Kryptowährungen und Token

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Die Aufgabe, die im Wettbewerb gelöst werden soll, besteht darin, den Datenbestand des neu zu erzeugenden Blocks durch Hinzufügen weiterer frei wählbarer Bytes (der sog. Nonce) so zu ergänzen, dass der Hashwert des sich so ergebenden Datensatzes eine bestimmte Form annimmt (der Hashwert ergibt sich durch Anwenden einer Falltür-/Hashfunktion5 auf den Datensatz).

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Derzeit besteht die Aufgabe darin, die Nonce so zu wählen, dass in der Hexadezimaldarstellung6 des Hashwerts die ersten 19 Stellen Null sein müssen. Da bei einem Hash-Algorithmus jede kleinste Veränderung im Input den Output völlig verändert, kann diese Aufgabe nur durch Ausprobieren gelöst werden. Im Durchschnitt müssen derzeit also 16 19= 75.557.863.725.914.323.419.136 Möglichkeiten ausprobiert werden, um eine Lösung zu finden. Die Schwierigkeit der Wettbewerbsaufgabe wird laufend der im Bitcoin-Netzwerk zur Verfügung stehenden Rechenperformance (der „Hash-Power“) angepasst: Wird die Wettbewerbsaufgabe in tendenziell unter 10 Minuten gelöst, wird die Schwierigkeit erhöht, werden im Schnitt mehr als 10 Minuten gebraucht, wird sie reduziert. Auch diese Adjustierung hatte Nakamoto in seinem genialen Ansatz bereits vorgesehen.

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Auf Basis der oben genannten Zahlen wird sofort klar, dass enorme Investitionen in Hardware und Energie zum Betreiben der Rechenzentren nötig sind, um die benötigte Rechenleistung zu erbringen. Dies hat dazu geführt, dass nicht mehr – wie ursprünglich intendiert – alle Knoten am Proof-of-Work-Prozess teilnehmen, sondern faktisch nur noch vergleichsweise wenige und zwar solche, die auf Basis hochspezialisierter Rechenzentren operieren.

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Es ist nicht nur sehr aufwändig, die Wettbewerbsaufgabe im Proof-of-Work zu lösen, aus dem Wettbewerb gehen auch stochastisch verteilt immer andere Knoten als Sieger hervor. Dieses Zufallselement bei der Auswahl des Knotens, der den nächsten Block festschreiben darf, stellt eine zusätzliche Hürde für jeden potenziellen Angreifer auf die Integrität des Bitcoin-Netzwerks dar.

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Da die Knoten im Wettbewerb des Proof-of-Work als Belohnung neu geschöpfte Bitcoin erhalten, hat sich für sie der Name „Miner“ oder „Bitcoin-Miner“ etabliert. Wir finden diese Nomenklatur sehr unglücklich, denn sie verdreht Ursache und Wirkung: Die Knoten erbringen die für die Bitcoin-Blockchain essenzielle Dienstleistung der Sicherung der Integrität der Blockchain und werden für diese Dienstleistung bezahlt. Das könnte statt mit neuen Bitcoin auch auf Basis einer Transaktionsgebühr geschehen (was derzeit sogar bereits teilweise der Fall ist). Außerdem ist die Anzahl der durch „Mining“ hinzukommenden Bitcoins (derzeit 900 pro Tag) im Vergleich zur bestehenden Basis (ca. 18,5 Mio.) kaum von Bedeutung.7

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Verwandte Proof-of-Work-Verfahren werden übrigens seit den Neunzigerjahren genutzt, um Denial-of-Service (DoS) Attacken z.B. auf E-Mail-Server zu verhindern.

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Der Proof-of-Work ist in gewisser Weise der Dreh- und Angelpunkt der Bitcoin-Blockchain. Er schafft ein sehr hohes Maß an Sicherheit – allerdings zu sehr hohen Kosten. Wie wir sehen werden (siehe Rn. 94ff.), gibt es mittlerweile andere Blockchain-Protokolle, die alternative Verfahren einsetzen.

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Vertrauen in die Bitcoin-Blockchain setzt voraus, dass sich die Nutzer davon überzeugen können, dass die Knoten das Bitcoin-Regelwerk (das sog. Bitcoin-Protokoll) auch tatsächlich korrekt ausführen. Diese Überprüfung der Integrität der auf den Bitcoin-Knoten laufenden Software wird dadurch ermöglicht, dass sie „Open Source“, also im Quellcode verfügbar ist. Jeder kann diesen Quellcode Zeile für Zeile lesen und sich vergewissern, dass er das intendierte Verhalten eines Bitcoin-Knotens korrekt umsetzt.8

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Die Überprüfung, dass die tatsächlich heruntergeladenen binären Releases (also des lauffähigen und somit auf dem Rechner ausgeführten Codes) ordnungsgemäß durch Compilieren des Quellcodes erzeugt wurden, wird anhand der in der FLOSS-Community9 üblichen digitalen (und kryptographisch gesicherten) Signaturen vorgenommen.

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Das Zusammenspiel der im vorherigen Abschnitt erläuterten Elemente zeigen wir, indem wir einer Bitcoin-Transaktion folgen.

1. Wir beginnen mit einem Teilnehmer A, der aus einer vorhergegangenen Transaktion über einen Bitcoin verfügt.

2. Teilnehmer A will diesen einen Bitcoin nun an Teilnehmer B senden und erstellt eine entsprechende neue Transaktion. Hierzu benötig er die Bitcoin-Adresse von B und seine eigenen Public und Private Keys; Letztere, um die Transaktion zu signieren.

3. Der Bitcoin-Knoten von Teilnehmer A überträgt nun die neue Transaktion an andere Bitcoin-Knoten. Generell sendet jeder Knoten nicht nur seine eigenen, sondern auch die von anderen erhaltenen Transaktionen an jeweils andere Knoten weiter, sodass nach kurzer Zeit jeder Knoten über den Gesamtbestand an neu zu validierenden Transaktionen verfügt.

4. Jeder Knoten, der die Transaktion von Teilnehmer A erhält, überprüft diese, insbesondere darauf, ob die Signatur aus Public und Private Key in Ordnung ist, ob die Zieladresse im Netzwerk existiert und ob es andere Inkonsistenzen gibt, ob beispielsweise versucht wird, über bereits ausgegebene Bitcoins nochmals zu verfügen. Wenn die Transaktion eines der Prüfkriterien nicht erfüllt, wird sie aussortiert. Andernfalls speichert der Knoten die Transaktion in seinem temporären Speicher.

5. Jeder Knoten baut sich so einen Bestand an im Umlauf befindlichen Transaktionen auf, insbesondere solche Knoten (die Miner), die in den Wettbewerb um das Recht, den nächsten Block zu erzeugen, eintreten.

6. Auf Basis des ihnen vorliegenden Transaktionsbestands versuchen die Miner, die Wettbewerbsaufgabe zu lösen, d.h. die Nonce zu finden, die den Datenbestand so ergänzt, dass dessen Hash die geforderte Anzahl von führenden Nullen aufweist.

7. Der erste Miner, der die Wettbewerbsaufgabe gelöst hat, sendet den so gesicherten und für verbindlich erklärten Block an alle Knoten. So schwierig es war, die richtige Nonce zu finden, so einfach ist es, dies zu überprüfen (durch einmaliges Anwenden der Hash-Funktion). Die Knoten im Netzwerk können daher sehr schnell die Validität des neuen Blocks verifizieren.

8. Die Transaktion von Teilnehmer A nach B ist somit – gemeinsam mit ca. 2000 weiteren Transaktionen – in den jüngsten Block der Blockchain eingegangen. Im Folgenden werden weitere Blöcke der Blockchain hinzugefügt werden. Je mehr Blöcke an den jetzt erstellen Block angehängt werden, desto unwahrscheinlicher wird es, dass selbst ein mit enormer Rechenpower ausgestatteter Angreifer diese Transaktion je manipulieren könnte; er müsste quasi alle Blöcke bis zu diesem Block hinunter aufrollen. Faktisch wird davon ausgegangen, dass eine Transaktion, nachdem fünf bis sechs weitere Blöcke der Blockchain hinzugefügt wurden, als unveränderlich gelten kann.

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Ohne Zweifel ist die Dezentralität das herausragende Wesensmerkmal der Bitcoin-Blockchain. Die Geschichte der Menschheit hält unzählige Beispiele bereit, in denen die Notwendigkeit von Eindeutigkeit und Einigkeit zur Bildung zentraler Strukturen führte, den dann – aufgrund ihrer Alleinstellung und Machtfülle – degradierten, ineffizient und korrupt wurden und/oder Profite abschöpften (Rent Extraction).

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Die Bitcoin-Blockchain stellt in einzigartiger Weise eine inhaltlich zentrale Funktion (den eindeutigen von allen akzeptierten Transaktions-Ledger) in einer physisch und organisatorisch dezentralen Konstellation dar: als Zusammenwirken zahlreicher von unterschiedlichen Teilnehmern betriebenen Knoten.