verbrauchte Kilowattstunde zahlen, wird das Mining für sie ein Verlustgeschäft. Niedrigere Stromkosten kann man aber nur erzielen, wenn man alternative Energien einsetzt, was letztlich das Ziel ist.

Bitcoin beweist auch hier erneut, dass die bisher als alternativlos geglaubten Marktgesetze auch anders, nämlich durchaus positiv für die Umwelt wirken. War bisher die politische Meinung, dass Mas-senproduktion und Wachstum nur durch mehr Energieverbrauch und leider unvermeidliche Umweltschäden erreicht werden kann, beweist Bitcoin, dass man mit grüner Energie sehr wohl mehr Wohlstand erzeugen kann.

Inflation in der Bitcoin-Blockchain

Dieses Rennen wird immer wieder neu gestartet. Im Durchschnitt alle zehn Minuten. Ein ewiger Kreislauf — Stunde für Stunde, Tag für Tag, Monat für Monat und jahrein, jahraus.

Das bedeutet aber auch, dass alle zehn Minuten 50 neue Bitcoins entstehen. Hierfür hat man sich, für die Beschreibung des Vor-gangs, wie zuvor schon angemerkt, an die Terminologie der Welt des Goldes angelehnt. Gold wird in Minen abgebaut oder auch geschürft. Dadurch wird die auf der Welt verfügbare Goldmenge größer.

Durch die speziellen Rechner im Bitcoin-Netzwerk, die man Miner nennt, werden quasi neue Bitcoins geschürft. Daher kommt der Name Miner und man spricht im Deutschen tatsächlich von „schürfen“ und im Englischen von „mining“. Im Nachhinein ist man immer schlauer, aber man muss nun mit diesem, doch eher unglücklichen Begriff leben.

Allerdings besteht zu Gold ein wesentlicher Unterschied: Während man nicht wissen kann, wie viel Gold tatsächlich auf der Welt geschürft werden kann, weiß man ganz genau, wie viele Bitcoins jemals geschürft werden können. Im Kernalgorithmus ist festgelegt, dass 21 Millionen Bitcoins die maximale Anzahl von Bitcoins sind, die jemals geschürft oder vom System ausgegeben werden können. Also, 21 Millionen Bitcoins und das war’s.

Es gibt also nur eine genau definierte Menge von Bitcoins und sie sind deshalb nur begrenzt verfügbar. Alles, was begrenzt verfügbar ist, ist wertvoll. Das weiß man von Edelmetallen wie Gold oder Silber und auch von anderen wertvollen Materialien wie Diamanten oder seltene Erden. Das gleiche gilt für Kunst, für Gemälde und sogar für Fehldrucke bei Briefmarken, wie zum Beispiel der berühmten „Blauen Mauritius”. Begrenzte Verfügbarkeit verleiht etwas einen Wert — natürlich nur, wenn auf der anderen Seite eine entsprechende Nachfrage besteht.

Die Ausgabe von Bitcoins ist genau vorhersagbar

Der Kernalgorithmus definiert aber nicht nur die Obergrenze, sondern auch, wie viele Bitcoins, wann ausgegeben werden. Das begann im Jahr 2009 mit 50 Bitcoins pro Block. Etwa alle vier Jahre kommt es nun automatisch zum sogenannten „Halving“, der Halbierung der Ausschüttung. Konkret bedeutet das, dass seit dem Sommer 2012 nur noch 25 Bitcoins pro richtig berechnetem Block ausgeschüttet wurden. Im Sommer 2016 waren es dann auf einmal nur noch 12,5 Bitcoins und seit Sommer 2020 sind es 6,25 Bitcoins pro richtig errechnetem Block. Das nächste Halving steht für den Sommer 2024 an. Dann wird der im Englischen „mining reward“, also die Belohnung der Miner, auf 3,125 Bitcoin pro Block reduziert wird. 2028 dann wieder und dass so lange, bis ganz knapp vor 21 Millionen im Jahr 2140.

Das hat natürlich zur Folge, dass die restliche Menge der maximal 21 Millionen viel langsamer ausgeschüttet beziehungsweise ge-schürft werden kann. Gerade die begrenzte Menge und die lang-same Verfügbarkeit von Bitcoins machen Bitcoin als Wertespeicher so wertvoll.

Genau wie bei Gold, in dessen Fall es immer schwieriger wird, größere Lager zu finden und die gefundenen Lager immer schwerer zu bearbeiten sind. Deshalb behält Gold seinen Wert.

Euro und Dollar sind nicht knapp

Im Gegensatz dazu stehen unsere heutigen Währungen wie der Dollar, der Euro, das britische Pfund und der Yen. Dort besteht keine Knappheit und selten sind sie auch nicht. Ganz im Gegenteil, sie werden von den Regierungen vorsätzlich inflationiert und verlieren dadurch an Wert. Eine Inflation, die durch die Politik zentral herbeigeführt wird und alle immer ärmer macht. Inflation ist auch eine Auswirkung eines zentralen Systems. Näheres dazu im Kapitel über Geld.

Bitcoin ist die Antwort auf Inflation. Er kann tatsächlich, je intensiver er als Zahlungsmittel eingesetzt wird, noch stabiler als Gold werden. Kein Mensch weiß, wie viel Gold noch geschürt werden kann. Morgen schon könnte eine große Goldader entdeckt werden und bewirken, dass der Preis von Gold ins Bodenlose stürzt. Auch durch die Weltraumforschung besteht die potenzielle Gefahr, dass Gold im Weltall gefunden wird oder im Dauervakuum hergestellt werden kann.

Wenn der Traum der alten Alchemisten, das Edelmetall künstlich herzustellen, wahr werden sollte, würde Gold über Nacht wertlos. Das kann Bitcoin nicht passieren, denn das System ist, wie hier beschrieben, so in sich abgesichert, dass es keine Möglichkeit gibt, weitere Bitcoins zu generieren, zu erzeugen oder zu fälschen.

Wie man Bitcoins verlieren kann

Tatsächlich zeigt Bitcoin eher einen deflationären Effekt, der ganz trivial dem Verlust von Zugangsdaten einzelner Nutzer geschuldet ist. Am Anfang, als Bitcoin noch gar nichts beziehungsweise nur ein paar Cent wert war, achteten viele Softwareexperten nicht so sehr auf ihre Bitcoins. Sie minten diese aus reiner Technikbegeisterung und die Bitcoins wurden einfach irgendwo auf der Festplatte gespeichert. Genauer gesagt lagen dort ja keine Bitcoins, sondern der Zugangscode, der der Blockchain als Nachweis des Besitzes zugeordnet ist, der sogenannte „Private Key“.

So oder so, die Festplatte wurde ausgetauscht, der Computer ausrangiert und dabei der Private Key gelöscht oder zumindest die Festplatte verlegt oder verschrottet. Auf diese und ähnliche Art und Weise gingen viele Hunderttausend bis einige Millionen Bitcoins verloren. Verloren nicht im Sinne von weg, denn die Blockchain, die nie etwas vergessen kann, kennt diese Bitcoins noch, sondern verloren im Sinne davon, dass man keinen Zugriff mehr auf sie hat. Tatsächlich kann es niemand auf der Welt, auch nicht die größten Supercomputer gemeinsam, schaffen, einen verlorenen Zugangs-code, also diesen Private Key, wiederherzustellen.

Das ist eine sehr gute, aber auch eine sehr schlechte Nachricht. Sehr gut natürlich deshalb, weil die Bitcoins immer sicher aufgehoben werden und nicht gestohlen oder gefälscht werden können. Sehr schlecht, weil man an seine Bitcoins nie wieder herankommt, wenn dieser Zugangsschlüssel, der Private Key verloren ist. Was es genau damit auf sich hat, wie das funktioniert und warum man doch immer wieder davon hört, dass Bitcoins gestohlen wurden.

Auch gingen einige Bitcoins beziehungsweise der Zugriff auf sie verloren, indem die Bitcoins beim Versand, also einem Bezahl-vorgang, schlicht und einfach an die falsche Adresse gesendet wurden. Diese Adressen gehören entweder niemandem, da das System den Transfer nur angenommen hat, weil das Format korrekt war oder die Bitcoins wurden zu einer Adresse gesendet, zu der der Private Key verschollen ist. Einige liegen auf unbestimmte Zeit auf inaktiven Konten, bei denen es unklar ist, ob sie jemals wieder aktiviert werden beziehungsweise aktiviert werden können.

Um diese verlorenen Bitcoins — korrekter gesagt Private Keys, es geht immer nur um die Private Keys, die verloren sind — ranken sich die tollsten Stories. So wird von Menschen berichtet, die auf Müllkippen mit einem Spaten gesehen wurden, als sie nach ihrem alten Computer beziehungsweise der entsorgten Festplatte, gegraben haben.

Fantastische Gesichten, wie sie Hollywood nicht besser erfinden könnte.

Bedenkt man allerdings, dass manche Leute einmal ein paar Tausend Bitcoins besaßen, dann kann man sich schon sehr gut vorstellen, dass jemand auch eine Müllhalde auf der Suche danach umgraben würde.

Vielleicht noch nicht, solange der Kurs pro Bitcoin bei 30 Cent steht. Dann wären zum Beispiel 5.000 BTC ja „nur“ 1.500 Dollar wert. Was aber bei 1 Dollar oder 10 Dollar? Wer würde nicht für 50.000 Dollar einen Spaten in die Hand nehmen? Der Kurs des Bitcoin unterliegt starken Schwankungen, aber es ist sicher, dass er zeitweise für ein paar Tausend Dollar pro Bitcoin gehandelt wurde.

Ab wann würde man einen Spaten in die Hand nehmen oder eine ganze Mannschaft mit Baggern eine Müllhalde umgraben lassen? Bei 2.500 Dollar pro Bitcoin? Bei einem Wert von 12,5 Millionen Dollar? Bei 10.000 Dollar pro Bitcoin? Spätestens dann stellt sich diese Frage doch gar nicht mehr.

Wie man Bitcoins sicher aufbewahrt, damit man gar nicht erst in die Verlegenheit kommt, in den Baumarkt pilgern zu müssen, dazu später mehr.

Der erfolgreiche Miner erhält mehr als nur die neuen Bitcoins

Miner sichern also durch die energieintensive Arbeit des Minens das Bitcoin-Netzwerk. Dazu lassen die Betreiber spezielle Com-puter laufen, die eine irre Menge an Strom verbrauchen und nichts anderes tun, als eine bestimmte mathematische Formel immer wieder und wieder zu berechnen. Das machen sie so lange, bis sie ein Ergebnis gefunden haben, welches den Vorgaben des Systems entspricht.

Dann melden Sie das Ergebnis an und senden einen Datenblock an alle Nodes, die diesen dann akzeptieren, wenn der Miner richtig gerechnet hat. Als Belohnung für die Arbeit erhält der Miner 6,25 neue Bitcoins (Stand seit Sommer 2021). Aber das ist nicht alles, was er für seine Arbeit bekommt. Das könnte zu wenig Anreiz darstellen, da die Miner-Hardware, also die spezialisierten Com-puter, viel Geld kosten und der Stromverbrauch auch ins Geld geht.

Die Miner verpacken in den Blocks im Wesentlichen die Trans-aktionen, die im Netzwerk von den Teilnehmern veranlasst wurden. Diese Transaktionen, im einfachsten Falle 2 BTC von Alice an Bob, sind auch im Bitcoin-Netzwerk nicht völlig kostenfrei. Es fällt immer eine sogenannte Netzwerkgebühr an, die die Teilnehmer frei wählen können. Alice meldet also dem Miner: „Hallo Miner, bitte registriere, dass ich 2 BTC an Bob übertragen habe und dafür bezahle ich dir eine Gebühr von 0,000001 BTC.“

Natürlich sind das im Netzwerk nur Computercodes, die das Gleiche für die Maschinen aussagen, aber die Miner erhalten mit jeder Transaktion, die sie in einem Block verarbeiten, eine kleine Gebühr. Das ist von Bedeutung.

Da jeder Miner aus dem Transaktionspool, also dem Bereich, in dem alle gewünschten Transaktionen auflaufen, die Transaktion frei auswählen kann, arbeiten die Miner natürlich mit einem Algorithmus, der die Transaktionen mit den höchsten Gebühren zuerst auswählt. Wenn Alice 0,000001 BTC Gebühr für ihre Transaktion anbietet, Carol jedoch 0,000002 BTC für ihre, werden die Miner zuerst Carols Transaktion in den Block packen und dann erst die von Alice, wenn noch Platz in diesem Block ist.

Alles im Bitcoin-Netzwerk ist maximal kapitalistisch nach den Regeln eines absolut freien Marktes ausgelegt. Falls Bitcoin und Co. geeignet sind, bestehende Gesellschaftsformen nachhaltig zum Bessern zu verändern, bedeutet das keineswegs, dass diese Systeme „sozialistisch“ werden. Ganz im Gegenteil. Sie sind der Kapital-ismus in Reinform. Mit allen Vor- und Nachteilen eines solchen Systems.

Aus diesem Grund erzielen die Miner neben dem Grundein-kommen pro Block, den sie richtig errechnen, auch noch ein variables Einkommen aus der Summe der Transaktionsgebühren aller Transaktionen, die sie in dem jeweiligen Block verpackt haben. Das ist schon ein großes wirtschaftliches Incentive, denn da kommen zu den momentan 6,25 Belohnung-Bitcoin auch noch 0,5-3 weitere Bitcoins als Transaktionsgebühren hinzu. Das sind im August 2021 einfach noch einmal 20.000 bis 120.000 US-Dollar in zehn Minuten. Kein schlechter Stundenlohn — natürlich nur, wenn man der Glückliche ist, der den Block-Hash als Erster richtig berechnet hat.

Tatsächlich ist es aber nicht nur eine riesige Lotterie für den Miner, der sich 24 Stunden am Tag abstrampelt, es besteht auch noch ein gewisses Restrisiko, dass er seinen Gewinn wieder abgeben muss. Das passiert im Bitcoin-Netzwerk ein-, zweimal in der Woche und zwar dann, wenn ein anderer Miner auch einen Block zum gleichen Zeitpunkt gefunden hat.

Zehn Minuten: der Herzschlag des Systems

Jetzt bleibt noch ein weiteres Geheimnis zu lüften, um das ganze System kennenzulernen und zu verstehen. Wie gelingt es denn, dass ein Block nur alle zehn Minuten gefunden, also berechnet wird?

Nakamoto hat den Herzschlag des Systems auf zehn Minuten festgelegt, dass heißt, im Durchschnitt wird alle zehn Minuten ein Block gefunden und an die Bitcoin-Blockchain angefügt. Das ergibt sozusagen den Herzschlag des Systems. Wie wird das erreicht?

Dazu ist im Grundsystem ein unveränderlicher, weiterer Parameter eingebaut, der mit in die Formel einfließt, die die Miner berechnen müssen. Dieser Parameter ist die sogenannte „Difficulty“, also der Schwierigkeitsgrad. Dieser Parameter wird vom System alle 2016 Blocks neu angeglichen und funktioniert eigentlich ganz einfach. Das System misst, wie lange im Schnitt die vereinigte Rechenpower aller Miner gebraucht hat, um einen Block zu finden und setzt dann die Difficulty alle 2016 Blocks neu fest.

Wenn die Miner durch mehr angeschlossene Miner und damit mehr Rechenpower im Netz schneller als zehn Minuten waren, wird die Difficulty erhöht und die Miner müssen entsprechend länger raten und mehr Durchgänge berechnen, bevor sie den richtigen Wert für einen Block errechnet haben. Eigentlich ganz einfach.

Dieses System ist eine der genialen Ideen von Nakamoto, denn dadurch werden automatisch zusätzliche Sicherheitsfaktoren aktiviert. Die Blockzeit von zehn Minuten gilt natürlich nur als Durchschnittswert aller Blocks seit der letzten Korrektur der Difficulty. Manche Blocks werden nämlich sehr viel schneller gefunden, weil es im Grunde nur eine Lotterie ist. Ein Glücksgriff eines Miners ist nicht auszuschließen und kommt häufiger vor, als man annehmen könnte. Deshalb berechnet das System den Durchschnittswert über die jeweils letzten 2016 Blocks, was circa zwei Wochen entspricht. Die zwei Wochen errechnen sich aus 10 Minuten pro Block, also sechs pro Stunden, mal 24 Stunden, was 144 Blocks pro Tag ergibt und das bedeutet, dass das System rund 2 Wochen (144*14=2016) benötigt, um 2016 Blocks zu erzeugen.

Mehr Miner, mehr Rechenpower

Mehr Rechenpower kommt ins Netzwerk, wenn zum Beispiel mehr Miner angeschlossen werden oder wenn sich die Rechenleistung per se erhöht. Als zum Beispiel der erste Spezialist eine GPU, also eine Grafikkarte, genutzt hat, um die Blockwerte zu errechnen, hat er natürlich, weil er viel schneller rechnen konnte als alle anderen, die Blocks viel schneller als nur alle zehn Minuten errechnet. Damit ist er wahrscheinlich damals nicht nur zu schnell gewesen, sondern hat auch fast jeden Block nacheinander gelöst und die damals noch 50 BTC als Belohnung erhalten. Während die anderen noch die Rechenaufgabe am Block 5 zu lösen versuchten, hatte der GPU-Miner das schon längst hinter sich und arbeitete schon an Block 6. Die anderen, die deutlich langsamer rechnen können, mussten also immer wieder abbrechen und dann neu starten. Bis sie so weit waren, hatte der GPU Miner schon Block 6 fertig und so weiter.

Das ist natürlich nicht der Sinn des Ganzen, denn das System ist dadurch auch extrem anfällig für Manipulationen. So hätte dieser GPU-Miner Daten verändern und dem Netzwerk zuliefern können, weil er ja so schnell ist, dass die anderen gar keine Blocks mehr an die Nodes hätten liefern können. Sie erhalten dann mitten im jeweiligen Rechenvorgang schon nach kurzer Zeit eine Meldung, dass ein neuer Block errechnet wurde und dass sie nun mit den nächsten anfangen sollen. Nachdem sie also an Block 7 „herum-rechnen“, kommt nach ein paar Minuten die Meldung, dass der 7er gefunden wurde und sie an Block 8 weitermachen sollen. Aber auch dort kommen sie nicht weit, denn der wird auch bald als gefunden gemeldet, also dann ran an den Block 9 und so weiter.

Durch einen solchen massiven Rechenvorteil würde das System dann plötzlich doch zentralisiert und der eine Miner, der anstelle eines normalen Prozessors, also zum Beispiel einem Pentium, mit einer GPU rechnet, würde alles dominieren und kann Änderungen an den Daten nach Belieben vornehmen und einstellen.

Es gibt keine Kontrolle mehr — Diktatur pur

Nicht mit Nakamoto, der einen solchen Fall vorhergesehen hat und als Gegenmaßnahme die Difficulty eingeführt hat. Nach zwei Wochen ist Schluss mit der Diktatur, denn nach 2016 Blocks wird die Difficulty so hochgeschraubt, dass der GPU-Miner im Schnitt auch wieder zehn Minuten benötigt, um einen Block zu berechnen. Das bedeutet, dass das System nicht mehr hyperventiliert, sondern der Herzschlag wieder stabilisiert ist.

Allerdings findet nun auch nur der GPU-Miner die Blocks, weil er einfach genug Rechenpower hat diese zu berechnen. Die anderen Miner können quasi gar keinen Block mehr lösen, weil die Difficulty nun erst recht viel zu hoch für deren Rechenleistung ist. Der ein oder andere kann unter Umständen mal einen Treffer landen, denn im Grunde genommen raten die Miner ja eh nur, genau wie ein Lottospieler, der tatsächlich nur einen einzelnen Tipp abgegeben hat und damit die 6 Richtigen mit Zusatzzahl getroffen hat. Aber das ist die Ausnahme. Der GPU-Miner gewinnt die meisten Blocks, aber eben nicht mehr so schnell, sondern nur alle zehn Minuten. Aber er löst dennoch fast alle, was also ist gewonnen? Wozu das Ganze?

Wenn die Difficulty plötzlich so hochspringt, werden natürlich jede Menge Spezialisten auf diesen Umstand aufmerksam. Viele kluge Köpfe beobachten das System, nehmen Daten auf, lassen eigene Applikationen auf der Bitcoin-Blockchain laufen oder betreuen Miner, die seit einigen Tagen nichts mehr einnehmen und jetzt plötzlich gar nicht mehr mitkommen. Eine solche Änderung wird dann von vielen Teilnehmern wahrgenommen und zwar zuerst von den technischen Experten, die relativ schnell herausfinden können, was passiert ist.

Bitcoin ist ja keine Blackbox, zu der nur eine vorher definierte Gruppe Zugang hat, sondern ein offenes System. Die Program-mierung ist offen einsehbar als sogenannter „open source“. Die Blocks selbst sind offen einsehbar und können von jedem analysiert werden. Im Grund ist alles offen einsehbar und niemand kann irgendeine Funktion verstecken. Wenn ein solch neues Verhalten auffällt, werden sofort eine Vielzahl von Experten sofort reagieren. Sie nutzen dann auch einfach GPU-Miner und nach und nach wird die gesamte Rechenpower zwar massiv erhöht, aber dann auch von vielen, dass das System wieder dezentralisiert im Wettbewerb betrieben wird. Der Herzschlag ist synchronisiert bei zehn Minuten, die Hash-Power ist wieder ausgeglichen und das System ist stabil wie eh und je.

Der Vorteil des ersten Ingenieurs hat ihm zwar im Idealfall 14 Tage lang die überwiegende Mehrheit der Belohnung eingebracht, aber hat der Ingenieur, der das ausgetüftelt hat, nicht auch eine Belohnung verdient? Über die Höhe kann man trefflich streiten. Bei zum Beispiel 1.800 von 2.016 Blocks waren das mal damals 50 BTC pro Block, immerhin 90.000 BTC und damit, bei 1 Dollar immerhin 90.000 Dollar oder 90.000.000 Dollar bei 1.000 Dollar pro BTC und 900 Millionen bei 10.000 Dollar pro Bitcoin. Zu viel?

Das kann man sehen wie man will. Auf jeden Fall wurde damit das gesamte System weiterentwickelt, es wurde sicherer. Seitdem braucht man sehr viel mehr Rechenpower, um Änderungen zu veranlassen. Damit wurde das gesamte System doch viel wertvoller. Wenn man es mit einer Erfindung wie dem Dübel oder dem MP3-Dateiformat vergleicht, dann liegt die Entlohnung im vertretbaren, wenn auch im sehr hohen Bereich, besonders seit der Bitcoin die 10.000er Marke durchbrochen hat. Das setzt aber auch voraus, dass der Experte die Bitcoin auch aufgehoben hat und nicht den Private Key verloren hat, weil er als begeisterter Technikfans immer die neuesten Festplatten einbaut und die mit den Privat Keys irgendwie verschollen ist. Man weiß es eben nicht.

Das System kann Ausnahmesituationen ausgleichen — schwarze Schwäne haben keine Chance

Die zuvor genannten Beispiele sind natürlich Ausnahmesituationen, die auch nur ganz selten vorkamen, nämlich beim Umstieg auf die GPU und dann wieder bei den ersten ASICs, also den speziell fürs Mining hergestellten Chips mit ihren speziellen Baugruppen.

In der Regel sind die Schwankungen nur marginal und entstehen durch die Anzahl der angeschlossene Miner. Steigt der Bitcoin-Preis, wie zum Beispiel im ersten Halbjahr 2017 von 1.000 Dollar pro Bitcoin auf fast 3.000 Dollar pro Bitcoin, dann springen mehr Leute auf den Zug auf und betreiben Miner — auch zu höheren Stromkosten — weil es trotz des hohen Strompreises wirtschaftlich wird.

Mehr Miner bedeuten mehr Rechenpower im gesamten System, das bedeutet mehr Hash-Power im gesamten Netzwerk, was wiederum bedeutet, dass die Blocks schneller gefunden werden können. Das führt zu einer höheren Difficulty nach 2016 Blocks, also nach circa zwei Wochen und dann wird das System eingebremst, sodass die höhere Gesamtleistung sich wieder auf die durchschnittlichen zehn Minuten einpendelt, nur eben auf einem höheren Niveau.

Das ist somit ein positiver Aspekt, denn dadurch wird es für einen Angreifer, der Daten manipulieren möchte, wieder sehr viel schwieriger und sehr viel teurer, weil er noch mehr Rechenpower aufbringen muss, um diese Änderungen durchzusetzen.

Das alles ist dann im Grunde ein ökonomisches Problem, denn wenn eine Manipulation weniger einbringt als es kostet, diese vorzunehmen, wenn man also 100.000 Dollar einnehmen kann, aber 150.000 Dollar ausgeben muss, dann macht es einfach keinen Sinn. Wie viel man einnehmen kann, hängt wieder vom Preis der Bitcoins ab und da das System immer mehr Teilnehmer gewinnt, je höher der Preis ist, desto höher wird die Hash-Power und desto teurer wird ein Angriff. Das alles in einem System mit einer limitierten Anzahl von Coins muss zwangsläufig zu höheren Preisen pro BTC führen. Bei näherer Betrachtung also ein geniales System.

Bliebe noch die Problematik, dass sich die Anzahl der Miner verringert, sobald die Preise sinken. In diesem Fall werden Miner möglicherweise deaktiviert, weil zu wenig durch die Belohnung erzielt werden kann und die Stromkosten zu hoch werden. Dann sinkt die gesamte Hash-Power und die verbleibenden Miner brauchen im Durchschnitt mehr als zehn Minuten, um die Blocks zu berechnen, weil die Difficulty so hoch ist. Auch hier wird das Problem nach längstens zwei Wochen gelöst, weil die Difficulty dann heruntergesetzt wird und die Formel dadurch mit weniger Versuchen zu errechnen ist, also wieder zurück zu zehn Minuten pro Block im Durchschnitt geht.

So regelt sich das System immer wieder selbst und wächst durch Innovationen in Hard- und Software mit.

Angriffe durch Abschalten von Minern

Das System der Difficulty stellt — neben dem Ausgleich der Hash-Power bei schwankender Anzahl der Miner — auch noch eine weitere Sicherheitskomponente dar. Wenn man diesen Difficulty-Mechanismus weiter untersucht, findet man eine zusätzliche Bremse nach unten. Die Difficulty kann niemals um mehr als 25 Prozent gesenkt werden. Das ist im Kernalgorithmus so unver-änderlich festgelegt und verhindert eine Manipulation, wenn sich zu viele Miner in einer Hand befinden.

Angenommen, einer Gruppe von Minern gehören so viele Masch-inen, dass sie 40 Prozent der Hash-Power bereitstellen und sie dann vorsätzlich ihre Maschinen ausschalten würden. Dann würde sich — vereinfacht gerechnet — die Difficulty um 40 Prozent redu-zieren, weil die anderen Miner sehr lange brauchen würden, um die Blocks zu berechnen. Direkt nach der Korrektur der Difficulty würden besagte Miner ihre Power wieder einschalten und könnten nun natürlich sehr schnell Blocks berechnen, weil die Difficulty nicht der tatsächlichen Rechenpower entspräche.

Diese Gruppe von Minern hätte in so einem Fall zwei Wochen lang enorme Macht, könnte das System destabilisieren und tatsächlich schnell ein paar neue Daten einschleusen. Dabei geht es nicht unbedingt um reine Transaktionen, sondern auch um Veränder-ungen der systembestimmenden Algorithmen. Diese können tatsächlich, bis zu einem gewissen Grad, verändert werden. Dazu später mehr, wenn es um die Konsens-Mechanismen geht.

Die maximale Reduktion der Difficulty wirkt also wie ein weiteres Hemmnis, um die Sicherheit des Systems zu gewährleisten und das Bitcoin-Netzwerk zu stabilisieren. Alles in allem eine wohl durchdachte Sache.

Die Vergangenheit kann nicht mehr verändert werden

Die Bitcoin-Blockchain wird also von Minern abgesichert, die mit aufwendigen Rechenverfahren im Schnitt zehn Minuten brauchen, um eine Reihe von Transaktionen in einem Datenblock zu verschließen. Sie werden mit neu geschaffenen Bitcoins entlohnt, eben diesem Vorgang, den man auch „minen“ beziehungsweise im Deutschen „schürfen“ nennt.

Im Bitcoin-Netzwerk stehen dabei viele Miner in direkter, inter-nationaler Konkurrenz und wenn ein Block gefunden wurde, starten sie gleich mit der Berechnung des nächsten Blocks. Aber von wem erfahren sie, dass ein neuer Block gefunden wurde?

Wenn ein Miner erfolgreich das Puzzle gelöst hat, berichtet er das sofort an die an ihn angeschlossenen Nodes. Das sind die Rechner, die die bisherige Blockchain lokal gespeichert haben. Der Miner sendet ihnen den neuen Block mit der Bitte diesen Block an die lokal gespeicherte Kette anzuhängen. Die Nodes prüfen, ob der errechnete Hash richtig ist und wenn dem so ist, dann hängen sie diesen neuen Block lokal an ihre gespeicherte Kette an. Gleich-zeitig propagieren sie auch den neuen Block zu ihren Peers, also zu dem Nachbarknoten, mit denen sie verbunden sind.

Die Überprüfung, ob der gelieferte Hash mit dem vorliegenden letzten zusammenpasst, ist ein wesentlich einfacherer Rechen-vorgang, als das Minen an sich, sodass es „normale“ Computer leicht erledigen können. Dahinter steckt höchst effiziente Mathe-matik und dieser Umstand ist auch ein wesentliches Merkmal des Systems: Die Berechnung ist sehr schwierig und aufwendig, die Überprüfung sehr einfach und schnell.

Jeder Block wird also vom Miner an einen oder mehrere Nodes geliefert und diese senden den Block umgehend zu ihren jeweiligen Nachbarn, sodass nach kurzer Zeit alle Nodes und alle daran angeschlossenen Miner den neuen Block, nehmen wir einmal an, es sei der Block Nummer 10, kennen. Die Miner „ärgern" sich und stoppen die eigenen Bestrebungen, den Block 10 zu berechnen und beginnen umgehend mit Block 11.

Die Nodes hängen Block 10 an ihre Kette, die bisher mit Block 9 geendet hat, wenn er zu Block 9 passt und die Kette wird um einen Datenblock, mit den darin enthaltenen Transaktionen, verlängert. Technisch gesehen, sendet der Node den Block nicht automatisch weiter, sondern er wird von seinen Nachbarn gefragt, ob er einen neuen Block hat und der Node beantwortet diese Frage dann entsprechend und sendet den Block. Das ist für das Verständnis des Systems nicht relevant. Entscheidend ist nur, dass die neuen Blocks schnell im ganzen Netzwerk propagiert werden, damit die Miner nicht sinnlos an einem oder mehreren, bereits vorhandenen Blocks weiter rechnen.

Was passiert, wenn zwei Miner gleich schnell lösen?

Immer wieder kommt es allerdings vor, dass zwei Miner zum quasi gleichen Zeitpunkt einen Block lösen. Das kann nicht vermieden werden, denn alle Miner und alle Nodes sind ja völlig unabhängig voneinander. Jeder macht, was er will, sozusagen. Das ist ja auch der ganze Sinn in einem dezentralen Netzwerk, welches nicht mani-puliert werden kann. Einem Netzwerk, dass kein Mensch und kein anderer noch so schlau programmierter Computer kontrollieren kann.

An jeden Miner sind irgendwelche Nodes angeschlossen, die wiederum mit anderen Nodes kommunizieren. Dabei verbinden sich die Nodes mit den anderen Nodes, die sie am schnellsten erreichen. Das hängt davon ab, wie schnell die anderen Nodes mit dem Internet verbunden sind beziehungsweise ob sie gerade online sind und mit welcher Verbindungsqualität. Es ist wahrscheinlich, dass verschiedene Miner mit verschiedenen Nodes verbunden sind, die wiederum auch mit jeweils verschiedenen Nodes weiter verbun-den sind. Alleine deshalb schon, weil die Miner ja weltweit verteilt ist.

Deshalb kann es vorkommen, dass ein Teil des Netzwerks den Block 10 vom Miner A kennt und ein anderer Teil den Block 10 von Miner B. Miner B hat seine Berechnungen nämlich nur 17 Tau-sendstel Sekunden nach Miner A erfolgreich abgeschlossen. Es existieren also Block 10 A und Block 10 B.

Das wäre eine Katastrophe, weil die beiden Blocks ja unter-schiedliche Transaktionsdaten enthalten, die die Miner aus dem Transaktionspool genommen haben. In dem Block 10 A hat Alice 2 BTC and Bob gesendet, aber in Block 10 B ist diese Transaktion noch nicht berücksichtigt.

Streng genommen kann Alice nun also in dem Teil des Netzwerkes, welches den Block 10 B angenommen hat, ihre 2 BTC nochmals nutzen und an Carol überweisen. In dem B-Teil des Netzwerkes würde die Transaktion in dem folgenden Block 11 als gültig anerkannt werden. Damit hätte Alice ihre 2 BTC zweimal ausge-geben. Toll für Alice. Dumm gelaufen für entweder Bob oder Carol — eine weitere Problematik des digitalen Geldes, das Nakamoto erkannt und in seinem Ansatz gelöst hat.

Das sogenannte „Double Spending“-Problem

Double Spending bedeutet, dass man Geld zweimal ausgibt. Einmal aus seinen Guthaben und einmal, weil man es kann und weil es keiner merkt, dass man über gar kein Guthaben mehr verfügt, weil das Konto leer ist. Manche Experten schaffen es sogar zweimal Geld von einem leeren Konto zu überweisen. Richtig gute Betrüger sogar dreimal oder noch häufiger. Wie das geht?

Ganz einfach: Man schreibt Schecks aus und versendet diese durch die Republik. Der Empfänger, der den Scheck, den er erhalten hat, als erster einreicht und dessen Bank am schnellsten den Scheck gutschreibt, bekommt die Belohnung — nämlich die Gutschrift. Der zweite ist schon der erste Verlierer, denn das Konto des Scheckausstellers, früher auch als Scheckbetrüger bekannt, ist leer, der Scheck platzt und für den zweiten fallen zusätzlich auch noch Bankgebühren an. Das ist in Zeiten des Onlinebankings nicht mehr so einfach möglich. Die Menschen in den USA und in anderen Teilen der Welt zahlen aber immer noch sehr viel mit Schecks. Das ist traditionell die bevorzugte Zahlungsart und Schecks platzen so oft wie Luftballons in einer Nadelfabrik.

In der digitalen Welt und damit auch bei elektronischen Zahlungs-vorgängen, zählt die Double-Spending-Problematik zu den größten Herausforderungen, die den Fortschritt des digitalen Zahlungs-verkehrs aufhalten. Wie kann man sicherstellen, dass die Daten, die aus der einen Datei gelöscht sind, nicht nochmals versendet werden können? Wie leicht ist es, eine Datei zu kopieren und an Alice zu senden und dann noch eine Kopie an Bob, eine an Carol und eine an Dave und so weiter und so weiter?

Genau das wird doch zu jeder Sekunde mit Katzenvideos und Musikdateien gemacht. Soziale Netzwerke wie Facebook, Insta-gram und Twitter machen im Kern genau das und bringen so Menschen zusammen. Natürlich werden viele Daten widerrechtlich kopiert und verschickt. Musik wird raubkopiert, Filme schwarz kopiert und jeder tauscht elektronische Kopien von allem, was digitalisiert ist. Rechteinhaber erlebten und erleben eine dunkle Periode, in der alles, was digitalisiert werden kann, auch getauscht wird.

Es liegt im System selbst. Digitale Daten können kopiert und versendet werden. Auf Knopfdruck und per Mausklick. Nichts einfacher als das. Das ist das Problem bei digitalem Geld. Das ist das Double-Spending-Problem.

Nakamoto hat das Double-Spending-Problem mithilfe von Bitcoin gelöst

Natürlich bietet das Bitcoin-System auch dafür eine passgenaue Lösung. Es ist im System intrinsich vorgegeben, dass dieser Split, den man auch als „Fork“ (englisch „Gabel“) bezeichnet, automatisch aufgelöst wird.

Die Auflösung erfolgt umgehend mit dem Block 11, denn der passt, entweder bei 10 A oder bei 10 B nicht mehr. Warum?

Ganz einfach, der Miner, der Block 11 berechnet hat, kennt entweder 10 A oder 10 B. Sein Node hat ihn doch zuvor informiert und ihm entweder 10 A oder 10 B übermittelt, damit er damit beginnen kann, Block 11 zu berechnen. Er beginnt also Block 11 zusammenzurechnen, unter Berücksichtigung des Hashs von Block 10 und zwar entweder des Blocks 10 A oder eben 10 B — beide kann er nicht haben. Damit passt dann, bei erfolgreicher Berech-nung des richtigen Hash-Wertes, sein Block bei einem Teil der von den Nodes gespeicherten Blockchain und bei dem anderen Teil eben nicht.

Wenn er Block 11 auf Basis von 10 A berechnet hat, dann passt 11 A bei allen Nodes, die vorher 10 A hatten, aber nicht bei denjenigen, die 10 B gespeichert haben. Diese werden Block 11 A als ungültig zurückweisen und auf einen Block 11 warten, der mit ihrem gespeicherten Block 10 B kompatibel ist. Verwirrt? Man muss das einige Male durchdenken, dann wird es logisch und leicht nachvoll-ziehbar.

Jetzt ist auch das Rennen gestartet. Wenn ein Block 11 B kommt, dann wird dieser von den 10 B-Nodes angehängt und von den 10 A-Nodes abgelehnt. Zum einen, weil sie schon einen Block 11 haben, nämlich 11 A und zum zweiten, weil 11 B weder zu 10 A noch zu 11 A passt. Wie schnell kommt jetzt ein passender Block 12 ?

In immer seltener werdenden Fällen kommen tatsächlich ein 11 A und ein 11 B und dann ein 12 A, aber das ist schon sehr sehr selten, weil sich bei jedem Verteilvorgang potenziell immer mehr Nodes umentscheiden.

Ein Node ist auch wirtschaftlich programmiert und durch die Software so gesteuert, dass er, wenn Block 12 kommt und er noch keinen Block 11 hat „stutzig“ wird. Er kennt ja nur Block 10 und kann Block 12 nicht an Block 10 anbauen. Also sucht er beim Nachbarn einen gültigen Block 11, der dann nicht nur auf 10 passen soll, sondern auch der richtige für den Block 12 ist. Hört sich ein bisschen kompliziert an, ist aber sehr einfach.

Wenn der Node eine längere Kette beim Nachbarn findet, als er selbst hat, dann storniert und löscht er seine eigene Kette, die er lokal gespeichert hat, und übernimmt ab der Fork den Teil der Kette vom Nachbarn, der länger als seiner ist und auf den Block 12 passt. Im Beispiel von oben wäre Block 9 noch ein gemeinsamer, Blocks 10 und 11 sind jedoch beim Nachbarn andere. Allerdings passt der irritierende Block 12 auf 10 und 11 des Nachbarn. Flugs entscheidet sich der Node, seine Blocks 10 und 11 zu löschen und diese vom Nachbar-Node zu nehmen und an seinen Block 9 anzubauen. Dann passt auch der neue Block 12 an seine lokale Kette. Genial, oder?

Die in den verworfenen Blocks 10 und 11 vorhandenen Trans-aktionen werden wieder aufgelöst und in den Transaktionspool zurückgespielt. Dabei schaut der Node natürlich nach, ob die Transaktionen nicht auch in den Blocks, die er vom Nachbarn genommen hat, vorhanden waren und löscht diese aus seinem Transaktionspool. Die Differenz bleibt dann übrig. Sollte also nun die Transaktion von Alice schon dabei sein, dann ist diese weg und kann nicht mehr ausgeführt werden, weil sie ja schon ausgeführt wurde.

In den allermeisten Fällen betrifft eine solche Fork tatsächlich nur einen Block, der quasi zeitgleich gemint wurde und dessen Trans-aktionen dann als doch nicht erledigt zurückgegeben werden. In seltenen Fällen sind es zwei aufeinanderfolgende Blocks und in ganz seltenen Fällen können es mehr werden, aber das ist schon wieder so selten, dass man es getrost vernachlässigen könnte.

Es geht um viel Geld

Die Betonung liegt hier auf vernachlässigt werden „könnte“, wenn es keine Wertetranfers wären, die in der Bitcoin-Blockchain aufge-zeichnet werden sollen. Angenommen, es handelte sich um eine Transaktion mit einem Marktwert von 10 Millionen Euro, die ausgeführt wird und in eine Fork mit drei aufeinanderfolgenden Blocks gerät, die später verworfen wird? Nicht gut, oder?

Genau aus diesem Grund sollte man auf mindestens sechs Blocks Tiefe warten, wenn man hohe Werte überträgt, denn nach sechs aufeinander stehenden Blocks, wenn also alle Nodes — aus dem dem oben beschriebenen Beispiel — bei Block 16 sind, geht die mathematische Möglichkeit, dass ein Teil des Netzwerks immer noch auf einer unterschiedlichen Kette arbeitet, gegen null. Die meisten Nutzer der Bitcoin-Blockchain warten zwei Blocks ab, ganz sicher ist es eben nach sechs oder mehr Blocks. Wenn man also einmal 10 Millionen erhalten sollte, sollte man sechs Bestätig-ungen abwarten — dann gehören einem die 10 Millionen ganz sicher.

Es ist also die Verknüpfung einzelner Datenblocks mithilfe krypto-grafischer Verfahren in Verbindung mit der Verteilung auf vielen Tausend unabhängiger Computer, die alle selbst nachrechnen und selbst die Daten verwalten, die zur Wahrheit führt.

Bitcoin ist die technische Lösung, die blindes Vertrauen in Infor-mationen von einem völlig fremdem Dritten ermöglicht. Sie macht damit die Mittler, die vertrauenswürdigen Mittler, über-flüssig.

Natürlich ist das oben skizzierte System bei Weitem nicht komplett beschrieben und es dient auch nur dem generellen Verständnis eines Blockchain-Systems. Die technische Implementation ist nicht gerade trivial und es sind die intelligentesten Köpfe unserer Welt, die sich mit dieser Technologie beschäftigen und sie weiterent-wickeln.