Bitcoin ist das erste Währungssystem, das ohne das Eingreifen einer zentralen Behörde funktioniert. Es basiert auf mehreren Konzepten, die das reibungslose Funktionieren sicherstellen. Es wird unter anderem auf einem verteilten Zeitstempelserver eingerichtet, um die Chronologie der Transaktionen nachzuweisen. Dieses Tool löst eines der wichtigsten Probleme bei der Implementierung eines Zahlungssystems ohne zentrale Behörde: doppelte Ausgaben.
In diesem Artikel untersuchen wir einige der technischen Aspekte, die dem Bitcoin-Protokoll zugrunde liegen: digitale Signaturen, der verteilte Zeitstempelserver und die Transaktion.
Digitale Signaturen
Im Gegensatz zum traditionellen Bankensystem, das Geld mit Identität verbindet, wird der Besitz einer Bitcoin-Münze durch den Einsatz asymmetrischer Kryptografie sichergestellt. Jedes Stück Bitcoin ist im Netzwerk mit einem Paar kryptografischer Schlüssel verknüpft.
Somit werden zwei Konzepte definiert: der öffentliche Schlüssel und der private Schlüssel. Der öffentliche Schlüssel ermöglicht es dem Benutzer, Bitcoins zu empfangen, insbesondere über eine Adresse, indem er eine Ausgabebedingung für eine Münze angibt. Um diese Gelder ausgeben zu können, muss der rechtmäßige Eigentümer eine Signatur mit dem zugehörigen privaten Schlüssel erstellen.
Der Benutzer muss daher die Sicherheit seiner privaten Schlüssel gewährleisten, da diese uneingeschränkten Zugriff auf seine Bitcoins gewähren.
Das Problem mit diesem System ist, dass Personen, die Bitcoins erhalten, nicht überprüfen können, ob diese Einheiten nicht zweimal ausgegeben wurden: Dies wird als doppelte Ausgabe bezeichnet. Ein Zahlungsnetzwerk, das dies ermöglicht, kann offensichtlich nicht funktionieren. Wir benötigen eine Möglichkeit, wie der Begünstigte einer Bitcoin-Zahlung überprüfen kann, ob die erhaltenen Coins nicht bereits bei einer früheren Transaktion an einen anderen Zahlungsempfänger ausgegeben wurden.
Das Bitcoin-Netzwerk verwendet daher einen Zeitstempelserver, um Transaktionen im Laufe der Zeit markieren zu können.
Um doppelte Ausgaben für Bitcoin zu vermeiden, ist definiert, dass die älteste Transaktion diejenige ist, die zählt. Nehmen wir zum Beispiel an, Alice hat 2 Bitcoins und schickt sie um 15:00 Uhr an Bob. Diese Transaktion wird vom Netzwerk validiert. Wenn Alice versucht, um 16:00 Uhr dieselben 2 Bitcoins an Charles zu senden, wird diese Transaktion abgelehnt, da Alice sie bereits in der Vergangenheit ausgegeben hat.
Damit Bob sicherstellen kann, dass Alice diese Bitcoins nicht bereits ausgegeben hat, muss er Zugriff auf ein Register haben, in dem alle bereits validierten Transaktionen aufgeführt sind. Bei Bitcoin ist dieses Ledger ein Zeitstempelserver.
Wir könnten also einen zentralen Akteur definieren, der dieses Register verwaltet und festlegt, welche Transaktionen an erster Stelle stehen. In Bezug auf Bitcoin wollen wir jedoch ein Zahlungsnetzwerk haben, das sich auf keine zentrale Behörde stützt, um das Bedürfnis nach Vertrauen zu verringern. Dieser Zeitstempelserver muss daher an jeden Benutzer verteilt werden. Um doppelte Ausgaben zu vermeiden, sollte jeder die gesamte Transaktionshistorie kennen. Wenn Bob also eine Transaktion von Alice erhält, kann er selbst überprüfen, ob die übertragenen Bitcoins in der Vergangenheit nicht bereits in einer anderen Transaktion festgeschrieben wurden.
Das für Bitcoin gewählte Zeitstempel-Serverformat ist eine Blockchain. Obwohl dieser Begriff oft missverstanden wird, ist er das, was Sie als „Blockchain“ kennen.
Das Prinzip ist einfach: Jede Transaktion wird in einem Zeitstempelblock aufgezeichnet. Ein Block ist einfach eine Ansammlung von Transaktionen. Sie werden im Durchschnitt alle 10 Minuten erstellt und beinhalten jeweils den Footprint des vorangegangenen Blocks. Sie bilden somit eine Kette.
Was ich „Fingerabdruck“ nenne, ist eigentlich ein Hash. Wir übergeben den Blockheader an eine Hash-Funktion, also an wirken wodurch Daten beliebiger Größe mit Werten fester Größe verknüpft werden, und wir erhalten den Blockfingerabdruck. Der Aufdruck ist daher eine Zusammenfassung aller im Block enthaltenen Informationen.
Mit all diesen Einzelheiten beginnen wir, ein effizientes Zahlungsnetzwerk zu erraten. Aber wir haben noch ein paar Probleme zu lösen! Wie stellt man sicher, dass sich die Nutzer auf eine einzige gemeinsame Blockchain einigen? Und wie wählt man aus, wer die neuen Blöcke und damit die neuen Transaktionen in dieses verteilte Ledger eingibt?
Hier kommt der Eckpfeiler des Bitcoin-Systems ins Spiel: der Nakamoto Proof-of-Work Consensus (Arbeitsnachweis).
Zunächst erstellt der Benutzer, der eine Zahlung senden möchte, eine Transaktion. Darin gibt er an, welche Bitcoins er ausgeben und wohin er sie schicken soll. Die Bitcoin-Transaktion besteht dann aus Ein- und Ausgaben (auf Englisch die „Eingaben“ und die „Ausgänge“). Die Einträge stehen für die Bitcoins, mit denen bezahlt wird. Es wird gesagt, dass die Einträge von der Transaktion „verbraucht“ wurden. Die Ausgaben stellen Zahlungsziele dar. Es wird gesagt, dass Outputs im Austausch für Inputs, die „verbraucht“ werden, „geschaffen“ werden.
Damit die Transaktion gültig ist, muss der Gesamtbetrag der Abflüsse kleiner oder gleich der Gesamtzahl der Einträge sein. Die Transaktionsgebühren, die an die Miner gezahlt werden, stellen die Differenz zwischen der Gesamtzahl der Zuflüsse und der Gesamtzahl der Ausstiege dar.
Sobald diese Informationen gesammelt wurden, signiert der Absender der Transaktion sie mit dem privaten Schlüssel, der den Bitcoins zugeordnet ist, die für die Eingabezahlung verwendet wurden. Die Signatur ermöglicht den Nachweis, dass der Benutzer, der Geld ausgeben möchte, tatsächlich der legitime Eigentümer des privaten Schlüssels und damit der übergebenen Bitcoins ist, ohne den Schlüssel preiszugeben. Wenn die Bitcoin-Eingaben unterschiedlichen Schlüsselpaaren zugeordnet sind, muss für jedes Schlüsselpaar eine Signatur erstellt werden.
Der Absender sendet dann seine signierte Transaktion an das Bitcoin-Netzwerk, also an die Knoten. Die Knoten überprüfen einzeln, ob die Transaktion und die empfangenen Signaturen gültig sind. Wenn dies der Fall ist, sendet jeder Knoten diese Transaktion an andere Knoten, die sie ebenfalls überprüfen und dann erneut senden. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis alle Knoten im Netzwerk über das Vorhandensein dieser Transaktion informiert werden.
Die Emittententransaktion befindet sich jetzt im „Mempool“ (Speicherpool). Mit anderen Worten, es befindet sich im Speicher der Knoten und wartet darauf, dass ein Miner es in einen gültigen Block aufnimmt, was ihre erste Bestätigung darstellt.
Diese Phase der Erstellung des Blocks durch den Miner wird Gegenstand des Artikels der nächsten Woche sein.
Fazit
Das Bitcoin-Währungssystem basiert auf zahlreichen Mechanismen. Jedes dieser Zahnräder ist für sich genommen keine echte Technologie, dennoch sind sie alle für das reibungslose Funktionieren von Bitcoin unerlässlich.
Der Besitz von Bitcoin wird durch die Verwendung elektronischer Signaturen gewährleistet. Öffentliche Schlüssel ermöglichen es Ihnen, Bitcoins zu erhalten, indem Sie Ausgabenbedingungen festlegen, und mit den zugehörigen privaten Schlüsseln können sie entsperrt werden.
Um doppelte Ausgaben für dieses Peer-to-Peer-Netzwerk zu vermeiden, wird ein Zeitstempelserver, manchmal auch „Blockchain“ genannt, verwendet.
Eine Bitcoin-Transaktion besteht aus Einträgen (Eingaben) und Ausflüge (Ausgänge). Die Eingaben werden verbraucht, um die Ausgaben erstellen zu können.
