Bitcoin für Banker: Wie funktioniert Bitcoin?

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  Pascal Hügli
  Redaktor

Zum einen stellt Bitcoin die Entdeckung absoluter digitaler Knappheit dar, zum anderen hat er das sogenannte «Double-Spend-Problem» gelöst. Letzteres will heissen: Innerhalb des Bitcoin-Systems ist garantiert, dass dieselben Bitcoins nicht doppelt oder gar mehrfach ausgegeben werden können.

Die Lösung für das «Double-Spend-Problem» schafft überhaupt erst die Grundlage, dass Bitcoin-Einheiten nicht beliebig kopierbar sind – anders als beispielsweise gewöhnliche digitale Daten wie eine E-Mail oder ein PDF. Wäre Alice imstande, einen Bitcoin, der sich in ihrem Besitz befindet, gleichzeitig an Bob und Carol zu verschicken, würde das Bitcoin-Netzwerk dadurch unterminiert. Peer- to-Peer-Wertaustausch würde schnell ad absurdum geführt, da Netzwerkteilnehmer ihre Bitcoin-Einheiten möglichst mehrmals auszugeben versuchen würden.

Natürlich war diese «Double-Spend-Problematik» schon vor Bitcoin gelöst – unter Zuhilfenahme einer zentralen Kontrollinstanz. Diese kann dafür sorgen, dass die gleichen digitalen Werteinheiten nicht mehrfach ausgegeben werden können. Die grosse Errungenschaft Bitcoins liegt darin, eine Lösung für das «Double-Spending-Problem» gefunden zu haben, welche Wertaustausch ohne zentralen Intermediär möglich gemacht hat.

Als Open-Source-Protokoll für globalen, digitalen Werttransfer basiert Bitcoin auf einer dezentralen Buchführung. Sämtliche Transaktionen innerhalb des Bitcoin-Systems sind in einer Transaktionshistorie aufgezeichnet und können so jederzeit überprüft werden. Diese stetig wachsende Transaktionshistorie existiert nicht bloss einmal; sie liegt dezentral auf zehntausenden von Rechnern weltweit verteilt und wird auf jedem einzelnen permanent aktualisiert.

Blockchain im Schnelldurchlauf erklärt

Gewöhnlich wird in diesem Zusammenhang von einem «Distributed Ledger» oder von der «Blockchain» gesprochen. Es handelt sich dabei um eine Kette von aneinandergereihten Blöcken, bei der jeweils der neuste Block auf den vorhergehenden referenziert. Die so entstehende chronologische Abfolge stellt sicher, dass Blöcke nicht vertauscht oder geändert werden können, ohne Spuren zu hinterlassen. Die Blöcke ihrerseits fassen die einzelnen Transaktionen und sind jeweils ebenfalls mit dem entsprechenden Block verknüpft. Kommt es zu einer Änderung von nur einer Transaktion innerhalb eines Blockes, verändert sich dadurch dessen Block-ID, was wiederum die gesamte Block-Kette ändert und daher festgestellt werden kann.

Auf diese Weise sind Manipulationen der Transaktionshistorie jederzeit erkennbar und können geahndet werden. Doch führt eben nicht eine einzelne Entität Buch über die Werteinheiten im Bitcoin-System, sondern beliebig viele Netzwerkteilnehmer. Einerseits sind da die sogenannten Miner. Sie fügen neue Transaktionen zu Blöcken zusammen, hängen diese der Blockchain an und sorgen so für deren kontinuierliche Aufrechterhal- tung. Ihre Aufgabe ist es also, Transaktionen in die Blockchain aufzunehmen und zu prozessieren. Ohne Miner würden keine Transaktionen im Bitcoin-Netzwerk abgewickelt.

Andererseits gibt es die vollwertigen Netzwerkknoten, auch Full Nodes genannt. Sie validieren die Transaktionen. Jede neu ins Bitcoin-Netzwerk gelangende Transaktion eines Nutzers wird durch die Full Nodes geprüft. Verstösst die Transaktion nicht gegen die Protokoll-Regeln und entspricht beispielsweise dem Versuch einer Double-Spend-Attacke, erklären Full Nodes die Transaktion für gültig . Andernfalls ahnden sie die Transaktion, die dann kollektiv verworfen wird. Ist eine Transaktion jedoch als gültig bestätigt, kommt sie zu den Minern, welche die Transaktion in einen Block aufnehmen und so in der Blockchain verewigen.

Dreifache Buchführung

Sowohl Miner als auch Full Nodes verrichten somit unverzichtbare Aufgaben im Bitcoin-Netzwerk. Während die Miner die Transaktionen prozessieren, werden letztere von den Full Nodes validiert. Beide Akteure sind als dezentrale Buchhalter zu verstehen. Die Miner sind es, die die Blockchain und damit den Bitcoin-Ledger aufrechterhalten, indem sie kontinuierlich neue Transaktionen an die Blockchain anhängen. Die Full Nodes achten dabei darauf, dass alles mit rechten Dingen zugeht. Wichtig zu wissen: Jeder Miner ist zugleich auch ein Full Nodes, aber nicht jeder Full Nodes muss ein Miner sein.

Die Art und Weise wie Bitcoin diese dezentrale Buchführung praktiziert, ist somit auch ein Durchbruch auf dem Gebiet der Buchführung. Vor über 500 Jahren wurde in der Zeit der Renaissance die doppelte Buchführung entdeckt. Vor ihrer Erfindung wurde jede Transaktion nur in einer einzigen Kopie dokumentiert und aufbewahrt. Verlust, Löschung oder Änderung eines Eintrags war in diesem Fall deutlich einfacher. Erst die doppelte Buchhaltung reduzierte die Vertrauensabhängigkeit in die Gegenpartei, indem beiden Parteien eine identische Dokumentation einer Transaktion vorlag. Der Spielraum für Manipulation wurde dadurch schlagartig kleiner.
Die Möglichkeit für Manipulation und Betrug werden durch das Prinzip der dreifachen Buchführung, nach dem Bitcoin funktioniert, abermals stark reduziert. Zumal alle Buchungseinträge über die global verteilte Transaktionshistorie für jedermann offen einsehbar sind, ist man für Werttransfer nicht mehr auf traditionelle Gegenparteien angewiesen. Die Gegenpartei stellt das Protokoll dar, dessen einwandfreies Funktionieren durch ein ausgeklügeltes Anreizsystem gewährleistet wird.

Alles ehrenamtlich?

An dieser Stelle dürfte sich manch ein Leser fragen: Verrichten die dezentralen Buchhalter diese kostenintensive Arbeit denn umsonst? Natürlich nicht. Das Bitcoin-System setzt ökonomisch-rationale Akteure voraus, die ein Eigeninteresse verfolgen und auf Gewinn aus sind. So belohnt das Bitcoin-System die Miner mit neuen Bitcoins. Für jeden neuen Block, den ein Miner an die Blockchain anfügt, kriegt er eine Blockbelohnung (gegenwärtig 6.25 Bitcoin) sowie die Transaktionsgebühren aller Transaktionen im Block.

«Jede neu ins Bitcoin-Netzwerk gelangende Transaktion eines Nutzers wird durch die Full Nodes geprüft.»

Doch können Miner nicht einfach so neue Blöcke produzieren und der Blockchain hinzufügen. Damit der Block eines Miners eine Chance hat, Teil der Blockchain zu werden, muss er eine durch den Bitcoin-Algorithmus akzeptierte Zahl finden. Um diese Zahl zu finden, muss Rechenleistung aufgewendet werden. Das kostet den Miner Strom und sorgt dafür, dass der zu erbringende Arbeitsnachweis – auch Proof-of-Work genannt – einen Preis hat. Untereinander stehen die Miner im Wettbewerb und wetteifern darum, wer am schnellsten die Lösung ausfindig machen kann.

Eine passende Analogie dazu ist diejenige von der Nadel im Heuhaufen. So suchen Miner die Nadel im Heuhaufen. Wer die Nadel, oder eben die Zahl findet, präsentiert sie dem Netzwerk. Alle Teilnehmer verifizieren die Zahl und wenn diese stimmt, kann der Miner seinen Block mit Transaktionen an die Blockchain anfügen. Ist ein Block gültig und somit Teil der Blockchain geworden, wid- men sich die Miner auch schon dem nächsten Block. Die Suche nach der Zahl, um den nächsten Block ergänzen zu können, beginnt aufs Neue.

Die Brillanz der Schwierigkeitsgradanpassung

Im Durchschnitt finden die Miner alle zehn Minuten die durch den Bitcoin-Algorithmus gesuchte Zahl. Stets der erste Miner, der die Zahl gefunden hat, inkorporiert diese in seinen Block und präsentiert die Lösung dem Netzwerk. Je mehr Rechenpower man als Miner besitzt, desto grösser die Wahrscheinlichkeit, dass man die geforderte Zahl als erster Miner findet. Allerdings hat das Bitcoin-System eine weitere brillante Implementierung: Dem Bitcoin-Netzwerk inhärent einprogrammiert ist der Mechanismus der sogenannten Schwierigkeitsgradanpassung. Gemeint ist, dass bei Bitcoin die Schwierigkeit, neue Bitcoin zu minen, davon abhängig ist, wie hoch die von allen Minern geleistete Rechenleistung ist. Je höher diese ist, desto schwierigerist es, neue Bitcoins zu minen. Umgekehrt senkt der Algorithmus den Schwierigkeits- grad, wenn die Gesamtrechenleistung sinkt.

Konkret heisst das: Gibt es mehr Miner und es steigt die Rechenleistung im Bitcoin-Netzwerk, werden die Bitcoin-Einheiten weder schneller noch in grösserer Quantität ge- schaffen. Aufgrund dieses ausgeklügelten Designs bleibt Bitcoin seinem Emissionsplan treu und es können niemals mehr als 21 Millionen Bitcoin-Einheiten geschaffen werden. Hier also schliesst sich denn auch der Kreis und wir verstehen, warum bei Bitcoin eine absolute digitale Knappheit einprogrammiert ist.