Wie funktioniert Bitcoin? Blockchain, Netzwerk, Transaktionen

Bitcoin-Grundlagen

Bitcoin ist eine revolutionäre digitale Währung, die im Jahr 2008 von einer unbekannten Person oder Gruppe unter dem Pseudonym Satoshi Nakamoto erfunden wurde. Als Pionier unter den Kryptowährungen hat Bitcoin nicht nur die digitale Währungslandschaft geprägt, sondern auch den Grundstein für die Entwicklung der Blockchain-Technologie gelegt.

Anders als herkömmliche Währungen funktioniert Bitcoin über ein dezentrales Computernetzwerk, das es den Teilnehmenden ermöglicht, direkt Transaktionen ohne eine zentrale Autorität wie Banken oder Regierungen durchzuführen. 

In diesem Artikel tauchen wir tief in die Mechanismen ein, durch die Bitcoin funktioniert. Wir erläutern die Kernkomponenten, die Bitcoin so einzigartig machen: die Blockchain-Technologie, die den sicheren und transparenten Austausch von Werten ermöglicht; die dezentralisierte Natur des Bitcoin-Netzwerks, die es resilient gegen Zensur und Manipulation macht; und den Prozess der Transaktionsverifizierung und -validierung, der durch das sogenannte Mining erfolgt.

Wenn du zuerst mehr über Bitcoin und seine Bedeutung als erste Kryptowährung der Welt erfahren möchtest, solltest du mit unserem Leitfaden „Was ist Bitcoin?" beginnen.

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Wichtige Bitcoin-Begriffe erklärt

• Blockchain: Ein dezentrales, digitales Hauptbuch, das Kryptowährungstransaktionen sicher und unveränderlich aufzeichnet.
• Kryptografie: Die Kunst, Informationen durch Verschlüsselung zu schützen, sodass nur Berechtigte sie entschlüsseln können.
• Mining: Der Prozess, bei dem durch Rechenleistung neue Kryptowährungseinheiten geschaffen und Transaktionen im Netzwerk validiert werden.
• Knotenpunkte (Nodes): Computer im Netzwerk, die eine vollständige Kopie der Blockchain halten und Transaktionen verifizieren.
• Öffentliche und private Schlüssel: Ein digitales Schlüsselpaar, das Kryptowährungstransaktionen sichert und den Zugang zu digitalen Vermögenswerten ermöglicht.
• Wallets: Digitale Brieftaschen, die Schlüssel für das Senden, Empfangen und Verwalten von Kryptowährungen speichern.
• Hash: Eine einzigartige Zeichenfolge, die die Datenintegrität innerhalb der Blockchain durch eine kryptografische Funktion gewährleistet.

Die Blockchain: Das Rückgrat von Bitcoin

Wenn wir die Technologie, die Bitcoin zugrunde liegt, genauer unter die Lupe nehmen, stoßen wir auf die Blockchain. Als Wunderwerk der digitalen Architektur hat die Blockchain die Art und Weise revolutioniert, wie wir über Datenspeicherung und Transaktionsintegrität in einer dezentralen Umgebung denken.

Wie die Blockchain funktioniert

Im Grunde kann man sich eine Blockchain als eine Kette von Blöcken vorstellen. Jeder Block besteht aus zwei Hauptkomponenten: einem Kopf (Header) und einem Körper (Body). 

Diese Blöcke haben zwei Hauptfunktionen: Sie speichern eine Liste von Transaktionen im Body und sichern die Integrität der Blockchain durch den Header.

Der Block-Header ist von entscheidender Bedeutung. Er enthält Metadaten, die die Sicherheit der Chain gewährleisten, einschließlich einer eindeutigen Kennung, dem Hash des vorherigen Blocks. 

Dieser Hash fungiert als digitaler Fingerabdruck, der jeden Block direkt mit seinem Vorgänger verknüpft. Das Ergebnis ist eine durchgehende, ununterbrechbare Kette von Blöcken–die Blockchain.

Was ist ein Hash?

Ein Hash ist so etwas wie ein digitaler Fingerabdruck für jede Art von Daten. Es ist eine Möglichkeit, jede beliebige Information, ob ein einzelnes Wort oder ein ganzes Buch, in einen eindeutigen Code mit immer gleicher Länge zu verwandeln. 

Selbst eine winzige Änderung der ursprünglichen Daten, die so subtil ist wie der Unterschied zwischen „Hello" und „hello", erzeugt einen völlig anderen Hash. 

Diese Einzigartigkeit macht Hashes zu einem entscheidenden Mittel, um der Manipulation von Daten in der Blockchain entgegenzuwirken. 

Bitcoin verwendet hauptsächlich die Hash-Funktion SHA-256, ein Mitglied der SHA-2-Familie. Du kannst hier mehr darüber lesen: Einblicke in die Bitcoin-Technologie

Die Rolle des Minings

Mining ist ein wichtiger Prozess im Bitcoin-Netzwerk, der zwei Hauptzwecken dient: neue Bitcoins zu schaffen und die Sicherheit und Integrität der Blockchain zu gewährleisten.

Stell dir das Ganze wie einen riesigen, globalen Wettstreit vor, bei dem Miner:innen mit leistungsstarken Rechenressourcen versuchen, eine bestimmte Zahl zu ermitteln. Wer diese Zahl zuerst findet, kann einen neuen Block zur Blockchain hinzufügen und erhält als Belohnung neu geprägte Bitcoins und alle Gebühren der verarbeiteten Transaktionen.

Dieser Anreiz motiviert Miner:innen nicht nur dazu, das Netzwerk sicher zu halten, sondern steuert auch die Entstehung neuer Bitcoins, indem es die Förderung von Edelmetallen nachahmt.

In diesem Artikel gehen wir auf die Details des Minings ein: Was ist Bitcoin-Mining? 

Warum die Blockchain so wichtig ist

Die Blockchain bildet das Fundament von Bitcoin. Sie stellt sicher, dass jede Transaktion transparent aufgezeichnet wird und ungestört bleibt, was das Vertrauen in einem dezentralen System stärkt.

Die Struktur der Blockchain mit ihren miteinander verknüpften Blöcken und der kryptografischen Sicherheit untermauert die Integrität und Zuverlässigkeit von Bitcoin. 

Es ist die Verlässlichkeit der Blockchain, die es Bitcoin ermöglicht, frei von den Fesseln einer zentralen Autorität zu agieren und sicherzustellen, dass jede Transaktion nicht nur nachvollziehbar, sondern auch unumkehrbar und fälschungssicher ist.

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Eine Einführung in die Kryptografie

Kryptografie ist die Wissenschaft der Ver- und Entschlüsselung von Informationen, um sie vor unbefugtem Zugriff zu schützen. 

Im Kern geht es darum, lesbare Daten (Klartext) in ein verschlüsseltes Format (Chiffretext) umzuwandeln, das nur mit dem richtigen Schlüssel entschlüsselt werden kann.

Diese Praxis, die bis zu den ägyptischen Hieroglyphen zurückreicht, hat sich mit der Technologieentwicklung dramatisch weiterentwickelt und bildet heute das Fundament der digitalen Sicherheit.

Sie ermöglicht sichere Internet-Transaktionen, vertrauliche Kommunikation und schützt sensible Daten. Durch den Einsatz mathematischer Algorithmen garantiert die Kryptografie Vertraulichkeit, Integrität, Authentizität und Nichtabstreitbarkeit von Informationen, was sie zu einem unverzichtbaren Bestandteil der modernen Cybersicherheit, digitaler Währungen wie Bitcoin und der Gesamtdigitalisierung macht. 

Die Bedeutung der Kryptografie für den Schutz digitaler Daten und Kommunikation in unserer zunehmend vernetzten Welt ist immens und etabliert sie als Schlüsseltechnologie in der Informatik und der digitalen Ökosphäre.

Die Rolle der Kryptografie bei der Funktionsweise von Bitcoin

Die Kryptografie ist für die Funktionsweise von Bitcoin von zentraler Bedeutung und erfüllt mehrere wichtige Aufgaben:

• Sicherung von Transaktionen: Kryptografie schützt Bitcoin-Transaktionen, indem nur der Eigentümer mit privatem und öffentlichem Schlüssel Transaktionen signieren kann.
• Erzeugung digitaler Signaturen: Transaktionen werden vom Sender mit einem privaten Schlüssel signiert, was Authentizität ohne Offenlegung des Schlüssels sicherstellt.
• Wartung der Blockchain: Miner lösen kryptografische Rätsel, um neue Blöcke hinzuzufügen, was die Blockchain sicher und unveränderlich macht.
• Gewährleistung der Privatsphäre: Kryptografie hält Bitcoin-Nutzer anonym, indem Transaktionen nur über kryptografische Adressen verknüpft sind.

Private Key & Public Key

Das kryptografische Schlüsselpaar, bestehend aus einem öffentlichen Schlüssel (Public Key), der als Empfangsadresse für Bitcoins dient, und einem privaten Schlüssel (Private Key), der zur Autorisierung von Bitcoin Transaktionen benötigt wird, bildet das Kernstück des Bitcoin-Sicherheitsmodells.

Private Key

Der Private Key ist eine zufällige 256-Bit-Zahl. Stell dir das wie ein unglaublich langes und komplexes Passwort vor. Da er aus einem riesigen Bestand an Zahlen ausgewählt wird, ist die Wahrscheinlichkeit, dass jemand anderes deinen privaten Schlüssel errät, so gut wie null.

Der Private Key wird verwendet, um Transaktionen zu signieren und damit den Besitz der Bitcoins zu beweisen und um sicher auf das eigene Kryptowährungsguthaben zuzugreifen.

Wer den Private Key besitzt, hat die volle Kontrolle über das zugehörige Bitcoin-Guthaben. Deshalb wird er normalerweise an einem sehr sicheren Ort aufbewahrt, z. B. in einer Bitcoin-Wallet mit vielen Sicherheitsmechanismen.

Public Key

Der Public Key ist eine Art Adresse, die du mit anderen teilen kannst, damit sie dir Bitcoin schicken können.

Er wird mithilfe einer kryptografischen Einweg-Funktion aus dem Private Key erstellt. Diese Funktion macht es einfach, einen Public Key aus einem Private Key zu erstellen, aber fast unmöglich, den umgekehrten Weg zu gehen. 

Wir erklären den Prozess hier im Detail: Erweiterte Einblicke in die Bitcoin-Technologie

Du kannst denselben Private Key verwenden, um so viele Public Keys zu erstellen, wie du möchtest.

Das Bitcoin-Netzwerk

Das Bitcoin-Netzwerk ist ein globales System von Computern, die zusammenarbeiten, um Bitcoin-Transaktionen zu verwalten und aufzuzeichnen. Dieses Netzwerk unterstützt alle Vorgänge von Bitcoin, von der Erzeugung neuer Bitcoins über das Mining bis hin zur Verifizierung und Sicherung von Transaktionen. Es arbeitet rund um die Uhr und wird von einer dezentralen Gemeinschaft von Miner:innen und Nodes unterhalten. 

Bitcoin-Nodes und ihre Funktion

Nodes (Knoten) sind einzelne Computer, die mit dem Bitcoin-Netzwerk verbunden sind, bestimmte Regeln befolgen und Informationen austauschen. Sie spielen eine entscheidende Rolle dabei, das Netzwerk ehrlich und sicher zu halten. 

Jede Node speichert eine Kopie der gesamten Blockchain und prüft eingehende Transaktionen auf ihre Gültigkeit gemäß dem Bitcoin-Protokoll. 

Dieser dezentrale Ansatz stellt sicher, dass kein einziger Schwachpunkt das Netzwerk gefährden kann, denn um die Blockchain zu verändern, müsste man über 51% der Rechenleistung des gesamten Netzwerks kontrollieren–eine Aufgabe, die aufgrund der riesigen und verteilten Teilnehmenden des Netzwerks praktisch unmöglich ist.

Der Konsensmechanismus

Der Konsensmechanismus ist ein grundlegendes Prinzip, das es allen Teilnehmenden des dezentralen Bitcoin-Netzwerks ermöglicht, sich auf den aktuellen Stand der Blockchain zu einigen. 

Dieser Prozess stellt sicher, dass jede Transaktion auf eine Art und Weise verifiziert und aufgezeichnet wird, der die Mehrheit der Nodes zustimmt. 

Der von Bitcoin verwendete Konsensmechanismus, bekannt als Proof of Work (PoW), erfordert, dass Miner:innen komplexe mathematische Rätsel lösen.

Wie funktioniert eine Bitcoin-Transaktion?

Bei einer Bitcoin-Transaktion wird in mehreren Schritten ein Wert von einem Wallet zu einem anderen übertragen, wobei die Sicherheit und die Überprüfung durch das Netzwerk gewährleistet werden. Der Ablauf einer Bitcoin-Transaktion sieht so aus:

• Initiierung der Transaktion: Eine Person entscheidet sich, Bitcoin an eine andere Person zu senden. Dafür wird der Public Key der empfangenden Person benötigt, sowie der Betrag, der gesendet werden soll.
• Transaktionserstellung: In der eigenen Wallet wird die Adresse der empfangenden Person und der zu sendende Bitcoin-Betrag eingegeben. Die Wallet erstellt daraufhin eine Transaktion, also eine Nachricht, die den Wunsch ausdrückt, Bitcoin an die angegebene Adresse zu überweisen.
• Signieren der Transaktion: Die Transaktion wird mit dem Private Key der sendenden Person signiert. Diese digitale Signatur bestätigt den Besitz der zu sendenden Bitcoin, ohne den Private Key preiszugeben. Dies ist vergleichbar mit der Unterschrift auf einem Scheck im traditionellen Bankwesen, jedoch sicher verschlüsselt.
• Übermittlung der Transaktion: Nachdem die Transaktion signiert wurde, wird sie an das Bitcoin-Netzwerk übermittelt, wo sie von den Nodes aufgenommen und im Netzwerk verbreitet wird. Dies teilt dem Netzwerk mit, dass Bitcoin an die empfangende Adresse überwiesen werden soll.
• Validierung und Verifizierung: Miner:innen im Netzwerk sammeln Transaktionen aus dem Mempool und beginnen mit dem Prozess der Validierung und Verifizierung durch Mining. Dabei werden die digitalen Signaturen überprüft, um die Authentizität der Transaktion und das ausreichende Guthaben der sendenden Person zu bestätigen.
• Mining der Transaktion: Miner:innen konkurrieren darum, ein komplexes kryptografisches Rätsel zu lösen, was erhebliche Rechenleistung erfordert. Wer das Rätsel zuerst löst, fügt der Blockchain einen neuen Block mit Transaktionen hinzu, einschließlich der initiierten Transaktion. Das Hinzufügen eines Blocks bestätigt die Transaktion und macht sie unwiderruflich.
• Transaktionsbestätigung: Nach Aufnahme in einen Block und Hinzufügung zur Blockchain gilt die Transaktion als bestätigt. Die Wallet der empfangenden Person registriert die Bestätigung und aktualisiert den Kontostand um die empfangenen Bitcoin.

Jede Bitcoin-Transaktion durchläuft diese Schritte, um die Sicherheit zu gewährleisten, Betrug zu verhindern und die dezentrale Integrität des Bitcoin-Netzwerks zu erhalten. Normalerweise gilt eine Transaktion als sicher, wenn sie mehrere Bestätigungen erhalten hat, von denen jede einen zusätzlichen Block darstellt, der der Kette nach der Transaktion hinzugefügt wird.

Wie geht's jetzt weiter?

Es freut uns zu hören, dass du mehr über Bitcoin und die Welt der Kryptowährungen erfahren möchtest! Natürlich mussten wir viele technische Konzepte in diesem Artikel vereinfachen, um eine verständliche Einführung in Bitcoin geben zu können.

Dieser Artikel war erst der Anfang in unserer Serie „Was ist Bitcoin und wie funktioniert es?”

Hier findest du alle Einträge, mit denen du im Handumdrehen zum Bitcoin-Profi wirst:

Was ist Bitcoin?

Wie funktioniert Bitcoin?

Was ist Bitcoin-Mining?

Was ist das Bitcoin Halving?

Wie kauft man Bitcoin?

Bitcoin Wallets: Wofür man sie braucht und wie man sie erstellt

Was sind Bitcoin Forks?

Erweiterte Einblicke in die Technologie von Bitcoin

Die Geschichte von Bitcoin

Die Zukunft von Bitcoin

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