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Bitcoin: So funktioniert die virtuelle Währung

30.04.2013 | 14:28 Uhr |

Von Bitcoins hat wohl schon jeder einmal gehört, aber kaum jemand benutzt sie. Wie funktioniert die dezentral erzeugte Währung und was kann man damit bezahlen?

In den letzten Jahren hat man schon viel von der Währung Bitcoin gehört – mit der Anzahl der echten Nutzer sieht es aber völlig anders aus. Die Anwendungsmöglichkeiten sind allerdings begrenzt: Eigentlich kann man nicht nur im Internet damit bezahlen, sondern auch in der realen Welt. Zahlungen unterstützen jedoch nur sehr wenige Geschäfte und Lokale, vorranging in Großstädten wie Berlin. Nach einer Art Hype vor einigen Jahren ist das Interesse in der Offline-Welt abgeflaut. Selbst in der Bitcoin-Hauptstadt Berlin sind viele Projekte bereits eingestellt worden, so ist der oft in den Medien genannte Bitcoin-Automat im Lokal "Room 77" längst wieder verschwunden und vom Berliner Bitcoin-Kiez gibt es nur noch wenig zu hören. Für den Einzelhandel ist Bitcoin eigentlich auch wenig geeignet, dazu dauern die Bitcoin-Transaktionen zu lange. Will ein Kunde in einer Kneipe anonym bleiben, kann er schließlich bar zahlen.

Besser sieht es bei Web-Einkäufen aus, so kann man damit bei Einzelhändler Edeka Lebensmittel bestellen und bei Dell, Caseking Microsoft-Stores, Steam und vielen weiteren Shops damit bezahlen. Genaugenommen nutzen diese allerdings dazu einen Zwischenhändler wie Coinbase oder Bitpay - der die Bitcoins seiner Kunden in US-Dollar oder Euro "umtauscht" und mit den Händlern in herkömmlicher Währung abrechnet. Ein Konto bei einem Dienstleister wie Blockchain.info ist in wenigen Minuten eingerichtet und Einzahlungen und Auszahlungen kaum aufwendiger als bei jedem anderen Internetzahlungsmittel. Aber auch Bitpay hat anscheinend Probleme, hohe Umsätze zu erzielen - während Händler an dem Zahlungsdienst eigentlich sehr interessiert sind.

Die Einrichtung eines Kontos bei Anbietern wie Blockchain.info dauert nur wenige Minuten.
Vergrößern Die Einrichtung eines Kontos bei Anbietern wie Blockchain.info dauert nur wenige Minuten.

Wenig positive Aufmerksamkeit erhielt Bitcoin zuletzt durch eine andere Benutzergruppe: Viele Ransomware-Erpresser forderten von ihren Opfern eine Bezahlung in Bitcoins – leider kann eine anonymisierte Zahlungsmethode auch leicht zu verbrecherischen Aktivitäten verwendet werden. Aber auch für die Geldwäsche ist Bitcoin offenbar beliebt, wie Nachrichten aus China belegen.

Selbst in Berlin gibt es nur vereinzelt Geschäfte, die Bitcoin unterstützen.
Vergrößern Selbst in Berlin gibt es nur vereinzelt Geschäfte, die Bitcoin unterstützen.

Dabei ist einer der Grundgedanken von Bitcoin eigentlich die einfache weltweite Durchführung von Zahlungen ohne Mittelsmann und Gebühren. Im Folgenden erklären wir, woher Bitcoin kommt und wie das Prinzip funktioniert.

Die Idee der digitalen Währung, die keine Zentralbank kontrollieren kann, hat der japanische Wissenschaftler Satoshi Nakamoto aufgebracht. Er hat auch den ersten Bitcoin-Client programmiert. Seit 2007 ist die Seite bitcoin.org online, richtig Schwung hat die Idee Ende 2010, Anfang 2011 bekommen.

Bitcoin ist eine reine Peer-to-Peer-Version der digitalen Zahlungsmittel. Die Grundidee besteht darin, die Transaktionen im Internet direkt und ohne Geldinstitutionen abwickeln zu lassen. Die Schwachstelle der existierenden Online-Zahlungsmethoden besteht in Vertrauen als moralischer Größe, das missbraucht werden kann. Um solchen Missbrauch zu vermeiden, einigen sich der Sender und Empfänger auf einen Mediator, dem sie vertrauen können. Bitcoin ersetzt diese Vertrauensinstitution durch ein asymmetrisches kryptographisches Verfahren, das zwischen zwei Parteien ohne Mediator stattfindet und den Vollzug einer Transaktion gewährleistet.

Das "Kassabuch" der Währung ist eine Datenbank, die so genannte Blockchain. Eine Blockchain ist eine dezentrale Datenbank, die eine stetig wachsende Liste von Transaktionsdatensätzen vorhält. Die Datenbank wird durch jede Transaktion immer weiter erweitert, vergleichbar einer Kette, der am unteren Ende ständig neue Elemente hinzugefügt werden. Ist ein Block vollständig, wird der nächste erzeugt. Jeder Block enthält eine Prüfsumme des vorhergehenden Blocks, was Datensicherheit garantiert.

Emission und Belohnung

Da das Bitcoin-Netz völlig dezentralisiert ist, gibt es keine Instanz, die neue Münzen in den Umlauf bringt, die Teilnehmer des Bitcoin-Netzes generieren die digitalen Münzen selbst, indem sie ihre Rechner (oder vielmehr deren Grafikkarten mit ihren vielen Prozessorkernen) kryptographische Aufgaben lösen lassen. Eine Bitcoin entsteht, sobald die Berechnung für einen neuen Transaktions-Block abgeschlossen ist. Der Inhaber des neuen Blocks bekommt dafür derzeit 50 Bitcoin. Jede Münze bekommt einen individuellen Schlüssel und kann sofort für die neuen Transaktionen verwendet werden. Der Wert der Bitcoin ergibt sich also aus den realen Gütern wie CPU/GPU-Auslastung für die Berechnung und die Elektrizität dafür. Die Entwickler des Bitcoin-Netzes haben ein Emissions-Modell im Netz implementiert, das die Schwierigkeit der Errechnung regelt und damit die Rate der Münzerzeugung. Im Idealfall wird alle zehn Minuten ein neuer Block errechnet und so neue Münzen in den Umlauf gebracht. Bei Redaktionsschluss stand der Kurs auf 934,64 Euro und ist in steter Bewegung

Tipp für Interessierte: Um in Deutschland Bitcoins zu gewinnen, sind mittlerweile die Energiekosten hierzulande zu hoch: Man gibt ohne eigene Energiequelle mehr für Strom und Hardware aus, als man an Bitcoins gewinnen kann. In Venezuela, einem Land mit geringen Stromkosten sollen so genannte Miner dagegen sogar schon Kapazitätsprobleme verursacht haben. Die meisten Server stehen offenbar in China, so berichtete die BBC von einem Rechenzentrum in China, das pro Jahr 8 Millionen Dollar gewinnt. Privatleute können da nicht mehr mithalten, auch Umweltschützer sind ob des Energiebedarfs wenig begeistert.

Der Schwierigkeitsgrad für die Berechnung des Prüfwertes und die Menge neuer Münzen ändert sich, sobald im Netzwerk zu wenige oder zu viele neue Blöcke errechnet werden. Im Mittel wird die Schwierigkeit der kryptographischen Aufgaben aber immer höher, so dass mit steigender Leistungsfähigkeit der beteiligten Rechner diese nicht immer flotter Bitcoin errechnen. Denn die Zahl der Bitcoin-Münzen ist per Definition auf 21 Millionen begrenzt und soll bis 2033 erreicht werden. So wie bis in die siebziger Jahre der Kurs des US-Dollars an den Wert der Goldreserven der US-Zentralbank gekoppelt war, wird also immer eine Relation des Bitcoin-Kurses zum Wert der Gesamtmenge bestehen. Hier setzt auch die Kritik an: Geldpolitik durch Steuerung der Geldmenge ist nicht möglich. Zwar ließe sich theoretisch die im Bitcoin-Client hinterlegte Gesamtzahl der Bitcoin oder ihre Erzeugungsrate ändern, doch müssten sich alle Teilnehmer des Bitcoin-Netzes auf einen gemeinsamen Wert einigen - eine Unmöglichkeit dritten Grades.

Ungewisse Zukunft

Rückschläge muss die Währung immer wieder einstecken: So ist das Unternehmen MtGox in die Insolvenz gegangen und zuletzt gab es schlechte Nachrichten aus China: Die Regierung will im Kampf gegen die Geldwäsche auch die Bitcoin-Finanzwelt stärker überwachen – schlechte Nachrichten für die dort sehr aktiven Handelsplattformen. Auch in Deutschland fordern Politiker eine schärfere Überwachung von Banktransfers, sieht man doch sogar die Bezahlung mit Bargeld oft kritisch.

Als neue Weltwährung wird sich Bitcoin also wohl nicht etablieren, aber zumindest in der Nische wird es die ausgereifte Zahlungsmethode wohl noch lange geben – allein schon wegen des hohen Bekannheitsgrades. Einen echten Boom hat dagegen in den letzten Jahren das Prinzip hinter Bitcoin ausgelöst, die so genannte Blockchain. Die Idee lässt sich offensichtlich gut auf andere Anwendungen übertragen, unter anderem für die Verfikation von Nutzerdaten. Zumindest als erste Anwendung der Blockchain-Technologie wird man aber wohl noch lange von Bitcoins hören.

Bitcoin: Die technischen Details

Die digitale Münze Bitcoin besteht aus einer Kette digitaler Signaturen. Der Besitzer übergibt die Münze weiter an den Empfänger zusammen mit seinem öffentlichen Schlüssel und einem Hash (Prüfwert) aller vorherigen Abwicklungen. Der Empfänger kann an der Stelle mit seinem privaten Schlüssel die Richtigkeit der Transaktion verifizieren und so eine eigene Signatur erstellen. Eine Transaktion ist abgeschlossen, wenn der Münzwert nicht mehrfach verwendet wurde und eine gültige Signatur zu Stande kommt. Bei den analogen Zahlungsmitteln ist das Problem damit gelöst, dass sie physisch nur einmal präsent sind: Das im Supermarkt gezahltes Geld kann man nicht noch einmal im Restaurant ausgeben.

Die Lösung im Bitcoin-System ist ziemlich einfach, birgt aber einige Nachteile. Die Geschichte aller Transaktionen wird mit den einzelnen Münzen übergeben, so kann jeder Nutzer prüfen, ob das digitale Geld, das für ihn bestimmt ist, schon anderswo ausgegeben wurde. Damit der Empfänger-PC nicht jede Transaktion einzeln prüfen muss, sind sie zu einem Block vereint. Für die Prüfung innerhalb eines Blocks ist nur die Richtigkeit der letzten Transaktion relevant. Sind alle Transaktionen in einem Block geprüft und als richtig verifiziert, wird der Block für weitere Änderungen bzw. Transaktionen geschlossen. Damit die Prüfung der bestehenden Blöcke im System schneller abläuft, wird ein übergreifender Hash (Prüfwert) für den Block an das Netzwerk weitergegeben.

Nun, wie funktioniert die Transaktion und deren Prüfung in einem Peer-to-Peer-Netz?

Alle Transaktionen werden für alle Beteiligten im Netz veröffentlicht. Die einzelnen Teilnehmer sammeln die Transaktionen in einem Block. Bei der genügenden Zahl der Transaktionen benutzen die User die Rechenleistung ihrer CPUs oder GPUs, um den Prüfwert des neuen Blocks zu errechnen. Für das Bitcoin-Netzwerk wird SHA-256-Standard benutzt, was so viel heißt, dass der Prüfwert der verschlüsselten Dateien 256 Bit (2^256) lang ist.

Der Algorithmus im Bitcoin-Netz verwandelt die einzelnen Transaktionen, die aus einer Kombination von Zahlen und Buchstaben bestehen, in eine Kurzfassung der Kombination, den Prüfwert, der Transaktion. Wenn die Kurzfassung lang genug ist, ergibt sie eine einmalige Abbildung des Originals. Ohne den Algorithmus kann man die Originalversion aus der Kurzfassung nicht rekonstruieren. Genauso unmöglich ist es, die Kurzfassung für das geänderte Original vorherzusagen. Die Änderung eines Symbols in der Originaltransaktion würde dann einen komplett anderen Prüfwert ergeben.

Die Berechnungen für die Prüfwerte der Transaktionen ebenso wie für gesamte Blöcke laufen nach dem gleichen Prinzip ab. Vereinfacht kann man es so darstellen: Der im System hinterlegte mathematische Algorithmus verwandelt alle möglichen Datensätze in eine ganze Zahl zwischen 1 und 1.000. Aus einem beliebigen Datensatz ergibt sich der Prüfwert in Höhe von 1 bis 10 einmal pro 100 Operationen. Die Aufgabe für die Nutzer ist herauszufinden, welche Zahl man dem vorgegebenen Datensatz hinzufügt, damit der Algorithmus daraus den vorgegebenen Prüfwert zwischen 1 und 10 herausspuckt. Da die Prüfwerte jeder einzelnen Transaktion ohne den Algorithmus nicht nachvollziehbar sind, geht es nur durch das systematische Ausprobieren. Für die Zahlen von 1 bis 10 muss man in unserem Fall ungefähr 100 Versuche durchlaufen. Ist diese Aufgabe einmal gelöst, wird die Lösung in der Transaktion festgehalten und an andere Nutzer übergeben. Die Prüfung im Netz geschieht dann deutlich schneller: Die anderen Nutzer müssen nur prüfen, ob die vorgeschlagene Lösung den angegebenen Prüfwert ergibt. Sie müssen die ganze Berechnung nicht selber durchlaufen lassen.

Nun ist das Bitcoin-Netz deutlich komplexer aufgebaut, statt einer Zahlenreihe von 1 bis 1.000 sind die einzelnen Transaktionen und Blöcke in die vierundsechzigstelligen Zahlen- und Buchstabenkombinationen verschlüsselt, die mit einer bestimmten Anzahl von Nullen beginnen. Die Aufgabe besteht nun darin, eine bestimmte Kombination zu finden, dessen Prüfwert mit der vorgegebenen Anzahl von Nullen beginnt. Die Leistung bei dieser Aufgabe, sprich Anzahl der Versuche, ist exponentiell zu der Zahl der Nullen davor. Die Teilnehmer, die sich im Bitcoin-Netz für die Erschaffung der Münzen entscheiden, investieren die Leistung und Energiekosten ihrer Rechner in die Berechnungen eben dieser Prüfwerte.

Sobald ein Teilnehmer oder das Teilnehmer-Netz den Block-Prüfwert errechnet hat, wird dieser für alle anderen Nutzer veröffentlicht und für die Prüfwert-Berechnung des nächsten Blocks akzeptiert.

Bitcoin-Mining: So berechnet man Bitcoin

Um Bitcoin zu erzeugen, sie zu halten und mit ihnen zu bezahlen, muss man am eigenem Rechner den Bitcoin-Client installieren. In der Leiste „Settings“ aktiviert man nach Wunsch die Option „Münzen generieren“. So wird der eigene Rechner an das Bitcoin-Netz angeschlossen und ein Teil von CPU/GPU-Leistung für die Berechnung eines neuen Blocks freigegeben. Handelsübliche Rechner haben dabei jedoch kaum eine Chance, einen der Blöcke zu errechnen, Bitcoiner übertragen die Rechenaufgaben meist an die Grafikprozessoren ihrer Maschinen. Der Vorgang heißt Mining, oft nutzen Anwender dazu spezialisierte Server-Hardware.

Wie jede andere Währung kann man Bitcoin kaufen und verkaufen, damit die Waren oder Dienstleistungen zahlen. Derzeit gibt es über Hundert Händler, die Bitcoin akzeptieren, meist für digitale Güter.

Bitcoin und die reale Welt

Bitcoin-Transaktionen fallen unter die gleichen Regelungen wie die aller anderen Wirtschaftsgüter. Beispielsweise müssen die Teilnehmer jede Transaktion über 15.000 US-Dollar melden. Dies soll die Geldwäsche im Netz verhindern. Das US-Steuerrecht betrachtet die Entschädigung für Waren oder Dienstleistungen in Bitcoin als Tauschhandel.

Einige US-Senatoren haben dennoch massive Zweifel an der digitalen Währung geäußert. Wie The Economist berichtet, fürchtet der demokratische Senator Charles Schumer, Bitcoin sei wie für den Drogenhandel geschaffen. Das kryptographische Verfahren macht es praktisch unmöglich, die Identität des einzelnen Teilnehmers zu ermitteln. Darüberhinaus ließen sich Bitcoin-Konten nicht einfrieren. Die Verfechter des Netzwerkes argumentieren dagegen, dass Drogenhändler auch andere Wege zu Verfügung hätten, ihre Transaktionen zu verschleiern. Genau wie bei Ebay handele es sich um greifbare Güter, die auf den gewöhnlichen Wegen verschickt würden. Die Behörden überwachen schon jetzt die Sendungen an und von verdächtigen Personen oder Gruppen. Dabei sei es egal, mit welchem Zahlungsmittel die Packung bezahlt werde.

Unverdächtige Nutzer machen sich ganz andere Sorgen und fürchten die Vorherrschaft von gewieften Netz-Experten, die das System zu dem eigenen Nutzen konfigurieren könnten. Die Befürchtungen sind verständlich, basieren aber auf einem falschen Verständnis der Bitcoin-Architektur. Als Open-Source-Projekt bietet Bitcoin für jeden einen uneingeschränkten Zugriff auf die Software. Im dezentralen Peer-to-peer-Netz müssten alle Teilnehmer Änderungen an der Software vornehmen. So ist es ausgeschlossen, dass versierte Programmierer eine neue Funktion in Bitcoin schreiben, die alle neu erschaffenen Münzen auf ihre Konten überträgt.

Bitcoin und die Sicherheit

Das asymmetrische Verfahren beruht auf einem einfachen kryptographischen Prinzip: Es ist leicht, zwei große Primzahlen zu multiplizieren, doch ungleich schwerer, ein gegebenes Produkt in seine Primfaktoren zu zerlegen, wenn dieses aus zwei großen Faktoren besteht. Vereinfacht gesagt, ist ein öffentlicher Schlüssel das Produkt der Primzahlen, der private Schlüssel einer seiner Faktoren. So kann nur der Empfänger mit seinem privaten Schlüssel eine mit dem öffentlichen Schlüssel kryptographisch bearbeitete Botschaft entschlüsseln.

Der Algorithmus von Bitcoin mit einer Schlüssellänge von 256 Bit gilt mit heutigen Methoden als unknackbar, der Schwachpunkt der Technik liegt in ihren Schnittstellen zur realen Finanzwelt. So berichtet ein Nutzer, er habe durch einen Hacker-Angriff Bitcoin im Wert von 500.000 US-Dollar verloren. Am 19. Juni 2011 gab es einen Angriff auf Mt. Gox, die Bitcoin-Umtauschbörse. Die Hacker entwendeten die Bitcoin aus dem Börsen-Account und warfen diese kostenlos auf den Markt. Der Wert sank innerhalb des Tages von 17 US-Dollar pro Bitcoin-Münze auf wenige Cents. Mittlerweile hat sich die digitale Währung wieder erholt. Diese Vorfälle zeigen, dass das Bitcoin-Netzwerk wie jedes System Sicherheitslücken hat - wenn schon nicht im Code, dann auf der Seite der Nutzer. Hier stellt sich die Frage nach dem Vertrauen, die der Ideengeber zu lösen versuchte. Wie auch bei den konventionellen Zahlungsmitteln muss der Teilnehmer Vertrauen haben, allerdings nicht in eine Finanzinstitution, sondern in die Sicherheit eines Computer-Systems und Netzwerkes. Dass es auch funktionieren kann, beweisen die Beispiele von Ebay und PayPal. Auch hier bleibt die Identität der Teilnehmer fast völlig verborgen, nur steckt eben mit Ebay und seiner Finanztochter eine zentrale Institution hinter dem System, die theoretisch das ganze System jederzeit abschalten könnte. Man kann miteinander nur über die Plattform selbst kommunizieren. Solange aber die Plattform die versprochenen Dienstleistungen liefert, also Verkäufer und Interessenten zusammenbringt und die Kaufabwicklung ohne größere Hürden gewährleistet, wird sie eine Präsenz im Web bleiben.

Bitcoin ist auch eine Nutzer-getriebene Plattform. Die Frage des Vertrauens ist somit nicht aus der Welt geschaffen. Solange die Nutzer glauben, dass sie ihre Bitcoin sicher verwalten können, kann das Bitcoin-Netz als eine Alternative zu den analogen Zahlungsmitteln dienen. Schließlich gibt es im weltweiten Netz Möglichkeiten genug, sein reales Geld auszugeben.

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