Wie eine Bitcoin-Transaktion funktioniert

Wie funktionieren Bitcoin-Transaktionen?

Eine Bitcoin-Transaktion ist eine Übertragung einer bestimmten Menge an Bitcoins von einer Adresse zu einer anderen Adresse, die in der Blockchain aufgezeichnet wird.

Aber wie funktioniert dieser "Überweisungsprozess" eigentlich?

In dieser Lektion zeige ich dir, wie eine Bitcoin-Transaktion von Anfang bis Ende funktioniert.

Zuerst schauen wir uns an, wie eine Bitcoin-Transaktion aus der Perspektive eines Benutzers funktioniert. Danach betrachten wir die Funktionsweise einer Bitcoin-Transaktion aus der Vogelperspektive.

Dies wird dir helfen, dich an all die neuen Konzepte zu erinnern, die du in den vorherigen Lektionen gelernt hast.

Seid ihr bereit?

Nehmen wir an, Ironman hat 1 Bitcoin, den sie an Batman senden möchte.

Aus Ironmans Perspektive

Als Erstes würde Ironman seine Bitcoin-Wallet öffnen.

Das kann jede Art von Wallet sein, aber in diesem Beispiel verwendet er eine Software-Wallet, die er auf seinem Laptop installiert hat.

Als Nächstes fragt er Batman nach seiner Bitcoin-Adresse.

Hier möchte Batman seine Bitcoins erhalten. Batman schickt ihm eine E-Mail mit einer Bitcoin-Adresse, die Ironman kopiert und einfügt.

Dann gibt Ironman die Anzahl der Bitcoins ein, die er Batman senden möchte.

Da seine riesigen Finger aus einer Gold-Titan-Legierung anfällig für Tippfehler sind, überprüft er noch einmal, ob er die richtige Zahl eingegeben hat.

Und klickt auf "Senden".

Die Wallet-Software fragt dann nach dem Passwort, um die Transaktion zu bestätigen.

Um Bitcoin zu senden, muss Ironman dem Bitcoin-Netzwerk beweisen, dass er tatsächlich derjenige ist, der das Geld sendet, und dass er der Eigentümer der Bitcoin ist.

Hier kommt sein privater Schlüssel ins Spiel (der in der Wallet gespeichert ist).

Nachdem Ironman das richtige Passwort eingegeben hat,"signiert"die Wallet-Software die Transaktion mit Batmans privatem Schlüssel und erstellt so einen separaten Datensatz,derals"digitale Signatur"bezeichnet wird. (Dies geschieht alles im Hintergrund.)

Bitcoin-Transaktion hinter den Kulissen

Ab hier ist Batman nicht mehr beteiligt.

Die Wallet-Software verbindet sich mit einem Bitcoin-Knoten und sendet die Transaktionsnachricht zusammen mitder "digitalen Signatur"und dem öffentlichen Schlüssel.

Der Knoten überprüft, ob die Transaktion gültig ist:

• Verfügt der Absender über genügend BTC, die mit seiner Adresse verknüpft sind, um die Transaktion durchzuführen?
• Ist der Absender berechtigt, die BTC zu senden?

Beispielsweise wird überprüft, ob Batman tatsächlich 1 BTC zum Senden hat. Wenn die Transaktion alle Prüfungen besteht, leitet der Knoten die Transaktion an andere Knoten weiter.

Standardmäßig vertrauen Knoten einander nicht, sodass sie die Transaktion erneut für sich selbst validieren.

Und nur wenn sie die Transaktion für gültig erachten, geben sie die Transaktion an Knoten weiter, mit denen sie verbunden sind.

Wenn eine Transaktion als gültig erachtet wird, wird sie in einem temporären Speicherbereich, dem sogenannten "Memory Pool" oder"Mempool", gespeichert.

Zu diesem Zeitpunkt gilt eine Transaktion als "unbestätigt" oder"ausstehend".

Spezielle Knoten, die als"Miner"bezeichnet werden, fassen diese Transaktion zusammen mit anderen gültigen Transaktionen aus ihrem Mempool ineinem "Block" zusammen.

Die Miner konkurrieren dann darum, als Erste ihren Block zu "schürfen". Dabei wird versucht, eine Zahl zu finden, die mit einer bestimmten Anzahl von Nullen beginnt.

Diese Zahl lässt sich nur durch Ausprobieren finden. Mit anderen Worten: Es müssen so viele Versuche wie möglich unternommen werden.

Der erste Miner, der eine richtige Zahl errät, ist der erste, der seinen Block "abbauen" kann.

Sobald der Miner richtig rät, teilt er seinen Block zusammen mit der "Gewinnzahl" mit anderen Knoten im Bitcoin-Netzwerk.

Knoten im Bitcoin-Netzwerk überprüfen, ob der Miner die richtige Zahl erraten hat. Wenn dies der Fall ist, fügen sie den Block des siegreichen Miners ihrer Kopie der Blockchain hinzu. Außerdem senden sie diesen Block an andere Knoten.

Da der Block (der die Transaktion enthält) nun zur "offiziellen" Version der Blockchain hinzugefügt wurde, gilt die Transaktion nun als"bestätigt"

Sobald dieser Block erstellt und die neue Transaktion verifiziert und in diesen Block aufgenommen wurde, gilt die Transaktion als"einmal bestätigt".

Aus der Sicht von Batman

Batman sieht, dass die Transaktion bestätigt wurde, und überprüft seine Bitcoin-Wallet, um zu sehen, ob die Bitcoin übertragen wurden.

Je mehr Blöcke auf dem Block mit der Transaktion von Ironman aufgebaut wurden, desto "bestätigter" ist die Transaktion in der Blockchain.

Im Grunde wird jeder hinzugefügte Block als"zusätzliche Bestätigung" betrachtet. Bei den meisten Transaktionen gilt eine Wartezeit von sechs Bestätigungen als Standard, um als sicher zu gelten.

Und bei drei hast du es geschafft!

Ein Bitcoin wurde nun von einer Adresse, die Ironman gehört, an eine neue Adresse übertragen, die Batman gehört.

Und solange Ironman oder Batman ihre Bitcoin-Wallet-Adresse nicht öffentlich teilen, wird niemand erfahren, dass zwei berühmte Superhelden an einer Bitcoin-Transaktion beteiligt waren.

Alles, was jemand sehen würde, ist, dass 1 BTC von einer Adresse an eine andere gesendet wird, aber er wüsste nicht, wer hinter den Adressen steht.

Wie du siehst, wurden viele Schritte einer Bitcoin-Transaktion hinter den Kulissen durchgeführt.

Nachdem Batman seine Adresse mit Ironman geteilt hatte und Ironman die Transaktion mit seiner Bitcoin-Wallet initiiert hatte, wurde der Rest von Computern und Software-Code erledigt.

Bitcoin-Transaktion aus der Vogelperspektive

Betrachten wir nun aus der Vogelperspektive, wie eine Bitcoin-Transaktion funktioniert.

Nehmen wir an, Ironman hat bereits Batmans Adresse und den zu sendenden Bitcoin-Betrag eingegeben.

Die Wallet von Ironman verbindet sich mit einem Knoten, der eine Nachricht an alle Computer ("das Bitcoin-Netzwerk") sendet, auf denen eine Kopie der aktuellen Datenbank ("die Bitcoin-Blockchain") ausgeführt wird, die im Wesentlichen besagt:"Ich möchte 1 Bitcoin an Batman senden."

Ironman hat eine einzigartige Buchstaben- und Zahlenfolge,dieals"privater Schlüssel" bezeichnet wird. Mit diesem privaten Schlüssel generiert Batmans Wallet-Softwareeine "digitale Signatur", die sicherstellt, dass die Nachricht von ihm und von niemand anderem stammt.

Computer("vollständige Knoten") im Bitcoin-Netzwerk können leicht bestätigen, ob Ironman tatsächlich der Absender der Nachricht ist, indem sie eine andere von Ironman bereitgestellte Buchstaben- und Zahlenfolge verwenden,dieals"öffentlicher Schlüssel"bezeichnet wird, um diese "digitale Signatur" zu überprüfen.

Sie können auch leicht bestätigen, dass Ironman 1 Bitcoin zum Senden hat, da sie alle eine Kopie der aktuellen Datenbank haben.

Alle Knoten aktualisieren sich ständig gegenseitig mit den neuesten Informationen("Transaktionen"), die dem Bitcoin-Netzwerk hinzugefügt werden.

Eine Transaktion ist eine Aufzeichnung der Übertragung von Bitcoins von einer Adresse zu einer anderen. Transaktionen werden nicht einzeln in der Blockchain aufgezeichnet, sondern zunächst in Blöcken zusammengefasst.

Wichtig ist, dass die Transaktion zu diesem Zeitpunkt nur vorgeschlagen wurde . Noch hat kein Computer seine Kopie des Hauptbuchs("Blockchain")aktualisiert.

Transaktionen werden zunächst in eine Art Warteraum("Mempool") gestellt, wo sie auf ihre Bestätigung warten.

Der Mempool (Memory Pool) ist eine kleinere Datenbank mit unbestätigten (ausstehenden) Transaktionen, die jeder Knotenpunkt führt. Alle Transaktionen im Mempool sind ausstehend und sollten erst dann als vertrauenswürdig eingestuft werden, wenn sie in einen Block aufgenommen wurden.

Da die Transaktion nur vorgeschlagen und nicht abgewickelt wird, kann das System die Nachricht schnell weiterleiten, um sicherzustellen, dass jeder Teilnehmer darüber informiert ist.

In der folgenden Abbildung werden Ironman und Batman als violette Geldbörsen dargestellt.

Die grauen Kreise stellen die Computer ("Full Nodes") dar, die Teil des Peer-to-Peer-Netzwerks (P2P) von Bitcoin sind.

Die schwarzen Quadrate stellen die "Blockchain" dar, sequenziell aktualisierte Kopien des Hauptbuchs, zu dem Zeitpunkt, an dem Ironman seine Transaktion dem Netzwerk vorschlägt.

Wie du sehen kannst, werden identische Kopien der Blockchain auf Computern auf der ganzen Welt("Full Nodes")gespeichert, auf denen die Bitcoin-Software läuft. Dieses Design stellt sicher, dass keine einzelne Entität die Kontrolle über das Hauptbuch hat, und macht Bitcoin resistent gegen die Kontrolle (oder Abschaltung) durch eine Regierung oder zentrale Behörde.

Alle Knoten, die eine vollständige Kopie der Blockchain, sogenannte"Full Nodes", verwalten, müssten zerstört werden, um das Hauptbuch zu löschen. Solange das gesamte Hauptbuch auf mindestens einem Full Node vorhanden ist, gibt es eine Aufzeichnung aller Bitcoin-Transaktionen im Laufe der Geschichte.

Natürlich ist Ironman nicht der Einzige, der eine Transaktion erstellt. Es gibt auch andere Mitglieder der Avengers, die ihre Bitcoins an andere Empfänger senden. Zum Beispiel könnte Captain America einige Bitcoins an den Winter Soldier senden.

An dieser Stelle kommt ein besonderer Teilnehmer des Netzwerks ins Spiel:die "Miner".

Miner sind Computer, die über die ganze Welt verteilt sind und einen entscheidenden Teil des Bitcoin-Netzwerks bilden. Ihre Aufgabe besteht darin, neue gültige Transaktionen wie die von Ironman zu bündeln oder zu gruppieren und sie zur Abwicklung vorzuschlagen.

Diese Transaktionsgruppen werden als"Blöcke" bezeichnet, daher kommt der "Block" in "Blockchain".

Ein Block ist eine Sammlung von Transaktionen. Blöcke werden chronologisch miteinander verknüpft, um eine "Blockkette" oder Blockchain zu bilden.

Zu jedem beliebigen Zeitpunkt konkurrieren Tausende dieser Computer miteinander um das Recht, den nächsten Block zu erstellen. Bei diesem Wettbewerb geht es darum, ein "Rätsel" zu lösen, und Miner können nur dann einen neuen Block vorschlagen, wenn sie das aktuelle Rätsel lösen.

Dieses "Puzzle" läuft im Grunde darauf hinaus, eine richtige Zahl zu erraten. Die Wahrscheinlichkeit, eine richtige Zahl zu erraten, liegt bei etwa 1 zu 6 Billionen.

Der Trick, um als Erster eine "Gewinnzahl" zu finden, besteht also darin, so viele Zahlen wie möglich zu erraten. Dies erfordert eine hohe Rechenleistung, die wiederum viel Energie verbraucht.

Wer zuerst die Lösung findet, hat Anspruch auf eine Belohnung,dieals"Blockbelohnung"bezeichnet wird.

Die Blockbelohnung wurde entwickelt, um Knoten einen Anreiz zur Teilnahme am Mining zu bieten. Andernfalls gäbe es keine Miner, da sie die hohen Kosten für die Computer und die Stromkosten für deren Betrieb nicht wieder hereinholen könnten.

Die Blockbelohnung besteht aus ZWEI Komponenten:

1. Neu geschürfte Bitcoins
2. Transaktionsgebühren (die von der Person bezahlt werden, die die Transaktion initiiert, wie Ironman)

Die neu geschürften Bitcoins, die der Miner "gewinnt", werden als"Blockprämie"bezeichnet und machen den größten Teil der Belohnung aus. Derzeit wird jeder neue Block mit einer Belohnung von 6,25 neu geschürften Bitcoins belohnt.

Jeder Block enthält mehrere Transaktionen. Und alle Transaktionen beinhalten eine Gebühr, die die Miner einziehen.

Zusammengefasst:

Blockbelohnung = Blocksubvention + Transaktionsgebühren

Die Blockprämie ist der Anreiz für die Miner, die erforderliche Arbeit zur Überprüfung von Transaktionen und zur Pflege der Datenbank zu leisten.

Alle 210.000 Blöcke, also etwa alle vier Jahre, wird die Blocksubvention halbiert,wasals"Halving"bezeichnet wird. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis die Blocksubvention null beträgt. Ab diesem Zeitpunkt erhalten die Miner nur noch Transaktionsgebühren.

Neue Blöcke werden im Bitcoin-Netzwerk etwa alle 10 Minuten abgerechnet, wobei die genaue Zeit davon abhängt, wie schnell das "Puzzle" gelöst wird.

Heutzutage wird der Großteil des Minings von "Mining-Pools" durchgeführt, Gruppen von Minern, die ihre Rechenleistung bündeln und die Blockbelohnung unter sich aufteilen.

Dieser Prozess wird im folgenden Diagramm dargestellt.

Die Miner werden nun als orangefarbene Kreise dargestellt.

Das blaue Quadrat zeigt das aktualisierte Hauptbuch, das eine Reihe neuer Transaktionen enthält, darunter die von Ironman

Derzeit kann nur ein Netzwerkteilnehmer (der Miner, der den neuen Transaktionsblock vorgeschlagen hat ) das vollständig aktualisierte Hauptbuch sehen.

Alle anderen Teilnehmer sehen weiterhin nur die älteren Blöcke, die schwarz dargestellt sind.

Da die Belohnung hoch ist, konkurrieren viele Miner darum, jeden Transaktionsblock zu verarbeiten.

Das Lösen des "Puzzles" ist ein kostspieliges Unterfangen, da es viel Rechenleistung und Strom erfordert. Und es ist unmöglich vorherzusagen, welcher der Tausenden von Minern das "Puzzle" zuerst lösen wird.

Sobald ein Miner das "Rätsel" löst (eine richtige Zahl errät), kann er die Lösung posten und seinen Transaktionsblock dem Netzwerk vorschlagen.

Das Tolle an diesem Ansatz ist, dass es zwar schwierig und teuer ist, das Rätsel zu lösen, die Überprüfung des Ergebnisses jedoch sehr einfach ist. Und wenn ein Miner eine Lösung und seinen Transaktionsblock veröffentlicht, überprüfen andere Mitglieder des Netzwerks die Arbeit.

Wenn die Transaktionen gültig sind und die Lösung des "Puzzles" korrekt ist, aktualisieren die Netzwerkteilnehmer ihre Kopie der Datenbank, um die neuen Transaktionen widerzuspiegeln.

Zu diesem Zeitpunkt gilt die Transaktion von Ironman als abgewickelt oder "bestätigt". Der 1 Bitcoin wurde von Ironmans Adresse zu Batmans Adresse verschoben und offiziell in der Blockchain aufgezeichnet.

Dieser "Konsensmechanismus", der festlegt, welche Transaktionen dauerhaft aufgezeichnet und "bestätigt" werden, ist das Herzstück des Blockchain-Designs von Bitcoin.

Dieser Prozess wird unten dargestellt.

Alle Netzwerkteilnehmer haben nun den vorgeschlagenen neuen Transaktionsblock akzeptiert(blaues Quadrat). Infolgedessen werden ihre Konten aktualisiert und synchronisiert.

Wichtig ist, dass der Wettbewerb um die Abwicklung des nächsten Transaktionsblocks von der Einbeziehung der Informationen aus dem vorherigen Block abhängt, was die Miner dazu veranlasst, ihre Kopie der Datenbank schnell zu aktualisieren, und sicherstellt, dass eine Manipulation eines abgewickelten Blocks sehr schwierig ist.

Diese "Verkettung von Blöcken" ist der Grund, warum diese Datenbankarchitektur als"Blockchain" bezeichnet wird.

Die Bitcoin-Blockchain enthält jeden Block seit ihrer Einführung, bis hin zum ersten Block,der als"Genesis Block" bekannt ist.

Was passiert, wenn der unbekannte Bitcoin-Miner, der einen Block einreicht, ein Betrüger ist und einen ungültigen Block von Transaktionen vorschlägt, der ihm irgendwie zugutekommt?

Oder was ist, wenn Ironman böswillig ist und versucht, dieselbe 1 Bitcoin gleichzeitig an Spider-Man und Wonder Woman zu senden, ohne dass es jemand bemerkt?

Die Netzwerkteilnehmer prüfen jede Transaktion in jedem vorgeschlagenen Block und lehnen Blöcke mit ungültigen Transaktionen ab. Heute überprüfen mehr als 100.000 Knoten unabhängig voneinander jede einzelne Bitcoin-Transaktion!

Da die Arbeit der Validierung von Transaktionen und die Sicherstellung, dass nur gültige Transaktionen abgewickelt werden, für die Netzwerkteilnehmer kinderleicht ist, der Versuch, Transaktionen abzuwickeln jedoch kostspielig ist, ist der Anreiz, das System überhaupt zu betrügen, minimal.

Zusammenfassung

Fassen wir alle Interaktionen im Bitcoin-Netzwerk zusammen:

• Wenn du Bitcoins an eine andere Person senden möchtest, gibst du die Bitcoin-Adresse des Empfängers an und deine Wallet stellt eine Verbindung zu einem Knoten her, um eine Transaktion zu initiieren.
• Der Knoten überprüft die Transaktion, validiert sie und sendet die gültige Transaktion dann an andere Knoten und Miner. Wenn eine Transaktion gegen eine der Regeln von Bitcoin verstößt, wird sie von den Knoten automatisch abgelehnt.
• Miner fassen diese Transaktionen in einem "Kandidatenblock" (temporärer Block) zusammen und konkurrieren darum, wer seinen Block in der Blockchain veröffentlichen darf, indem er als erster eine Lösung für ein mathematisches "Rätsel" richtig errät.
• Der "gewinnernde" Miner darf diesen temporären Block als permanenten Block in der Blockchain veröffentlichen und bestätigt damit die Transaktion (und andere Transaktionen in der Charge).
• Die Knoten empfangen diesen Block und überprüfen, ob der Miner die Regeln des Netzwerks einhält. (Wenn der Block gegen eine der Bitcoin-Regeln verstößt, wird er von den Knoten automatisch abgelehnt.)
• Wenn ein Knoten einen neuen Block empfängt und ihn für gültig hält, leitet er ihn an andere Knoten weiter, sodass alle Knoten (einschließlich der Miner) synchron bleiben und identische Blockchains führen können.
• Alle anderen Miner löschen den temporären Block, an dem sie gearbeitet haben, und beginnen mit einem neuen "Kandidatenblock" und einem neuen mathematischen "Puzzle".
• Sobald der Knoten, mit dem die Wallet des Empfängers verbunden ist, den neuen Block erhalten hat, wird in der Wallet des Empfängers ein aktualisiertes Guthaben mit den neu erhaltenen Bitcoins angezeigt.