Was die Blockchain sicher macht So funktioniert die inhärente Bitcoin-Sicherheit

Wie sich der Wert der Bitcoins entwickeln weiter entwickeln wird? Sicher sind sich die Experten nicht – das Sicherheitsniveau, das vor Manipulationen schützt, liegt für die Kryptowährung allerdings hoch.

Die Blockchain macht die Position des Schiedsrichters überflüssig, denn sie sorgt aus sich heraus für die Einhaltung der Regeln und die Dokumentation der Abläufe und schafft so Rechtssicherheit.

Denn die Sicherheit ist als Bestandteil fest eingebaut.  Die Blockchain protokolliert alle Abläufe und macht sie auf Basis kryptografischer Verfahren manipulationssicher. Das ganze geschieht also über das gesamte Netz der Teilnehmer verteilt. Dass ein Vorgang nach den Regeln abgelaufen ist, ist die Voraussetzung dafür, dass ein neuer Vorgang gestartet werden kann. Für die Bearbeitung des Vorgangs wird ein weiterer Block angelegt, und dem Vorausgegangenen zugeordnet. Es entsteht also eine Kette von Blöcken (daher der Name Blockchain) wobei  jeder Block dabei seine gesamte Geschichte mit sich zieht, die so Bestandteil der Geschichte der gesamten Kette wird. Mit jedem neuen Block verlängert sich die Kette mit ihrer Geschichte. Die ganze Kette ist rückverfolgbar, kann aber nicht mehr geändert werden, eine Manipulation im Nachhinein ist praktisch ausgeschlossen. Schon der Versuch der Manipulation würde entdeckt werden. Dafür sorgt die Kryptographie: Ein Block ist mit dem nächsten über einen Schlüssel verbunden.

So funktioniert die Bitcoin-Blockchain

Es gibt viele Blockchain-Varianten. Hier ist grob zusammengefasst, wie die Bitcoin-Blockchain funktioniert: Wer etwas kaufen und mit Bitcoins bezahlen will, benutzt eine Software (entspricht der Geldbörse), die ihm Zugang zur Blockchain gibt, ihn aber nicht in der Blockchain identifiziert.

Findet der Käufer Interesse an einem Produkt, so möchte er dem Verkäufer seine Bitcoins zukommen lassen, um das Produkt zu erhalten. Dazu autorisiert er sich über Public Key Kryptographie und schlägt der Blockchain vor, Bitcoins aus seinem Geldbeutel zu entnehmen und sie in den Geldbeutel des Verkäufers zu packen.

Das löst in der Blockchain einen Vorgang aus: Die Computer im Netz überprüfen anhand der historischen der Blocks, ob der Käufer genügend Bitcoins in seinem Geldbeutel hat, die er in den Geldbeutel des Käufers schicken kann. Es wird auch geprüft, ob der Verkäufer den Gegenstand, den er verkaufen will, überhaupt rechtmäßig besitzt. Wenn es gut aussieht, wird der Vorschlag des Käufers in einen neuen Block gepackt. Um die Sache effizienter zu machen, werden weitere Vorschläge in den Block eingestellt. Jede dieser Transaktionen durchläuft ein Programm, das ihm einen Hash-Wert zuordnet. Die Hash-Werte werden dann durch einen Merkel-Baum geschickt, der ihnen einen neuen Hash-Wert zuordnet.

So entsteht schlussendlich eine neuer Block, der aus einer bestimmten Anzahl von Transaktionen mit ihren Hash-Werten besteht, aus denen der endgültige Block mit seinem Hash-Wert generiert wird. Während Transaktionen, die parallel stattfinden, sich durchaus widersprechen können, ist das für vollständige und in die Blockchain als valide aufgenommene Blocks unmöglich. Sich widersprechende Transaktionen werden zuvor aus dem Block entfernt.  In einem Block mit einer Größe von 1 MByte passen rund 1.400 Transaktionen. Der endgültige Hash-Wert wird Bestandteil des Headers des gesamten neuen Blocks. Damit ist auch sicher gestellt, dass der Käufer seine Bitcoins nicht noch einmal ausgeben kann, dass er dafür aber den Gegenstand seines Kaufes besitzt, den der Verkäufer nicht noch einmal veräußern kann.

Jetzt müssen die Computer im Netz versuchen, den Code zu knacken. Das können sie nur tun, indem sie alle Möglichkeiten durchprobieren. Das stellt einen gewaltigen Rechenaufwand dar. Sogenannte Miner sind aber gewillt, ihn zu leisten. Denn ihnen winkt am Ende ihrer Mühe eine Belohnung, ähnlich wie den Schürfern in Kalifornien während des Goldrausches. Wer die Lösung als erster durch Probieren von Abermilliarden von Möglichkeiten als erster glücklich gefunden hat, erhält für seine Schürfarbeit, die viel Rechenleistung, also viel Strom kostet, kein Gold-Nugget, sondern Bitcoins, immerhin 25 Stück. Validiert wird nach dem Proof-of-Work-Prinzip.

Die Miner »schürfen« also Bitcoins – und sind mittlerweile dafür gut ausgerüstet. Nicht mit Hacke, Spaten und Waschschüsseln, sondern mit riesigen Serverfarmen, die über genügend Rechenleistung verfügen, um erfolgreich nach Bitcoins suchen zu können. Die übrigen Rechner können sich dann leicht davon überzeugen, dass der Fund richtig war: Denn es ist über die in der Kryptographie üblichen mathematischen Einbahnfunktionen viel einfacher, die Rechnung in der umgekehrten Richtung durchzuführen. Dass der Block valide ist, kann also einfach gezeigt werden. Die Daten selber bleiben sicher verschlüsselt. Falls aber eine Transaktion im Block verändert werden sollte, dann würde sich auch der Hash-Wert des Blocks ändern.

Gewaltiger Rechenaufwand – gewaltiger Energieverbrauch

Weil die Miner Billiarden und Billiarden von Rechnungen ausführen müssen, um nach den Einheiten der Kryptowährungen schürfen zu können, verbrauchen die auf der Blockchain basierenden Techniken viel Energie. Große Serverfarmen, die das Mining als Hauptgeschäft betreiben, befinden sich deshalb an Standorten, an denen die Energie billig ist, beispielsweise in der Mongolei oder in Sibirien. Weil keiner genau weiß, wieviel Energie für das Mining verbraucht wird, gehen die Schätzungen weit auseinander. Schon vor zwei Jahren – also lange vor dem Bitcoin-Hype – schwankten Schätzungen zwischen 2 und 40 TWh.

Hat ein Miner die Lösung gefunden, dann wird der neue Block mit einem Zeitstempel versehen und offiziell der Kette zugeordnet, jeder Computer im Netz, überprüft das und die Blockchain wird – um einen Block reicher – auf den neusten Stand gebracht.  Nun kann das Spiel kann von neuem beginnen.

Welcher Miner der glückliche Finder ist, kann niemand vorhersagen.  Genau so wenig kann vorhergesagt werden, wann wer zu welcher Zeit die Blockchain auf den neusten Stand bringt. Das macht die Blockchain sehr sicher.

Zudem enthält jeder neue Block neben seinem Hash-Wert den Wert des vorangegangenen Blocks. Weil in den Hash-Wert des neusten Blocks der Hash-Wert des vorangegangenen Blocks eingegangen ist, müsste all die vorausgegangenen Werte ändern, wer die Kette manipulieren wollte. Ansonsten würde der Hash-Wert des neuen Blocks einen anderen Wert erhalten und er wäre nicht mehr gültig. Der Aufwand dafür, dies zu tun, stünde in keinem Verhältnis zu dem, was gewonnen werden könnte. An privilegierter Stelle sitzen die Miner. Aber selbst ein Miner kann die Historie einer Kette nicht verfälschen – solange er nicht mehr als 51 Prozent des gesamten Blockchain-Netzes kontrollieren könnte. Das wiederum wäre so unwahrscheinlich, dass es als unmöglich angesehen wird. Auch heute, da schon Konzentrationsprozesse unter den Minern stattfinden: Kleinere Miner schließen sich mit großen zu Pools zusammen, um sich nach erfolgreicher Suche den Schatz zu teilen.

Ganz wichtig aber ist: Die Blockchain-Technik lässt sich nicht nur dazu verwenden, eine Währung zu kreieren und unabhängig von zentralen Institutionen dafür sorgen, dass der Käufer sein Geld nur einmal ausgeben kann. Grundsätzlich kann jeder Wertgegenstand oder Service über die Blockchain sicher registriert und direkt zwischen den Beteiligten gehandelt werden.