Wie funktioniert die Bitcoin Blockchain

In diesem Artikel erkläre ich Euch auf einfache Art und Weise, wie die Bitcoin Blockchain funktioniert. Die Bitcoin Blockchain ist das Rückgrat des Bitcoin-Netzwerks. Sie ist eine öffentliche, dezentrale und unveränderbare Aufzeichnung aller Bitcoin-Transaktionen, die jemals stattgefunden haben. Diese Transaktionen werden in "Blöcken" gespeichert, die chronologisch aneinandergereiht sind, was zur Bezeichnung "Blockchain" oder "Blockkette" führt.

Was ist die Blockchain

Die Bitcoin-Blockchain ist ein dezentrales, digitales Hauptbuch, das alle Transaktionen aufzeichnet, die mit der Kryptowährung Bitcoin durchgeführt werden. Jede Transaktion wird in einem "Block" gespeichert, und diese Blöcke werden in chronologischer Reihenfolge aneinandergereiht, um eine "Kette" zu bilden. Dieser Prozess wird als "Mining" bezeichnet und umfasst das Lösen komplexer mathematischer Probleme, um neue Blöcke zur Blockchain hinzuzufügen. Die Teilnehmer des Netzwerks, die als "Miner" bekannt sind, verwenden ihre Rechenleistung, um diese Probleme zu lösen und werden dafür mit Bitcoin belohnt und erhalten Bezahlungen für die Integration aller neuen Transaktionen in einen neuen Block.

Die Blockchain-Technologie gewährleistet, dass alle Transaktionen transparent und unveränderlich sind, was bedeutet, dass sie nicht rückgängig gemacht oder verändert werden können, sobald sie der Blockchain hinzugefügt wurden. Dies trägt zur Sicherheit und Integrität des Netzwerks bei. Darüber hinaus ist die Bitcoin-Blockchain dezentralisiert, was bedeutet, dass sie nicht von einer einzigen Entität oder Regierung kontrolliert wird. Stattdessen wird das Netzwerk von einer Vielzahl von Teilnehmern auf der ganzen Welt aufrechterhalten.

Kryptographische Techniken in der Bitcoin Blockchain

Die Bitcoin Blockchain nutzt mehrere kryptographische Techniken, um ihre Integrität und Sicherheit zu gewährleisten:

1. Hash-Funktionen: Eine Hash-Funktion ist eine mathematische Funktion, die Eingabedaten beliebiger Größe in einen festen Ausgabewert (den Hash) umwandelt. Sie wird verwendet, um die Daten in der Blockchain zu sichern und ihre Integrität zu gewährleisten. Die spezifische Hash-Funktion, die in der Bitcoin Blockchain verwendet wird, ist SHA-256.
2. Digitale Signaturen: Digitale Signaturen werden verwendet, um Transaktionen zu autorisieren und sicherzustellen, dass nur der Eigentümer einer bestimmten Menge von Bitcoin diese ausgeben kann. Sie verwenden ein kryptographisches Schlüsselpaar, bestehend aus einem privaten und einem öffentlichen Schlüssel.
3. Merkle-Bäume: Ein Merkle-Baum ist eine Datenstruktur, die in jedem Block der Blockchain verwendet wird, um alle Transaktionen in diesem Block effizient zu speichern und zu überprüfen.

Die Größe eines Bitcoin-Blocks

Ein Bitcoin-Block ist auf 1 Megabyte (MB) begrenzt. Dies begrenzt die Anzahl der Transaktionen, die in jedem Block aufgenommen werden können. Die Begrenzung wurde eingeführt, um das Netzwerk vor Spam- und DoS-Angriffen zu schützen, und damit nicht jeder unnütze Kram in der Blockchain landet.

Warum kann ein Block grösser als 1MB sein

Die Begrenzung der Größe eines Bitcoin-Blocks auf 1 Megabyte (MB) wurde ursprünglich eingeführt, wie bereits geschrieben, um die Blockchain zu schützen, und damit Blockspace wertvoll ist und bleibt. Mit zunehmender Beliebtheit von Bitcoin und dem damit verbundenen Anstieg des Transaktionsvolumens führte diese Begrenzung jedoch zu Verzögerungen und steigenden Transaktionskosten was eigentlich auf den zweiten Blick nicht unbedingt schlecht ist. Die Begrenzung macht Blockspace "wertvoll". Der Blockspace muss sinnvoll und überlegt benutzt werden.

Im August 2017 wurde daher eine Änderung des Bitcoin-Protokolls, bekannt als Segregated Witness oder SegWit, aktiviert. SegWit änderte die Art und Weise, wie Daten in einem Block gespeichert werden, indem es die Signaturdaten ("Zeugen"-Daten) oder eben auch Witness Daten genannt, von den Transaktionsdaten trennte und sie in einer separaten Struktur am Ende des Blocks platzierte. Die Witnessdaten machen einen erheblichen Teil der Datenmenge einer Transaktion aus.

Durch die Trennung dieser Daten konnte die effektive Blockgröße ohne Änderung der 1-MB-Grenze erhöht werden. SegWit definiert einen neuen Maßstab, der als "Blockgewicht" bekannt ist, und setzt eine Obergrenze von 4 Millionen Gewichtseinheiten. In der Praxis erlaubt dies Blöcke, die effektiv bis zu 4 MB groß sein können, obwohl die tatsächliche Größe aufgrund der variablen Natur der Witnessdaten variieren kann.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass SegWit optional ist und Transaktionen, die es nicht verwenden, weiterhin den traditionellen 1-MB-Blockgrenzen unterliegen. Auch andere Lösungen wie die Lightning Network und Sidechains werden untersucht und entwickelt, um die Skalierbarkeit des Bitcoin-Netzwerks zu verbessern.

Zeit zum Schürfen eines Blocks

Im Durchschnitt wird alle 10 Minuten ein neuer Block zur Bitcoin Blockchain hinzugefügt. Diese Zeitspanne bleibt unabhängig von der Anzahl der Miner im Netzwerk konstant, dank eines Mechanismus, der als Schwierigkeitsanpassung bezeichnet wird. Die Zeit bis zum schürfen eines Blocks ist der Herzschlag von Bitcoin.

Schwierigkeitsanpassung - Die Difficulty

Die "Schwierigkeit" im Bitcoin-Mining bezieht sich auf die Komplexität des mathematischen Problems, das gelöst werden muss, um einen neuen Block zur Blockchain hinzuzufügen. Wenn mehr Miner dem Netzwerk beitreten und die Gesamt-Hashrate (die kombinierte Rechenleistung des Netzwerks) steigt, wird das Problem schwieriger, um sicherzustellen, dass die durchschnittliche Zeit zur Erstellung eines neuen Blocks bei 10 Minuten bleibt.

Umgekehrt wird das Problem einfacher, wenn Miner das Netzwerk verlassen und die Hashrate sinkt. Die Schwierigkeit wird etwa alle zwei Wochen oder genau alle 2016 Blöcke angepasst.

Hashes und die Verkettung der Blockchain

Jeder Block in der Blockchain enthält einen Hash des vorherigen Blocks. Dieser Hash ist ein einzigartiger Fingerabdruck, der aus den Daten des vorherigen Blocks erzeugt wird. Durch das Einbeziehen des Hashs des vorherigen Blocks in den aktuellen Block wird eine Kette von Blöcken erstellt, daher der Name Blockchain.

Dieses Verfahren stellt sicher, dass einmal in die Blockchain aufgenommene Informationen nicht mehr geändert werden können. Jede Änderung an einem Block (selbst die kleinste) würde den Hash dieses Blocks verändern. Da dieser Hash in dem nachfolgenden Block enthalten ist, würde dies auch den Hash des nachfolgenden Blocks verändern, und so weiter bis zum aktuellsten Block. Daher wäre ein Versuch, die Informationen in einem bereits in die Blockchain aufgenommenen Block zu ändern, leicht erkennbar und würde von den Knoten im Netzwerk abgelehnt werden. Eine Manipulation der Blockchain ist somit quasi unmöglich.

Um das ganze sich etwas besser zu veranschaulichen, kann man die Seite https://mempool.space/de/ besuchen und sich das ganze dort etwas genauer betrachten. Ihr findet dort die komplette Blockchain mit all Ihren Daten, Transaktionen, Blöckgrösse, Blockzeit und so weiter. Oben im Suchfeld kann man sich jederzeit auch die eigenen Transaktionen anzeigen lassen und ist nützlich um zu überprüfen wo die eigene Transaktion gerade steht.

Fazit

Die Bitcoin Blockchain ist eine technologische Innovation, die ein hohes Maß an Transparenz, Sicherheit und Unveränderbarkeit bietet. Durch den Einsatz kryptographischer Techniken, den begrenzten Blockgrößen, den Schwierigkeitsanpassungsmechanismus und den Einsatz von Hashs zur Verkettung der Blöcke ermöglicht die Bitcoin Blockchain den sicheren und dezentralen Transfer von Bitcoin über das Netzwerk. Trotz ihrer Komplexität und technologischen Herausforderungen ist sie ein faszinierendes Objekt und ein leuchtendes Beispiel für die Möglichkeiten der Blockchain-Technologie.

Habt Ihr weitere Fragen und wollt mehr wissen, wie die Bitcoin Blockchain funktioniert, schreibt sie in die Kommentare!