Bitcoin erklärt

So funktioniert Blockchain

Sandra Rueß hat Wirtschaftsinformatik mit Schwerpunkt Business Engineering studiert und arbeitet als Business Consultant beim Beratungs- und Softwarehaus doubleSlash. Ihre Fachgebiete sind Datenmanagement, Billing und Payment sowie vernetzte Dienste - insbesondere im Automotive Bereich. Außerdem prüft sie den Einsatz und die Chancen von Blockchain für konkrete Anwendungsfälle bei Unternehmen.
Die Blockchain sorgt nicht nur für digitale Verzückung, sondern auch für jede Menge Fragezeichen. Wir erklären Ihnen am Beispiel Bitcoin, wie die Blockchain funktioniert.

Kaum eine IT-Innovation hat in den vergangenen Monaten mehr Gesprächsstoff geliefert als die Blockchain. Dank der raffinierten Kombination bewährter Technologien und Verschlüsselungsmechanismen soll die Technologie manipulationssicher sein. Darüber hinaus soll sie ihre Nutzer unabhängig machen von monolithischen Systemen und den damit verbundenen Risiken. Und: Blockchain soll die Basis für völlig neue Geschäftsmodelle bilden.

Die bis dato bekannteste Blockchain-Anwendung ist Bitcoin - ein weltweit verwendbares, dezentrales Zahlungssystem mit digitaler Währung, an dessen Beispiel sich gut veranschaulichen lässt, wie das Prinzip der Blockchain funktioniert.

Wir erklären Ihnen am Beispiel Bitcoin, wie die Blockchain funktioniert.
Wir erklären Ihnen am Beispiel Bitcoin, wie die Blockchain funktioniert.
Foto: Inked Pixels - shutterstock.com

So funktioniert die Bitcoin Blockchain

Wie alle Blockchains ist auch die Bitcoin Blockchain eine dezentral organisierte Datenbank, die von mehreren Parteien betrieben wird. In ihr sind alle bisherigen Transaktionen in "verketteten" Blöcken dokumentiert. Neue Transaktionen werden in neuen Blöcken hinzugefügt. In der Sprache der Buchhalter wäre die Blockchain das Hauptbuch in einem gigantischen Buchhaltungssystem. Allerdings sind die Informationen im Fall der Blockchain eben nicht zentral abgelegt, sondern werden redundant auf allen Knoten der Kette gehalten.

Die Netzwerk-Teilnehmer verwalten die dezentrale Bitcoin-Datenbank anhand des zugehörigen Protokolls und tätigen Bitcoin-Transaktionen. Als Sender und Empfänger sind sie Teilnehmer des Netzwerks und können jederzeit nachvollziehen, wie viele Bitcoins von wo nach wo transferiert wurden - die hinter den Adressen stehenden Personen allerdings bleiben anonym.

Die so genannten Miner betreiben und sichern das Bitcoin-Netzwerk, indem sie mehrere Transaktionen zusammenfassen und validieren. Neue Transaktionen werden in einem neuen Block dokumentiert und an das Ende der Kette angehängt. Mit jedem neuen Block aktualisiert sich die Kette auf jedem Knoten im Blockchain-Netz. Damit verfügt jeder Teilnehmer des Netzwerks über die gleichen Informationen und Voraussetzungen, um am System teilzunehmen und neue Informationen hinzuzufügen. Miner kann grundsätzlich jeder sein, der die quelloffene Bitcoin Software herunterlädt und seine Rechnerkapazität zur Verfügung stellt.

Das ist die Bitcoin Wallet

Bitcoin-Konten können mit Hilfe einer virtuellen Wallet (englisch "Geldbörse") verwaltet werden. Die Wallet generiert ein Schlüsselpaar, bestehend aus einem privaten und einem öffentlichen Schlüssel. Der öffentliche Schlüssel (Public Key) wird in eine öffentliche Adresse umgewandelt - die für jeden sichtbare "Kontonummer". Der private Schlüssel (Private Key) wird nicht offenbart. Er ist Teil einer digitalen Unterschrift, mit der jede Transaktion zu signieren ist. Die nahezu unendlich große Anzahl möglicher Schlüssel macht es beinahe unmöglich, einen solchen zu "erraten".

Eine Bitcoin-Transaktion erfordert:

  • die öffentliche Adresse des Empfänger-Kontos

  • den Überweisungsbetrag

  • die öffentliche Adresse des Sender-Kontos

  • den Private Key zu dieser öffentlichen Adresse, um Transaktionen ausgehend von diesem Konto zu signieren

Informationen wie Kartennummern, Namen oder Adressen sind nicht erforderlich. Die Teilnehmer wickeln ihre Transaktionen zudem ohne Intermediär ab.

Wie Bitcoin Mining abläuft

Neu angestoßene Transaktionen werden mit Hilfe der Miner an die Blockchain angehängt. Hierzu fassen die Miner Transaktionen eines bestimmten Zeitraums zusammen und versuchen, einen neuen Block zu erzeugen. Dieser neue Block wird über ein spezielles Konsensverfahren geschaffen. Im Falle der Bitcoin Blockchain muss für die Erzeugung des neuen Blocks eine kryptografische Aufgabe gelöst werden. Dazu wenden die Miner unter anderem die Hash-Funktion SHA-256 an.

Für die Aufgabe dienen die folgenden drei Größen als Input:

  • der Previous Hash (256 Bit): aktuellster Block der Blockchain als Anknüpfungspunkt.

  • die Merkle Root: ein Wert, der durch paarweises "Hashen" der einzuwebenden Transaktionen mithilfe eines Hash-Baums / Merkle Trees erzeugt wird. Beim letzten Hashwert handelt es sich um den Root Hash / Merkle Root.

  • die Nonce: frei wählbarer Wert, um sicherzustellen, dass eine Lösung gefunden werden kann (Variable, nach welcher die Aufgabe aufgelöst werden muss).

Output muss laut Bitcoin-Protokoll ein neuer Hash sein, bei dem die ersten 17 Bits mit Nullen belegt sind. Dieser neue Hash ist nur zu finden, indem die Miner-Rechner so lange herumprobieren und immer wieder die Nonce austauschen, bis die Aufgabe gelöst ist. Dieses ausgesprochen rechenintensive Konsensverfahren wird "Proof-of-Work" (PoW) genannt.

Der Miner, der zuerst den neuen Hash errechnet, veröffentlicht den Block im Netzwerk. In diesem Moment prüfen die an der Blockchain beteiligten Knoten, ob der neu erzeugte Block valide ist. Das ist dann der Fall, wenn die verwendeten Input-Größen ("Previous Hash" und eingewebte Transaktionen) gemeinsam mit der gewählten Nonce den neuen Hashwert mit x führenden Nullen ergeben. Die Prüfung dieser Tatsache - das heißt das Nachrechnen der gelösten Aufgabe - dauert lediglich den Bruchteil einer Sekunde, wohingegen das Finden einer Lösung mehrere Minuten in Anspruch nehmen kann.

Miner werden für den Erhalt des Netzes durch Bereitstellung von Rechenleistung und Erzeugung neuer Blöcke belohnt. Derjenige Miner, der zuerst den nächsten Block erzeugt, erhält unter anderem eine protokollarisch festgelegte Belohnung von derzeit 12,5 Bitcoin.