Das Bitcoin-Whitepaper: Entschlüsselung

Lernergebnisse: 

Am Ende dieses Artikels haben Sie folgendes gelernt:

1. Der Zweck eines Whitepapers und das Zielpublikum
2. Die technischen Grundlagen
3. Der grundlegende Anwendungsfall von Bitcoin
4. Wie das Bitcoin-Netzwerk eine Struktur für Zahlungen ohne eine dritte Partei ermöglicht
5. Warum das Bitcoin-Whitepaper einen pseudonymen Autor hat 

Das Bitcoin-Whitepaper: Entschlüsselung

Bitcoin ist ein digitales Zahlungsnetzwerk, das den Austausch seiner eigenen, digital knappen Währung ohne eine vertrauenswürdige dritte Partei ermöglicht.

Warum Bitcoin geschaffen wurde und wie das System ohne eine zentrale Autorität funktioniert, wird in einem Dokument namens Bitcoin-Whitepaper erklärt.

Was ist ein Whitepaper?

Ein Whitepaper fasst ein Kernkonzept oder eine Idee zusammen und schlägt oft eine Lösung für ein bestimmtes Problem vor. 

Vor der Veröffentlichung des Whitepapers lud Satoshi Nakamoto (der pseudonyme Schöpfer von Bitcoin) zur Diskussion über seine Idee für ein neues Geldsystem ein. Am 31. Oktober 2008 wurden die Abonnenten einer Kryptographie-Mailingliste um Feedback gebeten. Anschließend wurde das Whitepaper auf der Domain veröffentlicht. 

Bitcoin: Was, warum und wie  

Das Bitcoin-Whitepaper versucht, die drei Schlüsselfragen zu beantworten: was, warum und wie. Die Zusammenfassung beginnt mit einer guten Antwort auf die Frage, was Bitcoin ist. 

„Eine reine Peer-to-Peer-Version von elektronischem Bargeld würde es ermöglichen, Online-Zahlungen direkt von einer Partei zur anderen zu senden, ohne den Umweg über ein Finanzinstitut zu nehmen.“

Der Einleitungsteil nimmt die naheliegende Frage vorweg, die sich daraus ergeben könnte: Warum benötigen wir ein elektronisches Bargeldsystem von Mensch zu Mensch? Was ist an dem jetzigen System auszusetzen?

Warum brauchen wir Bitcoin? 

Die aufgeführten Gründe von Satoshi, warum wir Bitcoin brauchen, sind Kritiken am bestehenden, zentralisierten Bankensystem.

Schlichtung: Die Banken geben Geld für die Beilegung von Streitigkeiten aus, was die Kunden durch Transaktionsgebühren bezahlen.

Transaktionslimits: Die Schlichtung ist für Banken nicht kosteneffizient genug, um Kleinstzahlungen zuzulassen, wodurch ein potenzieller Nutzerkreis in Entwicklungsländern wegfällt.

Umkehrbare Zahlungen: Die Zahlungen können nicht als endgültig angesehen werden, da die Vermittler sie rückgängig machen können.

Vertrauen: Banken benötigen Ihre persönlichen Daten; Sie vertrauen darauf, dass Ihre Bank diese Daten schützt.

Betrug: Ein auf Vertrauen basierendes Bankensystem zieht zwangsläufig Betrüger an. Die Kosten dafür tragen die Kunden.

Vertrauen in eine zentrale Behörde: Satoshi sah in der Notwendigkeit, den Behörden bei der Kontrolle der Geldmenge zu vertrauen, ein wichtiges Problem, das es zu lösen galt.

Um vom problematischen zentralisierten Bankensystem zu seiner dezentralisierten Vision zu gelangen, musste Satoshi ein bedeutendes Problem überwinden, das frühere Versuche mit dezentralisiertem Geld nicht gelöst hatten: die Sicherstellung, dass die Geldmittel nicht doppelt ausgegeben werden (Problem der doppelten Ausgaben).

Lösung des Problems der doppelten Ausgaben mit einer Kette von Eigentumsrechten

Das Bitcoin-Netzwerk löst das Problem der doppelten Ausgaben, indem es einen „Coin“ als eine historische Kette des Eigentums definiert. Alice kann bitcoin an Bob senden, indem sie eine gültige Signatur (privater Schlüssel) des Besitzes und die öffentlichen Daten (Adresse) der nächsten Person in der Besitzkette – in diesem Fall Bob – angibt.

Die Bitcoin-Signaturen sind kryptografisch, um Anonymität und Sicherheit zu gewährleisten. Die Weitergabe von Einheiten unter Verwendung von Signaturen kann jedoch nur mit einem System funktionieren, das nachweist, dass die Einheiten nur einmal ausgegeben wurden, was nachprüfbare Zeitstempel erfordert.

Zeitstempel und die Blockchain

Wenn Alice, Bob und das größere Netzwerk eine Aufzeichnung der Transaktionen führen, ist die einzige Information, die jeden Streit über gültige Einträge schlichten könnte, ein unveränderlicher Zeitstempel.

Satoshi schuf eine dezentralisierte Version der Arbeit von Stuart Haber und Scott Stornetta, die in den 1990er Jahren in der New York Times veröffentlichte Kleinanzeigen als analoge Methode zur Zeitstempelung verwendeten. 

Bitcoin-Transaktionsdaten werden in Datenblöcken zusammengefasst, mit einem Zeitstempel versehen und gehasht (durch einen kryptografischen Algorithmus geleitet, um eine Kennung mit einheitlicher Länge zu erzeugen). Wichtig ist, dass der Zeitstempel des vorangegangenen chronologischen Datenblocks in den Hash-Wert einfließt, um eine Kette zu bilden – heute allgemein als Blockchain bekannt.

Die nächste Herausforderung, der sich Satoshi gegenübersah, war die Entscheidung, welche der Nodes diesen Block mit Zeitstempeln hinzufügen sollten, und wie man ihnen einen Anreiz für ihre Ehrlichkeit geben könnte.

Proof-of-Work (PoW) und Block-Belohnungen 

Damit ein Node einen Block mit Bitcoin-Transaktionen einreichen kann, muss er nachweisen, dass er ausreichend Arbeit geleistet hat, um zu beweisen, dass seine Absichten authentisch sind. Wäre es zu einfach, würde das Netz mit gefälschten Daten überschwemmt werden. 

Die Lösung bestand darin, dass die Nodes in einer Art Lotterie gegeneinander antreten mussten, bei der die Gewinner einen neuen Block zur Kette hinzufügen durften. Der Lotterie-Algorithmus passt den Schwierigkeitsgrad je nach Teilnehmerzahl an, so dass etwa alle zehn Minuten ein Gewinner gefunden wird. 

Dieser Prozess erzeugt die folgende Sequenz für die kontinuierliche Blockerzeugung und Ausgabe von Coins.

• Neue Transaktionen werden an alle Nodes gesendet.
• Jeder Node sammelt neue Transaktionen in einem Block.
• Jeder Node konkurriert darum, den PoW für seinen Block zu finden.
• Wenn ein Node einen PoW findet, sendet er den Block an alle Nodes.
• Die Nodes akzeptieren den Block nur, wenn alle Transaktionen gültig und noch nicht ausgegeben sind.
• Die Nodes drücken ihre Zustimmung zu dem Block aus, indem sie an der Erstellung des nächsten Blocks in der Kette arbeiten.

Einsatz von Anreizen

Da die Ausführung des Algorithmus Strom verbraucht, entstehen bei PoW Kosten. Um die Teilnahme der Miner sicherzustellen, erhält der siegreiche Node eine Blockbelohnung in Form von neu geschaffenen bitcoin, zuzüglich der von den Nutzern für das Senden der Transaktionen gezahlten Gebühren. 

Die Mining-Belohnung ist die Art und Weise, wie das Bitcoin-Netzwerk programmatisch neue bitcoins ausstellt und Knappheit erzwingt, indem es sicherstellt, dass nur 21 Millionen bitcoins jemals existieren werden.

Da jeder Block den Zeitstempel des vorherigen Blocks in einer Kette enthält, werden die Nodes davon abgehalten, gefälschte Transaktionen (doppelte Ausgaben) hinzuzufügen, da sie in der Lotterie immer wieder gewinnen müssten, um die falschen Daten in der Kette aufrechtzuerhalten, und das Netzwerk nur die längste Kette respektiert. Diese Anreize ermutigen die Nodes, ehrlich zu sein.

Hash-Bäume und Speicherplatz 

Bei jedem Schritt in der Erklärung, wie Bitcoin als dezentralisiertes Geldsystem funktioniert, kommt Satoshi den Herausforderungen zuvor. Wenn jeder Datenblock viel Speicherplatz benötigt, würde die gesamte Kette zu viel Speicherplatz für einen durchschnittlichen PC beanspruchen, so dass das Netzwerk nicht dezentralisiert werden könnte.

Die Lösung sind Hash-Bäume, ein effizientes und sicheres Überprüfungssystem zur Verdichtung großer Datenmengen in eine besser handhabbare Form.

Vereinfachung der Zahlungsüberprüfung 

Obwohl sich das Bitcoin-Whitepaper an ein technisch versiertes Publikum richtet, dachte Satoshi an die praktische Seite der Endnutzer. 

Das Bitcoin-Netzwerk profitiert davon, dass die Nodes vollständige Versionen der Blockchain herunterladen, aber ein kleines Unternehmen, das Bitcoin-Zahlungen anbieten möchte, ist möglicherweise nicht bereit, diese Verpflichtung einzugehen. In Abschnitt acht des Whitepapers wird erläutert, wie Zahlungen überprüft werden können, ohne einen vollständigen Netzwerk-Node zu betreiben, der oft als Lightweight Node bezeichnet wird.

Kombinieren und Aufteilen von Transaktionen 

Zu Beginn des Whitepapers wird ein Coin als eine Kette von Signaturen beschrieben, aber es wird zunächst nicht erklärt, wie Coins aufgeteilt oder kombiniert werden können. Teilbarkeit ist eine der Schlüsselfunktionen von Geld, daher hat Satoshi dies berücksichtigt, indem er Transaktionen als Aggregat von Inputs und Outputs darstellte.

Ein Input ist in der Regel eine größere frühere Transaktion, die zwei Outputs erzeugt: den ausgabefähigen Betrag und das Wechselgeld, das als separate Transaktion zurückgegeben wird. 

Einfach ausgedrückt: Wenn Sie 10 Pfund von einem 20-Pfund-Schein ausgeben, wird dieser in eine 10-Pfund-Zahlung aufgeteilt, und Sie erhalten 10 Pfund Wechselgeld zurück.

Datenschutz – Anonymität vs. Pseudonymität 

Damit Bitcoin als dezentralisiertes System funktioniert, müssen alle Transaktionen öffentlich bekannt gegeben werden, damit alle als Node fungieren können. 

Die Weitergabe persönlicher Daten im Rahmen von Transaktionen würde die Privatsphäre der Nutzer gefährden. Um persönliche Informationen zu schützen, bestehen die von Ihnen mitgeteilten Daten, mit denen Sie bitcoin senden können, aus einer anonymen Zeichenfolge aus Text und Zahlen. 

Es ist jedoch wichtig, zwischen Anonymität und Pseudonymität zu unterscheiden. Öffentliche Bitcoin-Adressen sind pseudonym, da sie mit anderen Informationen verknüpft werden können, um Ihre Identität zu enthüllen. 

Aus diesem Grund wird im Bitcoin-Whitepaper erwähnt, dass ein Nutzer bei jeder neuen Transaktion eine neue öffentliche Adresse generieren sollte.

Berechnung der Wahrscheinlichkeit, dass Bitcoin angegriffen wird

Satoshi hat eine bedeutende Bedrohung ausgemacht: Ein Angreifer könnte versuchen, eine seiner eigenen Transaktionen zu ändern, um Geld zurückzuholen, das er kürzlich ausgegeben hat.

Um eine Transaktion doppelt auszugeben, muss der Absender sie ehrlich signieren, um den Empfänger zufrieden zu stellen, und gleichzeitig eine weitere Kette erstellen, in der die Transaktion entfernt wird. Da die Nodes immer der längsten Kette folgen, muss die gefälschte Kette die ehrliche einholen. Satoshi schlüsselte die verschiedenen Szenarien und Wahrscheinlichkeiten auf, wie schwer es mit jedem zusätzlichen Block wird und dass es praktisch unmöglich ist, dies zu erreichen. 

In Anbetracht der erfolgreichen Funktion von Bitcoin während seiner gesamten Lebensdauer, ohne Unterbrechungen oder doppelte Ausgaben, können wir davon ausgehen, dass Satoshi mit seinen Berechnungen richtig lag. Wenn Sie sich das Bitcoin-Logo genau ansehen, sehen Sie die Worte vires in numeris, lateinisch für „Stärke in Zahlen“. 

Satoshi Nakamoto gab seine Identität nie preis und stellte gut zwei Jahre nach der Veröffentlichung des Bitcoin-Whitepapers jegliche Kommunikation ein. Durch sein Verschwinden hat Satoshi Bitcoin seinen Nutzern vermacht und seine dezentralisierte Qualität verstärkt.

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