Bitcoin einfach erklärt

Bitcoin ist ein Buchführungs-System, keine Münzensammlung

Zuerst einmal schauen wir uns die Grundlagen des Bitcoin-Systems an: Wie werden Bitcoins gespeichert? Wie werden sie überwiesen?

Zunächst wollen wir folgende Behauptung aufstellen: Bitcoin funktioniert wie ein großes Transaktionsbuch, nicht wie eine Sammlung von "digitalen Münzen".

Man kann sich das Bitcoin-Netzwerk erst einmal wie eine große Bank vorstellen, bei der jeder Benutzer ein Konto hat. Der Clou ist jedoch, dass diese Bank dezentral organisiert ist. Sie besteht aus einem Netz von über das Internet miteinander verbundenen Computern, die untereinander Daten austauschen. Dazu später mehr.

Der Benutzer von Bitcoin greift über eine spezielles Programm, den "Bitcoin-Client" (den es in mehreren Ausführungen gibt) auf sein Konto zu. Auf seinem PC ist eine Datei gespeichert, die als "Wallet", als "Geldbörse", bezeichnet wird, und alles Nötige zum Zugriff auf das Konto enthält.

Es gilt aber erst einmal, mit einem Missverständnis aufzuräumen, das immer wieder auftaucht. Viele Menschen stellen sich vor, dass es sich bei Bitcoins um eine Art "digitale Münzen" handelt, die auf dem Computer gespeichert sind. Etwa um Dateien, von denen jede einen Bitcoin wert ist.

Dies ist nicht der Fall. Auf dem Rechner der Nutzer von Bitcoin sind keine "Bitcoins" gespeichert. Dies wäre ja auch nicht sinnvoll: Wenn es sich bei den "Bitcoins" um Dateien handelte, könnte man sie ja einfach kopieren und hätte dann doppelt so viel Geld. Ebensowenig handelt es sich um eine Datei mit dem aktuellen Kontostand: Dann könnte man ja theoretisch einfach das Saldo um ein paar Nullen erweitern und wäre sofort reich.

Doch keiner dieser Angriffe ist möglich: Es handelt sich bei dem, was mit "Bitcoin" oder "BTC" bezeichnet wird, um reine Recheneinheiten, die in einem großen digitalen Transaktionsbuch gespeichert sind, und zwar im gesamten Netzwerk, nicht nur auf dem eigenen PC. Gespeichert sind in diesem Buch alle Überweisungen, die zwischen den Bitcoin-Konten getätigt werden.

Dieses Transaktionsbuch ist es, das im Bitcoin-Computernetzwerk hin und her gesendet und ständig aktualisiert wird. Es wird "Blockchain" (Block-Kette) genannt. Der Grund: Das Buch besteht aus mehreren "Blöcken", die separat verarbeitet werden. Man kann sich das vereinfacht vorstellen wie die Seiten eines Transaktionsbuchs aus Papier. Alle 10 Minuten kommt ein neuer Block mit neuen Überweisungen hinzu.

In dieser Blockchain steht also alles, was für das Bitcoin-Netzwerk gebraucht wird. Insgesamt hat die Blockchain mehrere Gigabyte Umfang. Da sie auf vielen Rechnern gleichzeitig gespeichert ist, braucht man keine Angst zu haben, dass z.B. ein Stromausfall dazu führt, dass Geld verloren geht.

Bitcoin ist also hauptsächlich ein dezentrales, digitales Buchführungs-System. Wenn man sich dies einmal klargemacht hat, dann ist alles viel einfacher zu verstehen.

Die Wallet: Die Geldbörse ohne Geld

Was befindet sich nun in der "Wallet"-Geldbörse?

Hauptsächlich enthält diese Datei einen Zugangsschlüssel zum eigenen Konto. Man kann sich diesen wie ein ziemlich langes Passwort mit 51 Zeichen vorstellen. Ähnlich wie das Passwort oder die PIN, das man beim Zugang zum Konto einer herkömmlichen Bank am Geldautomat oder beim Online-Banking angeben muss.

Wer diesen privaten Schlüssel besitzt, kann auf das Konto zugreifen und damit Geld überweisen. Es ist dabei egal, ob der Schlüssel sich auf dem Computer befindet oder anderswo.

Den Schlüssel kann man zur Sicherheit kopieren. Das Backup kann beispielsweise auf einem USB-Stick gespeichert oder sogar auf ein Papier notiert und im Safe verwahrt werden. Wenn man ein besonders gutes Gedächtnis hat, kann man auch alles löschen und den Schlüssel im Kopf behalten – dies nennt man dann "Brainwallet" ("Geldbörse im Gehirn"). Es gibt Programme, die dies vereinfachen, indem sie einen Schlüssel aus einem beliebigen Satz generieren, den man sich besser einprägen kann.

Es ist also gleich, wo sich der Schlüssel befindet. Entscheidend ist, dass der Schlüssel der richtige ist, denn sonst kommt man an sein Konto nie mehr heran. Und man darf den Schlüssel nicht an Unbefugte weitergeben, denn sonst können diese das Konto mit Überweisungen an die eigenen Konten leeren – von jedem beliebigen Computer oder gar Smartphone der Welt aus!

Zwar enthält die Wallet daneben noch einige andere Daten, beispielsweise die Transaktionsgeschichte des eigenen Kontos. Diese wird jedoch nur benötigt, damit die Bitcoin-Software nicht ständig das gesamte Netzwerk – also die Blockchain – durchforsten muss. Auch ohne diese Transaktionsgeschichte sind die "Bitcoins" im Wallet problemlos mit dem privaten Schlüssel wiederherstellbar.

Zusammengefasst: In der Bitcoin-Geldbörse oder "Wallet" befinden sich die Zugangsdaten für das eigene Konto, darunter vor allem der private Schlüssel, der Überweisungen auf andere Konten ermöglicht.

Bitcoin-Überweisungen: Sicher dank digitaler Signatur

Wie wird nun sichergestellt, dass keine Überweisungen in der Blockchain gefälscht werden können?

Bei Überweisungen von einem Bitcoin-Konto zu einem anderen wird der private Schlüssel genutzt, um die Transaktionen zu "signieren" oder zu "unterschreiben". Mit der Signatur wird sichergestellt, dass nur der Inhaber des Kontos – also der Besitzer des privaten Schlüssels – eine Überweisung durchführen kann.

Das Prinzip der digitalen Signatur ist eines der Grundlagen der sicheren Kommunikation im Internet und kommt an vielen Stellen zum Einsatz, beispielsweise beim verschlüsselten E-Mail-Versand. Der Schlüssel wird dabei als Grundlage für einen Code benutzt, mit dem eine Nachricht verschlüsselt wird.

Wie erkennt aber nun das Bitcoin-Netzwerk, dass eine Überweisung gültig signiert wurde?

Zu diesem Zweck gibt es einen zweiten Schlüssel, den "öffentlichen Schlüssel".  Mit dem öffentlichen Schlüssel kann der Inhalt einer mit dem zugehörigen privaten Schlüssel verschlüsselten Nachricht entschlüsselt werden. Der öffentliche Schlüssel funktioniert immer nur gemeinsam mit einem privaten Schlüssel, niemals mit einem anderen.

Der öffentliche Schlüssel darf beliebig verteilt werden, da er nicht zum Unterschreiben einer Überweisung berechtigt. Auch ist es damit niemals möglich, einen privaten Schlüssel zu "kapern".

Eine Kurzform des öffentlichen Schlüssels ist die Bitcoin-Adresse. Diese ist dem gesamten Bitcoin-Netzwerk bekannt und wird in der Blockchain gespeichert. Auch hier handelt es sich um eine Kette aus beliebigen Zeichen, die aber viel kürzer als der vollständige öffentliche Schlüssel oder gar der private Schlüssel ist.

Was geschieht nun im Bitcoin-Netzwerk genau? Es wird bei jeder Überweisung, die von einer Bitcoin-Adresse aus getätigt wird, die Signatur mit dem öffentlichen Schlüssel des Absenders zur Bestätigung entschlüsselt. Entspricht der "entschlüsselte" Inhalt dem Format einer gültigen Überweisung, so ist damit bewiesen, dass der private Schlüssel zur Verschlüsselung benutzt wurde.

Kurz und knapp: Gültige Überweisungen sind nur mit dem zu einer Bitcoin-Adresse gehörenden privaten Schlüssel möglich. Dieser wird zum Signieren der Überweisung genutzt. Mit Hilfe des zugehörigen öffentlichen Schlüssels erkennt das System gültige Überweisungen.

Die Verwaltung der Blockchain und das „Mining“

Der am schwersten zu verstehende Teil des Bitcoin-Systems ist sicherlich die Verwaltung der Blockchain. Wir erinnern uns: Es handelt sich um das große Transaktionsbuch, in dem alle Überweisungen gespeichert sind.

Jedes Mal, wenn eine Überweisung geschieht, muss sie in diese Blockchain geschrieben werden, um gültig zu sein und effektiv ausgeführt zu werden. In der Blockchain bleibt sie dann für immer und ewig eingetragen.

Zu diesem Zweck wird die Überweisung zunächst vom Computer des Absenders aus im gesamten Bitcoin-Netzwerk verbreitet. Zu diesem Netzwerk gehört jeder mit dem Internet verbundene Computerbesitzer, der gerade einen Bitcoin-Client (also die Bitcoin-Software) laufen hat.

Jeder dieser Clients schreibt nun die erhaltenen Transaktionen automatisch in einen so genannten Block auf der eigenen Festplatte oder im Arbeitsspeicher. Wir erinnern uns: Die Blöcke sind die "Seiten" des Transaktionsbuchs, die vom System separat verarbeitet werden.

Gleichzeitig versuchen einige Netzwerkteilnehmer, eine schwierige Rechenaufgabe zu lösen. Diesen Vorgang nennt man "Mining". Wird die Aufgabe von einem zufälligen Teilnehmer gelöst, so wird der Block von diesem Teilnehmer mit den gesammelten Überweisungen in die Blockchain geschrieben und mit den vorherigen Blöcken "verkettet". Es wird also eine weitere "Seite" an das Transaktionsbuch angehängt.

Diese Seite wird nun von allen Teilnehmern des Netzwerks bestätigt, die die selben Überweisungen gesammelt haben. Zur Belohnung bekommt der Teilnehmer, der als erstes einen neuen Block an die Blockchain angehängt hat, eine Zahl von Bitcoins, die momentan (seit 2012) bei 25 BTC liegt. Der gesamte Vorgang wiederholt sich etwa alle 10 Minuten.

Wozu dient nun die komplizierte Rechenaufgabe? Diese auf den ersten Blick unsinnige Forderung an die Netzwerk-Teilnehmer stellt der Sicherheit des Systems sicher. Denn wenn jemand mehr als 50 Prozent der Rechenleistung im Netzwerk kontrolliert, kann er mit hoher Wahrscheinlichkeit Überweisungen fälschen, da er seine eigenen Überweisungen quasi selbst bestätigen könnte.

Der Aufwand für einen derartigen Angriff (bekannt als "51-Prozent-Attacke") ist aber wegen dieser Rechenaufgabe extrem hoch. Für einen Angriff müsste derzeit ein Supercomputer eingesetzt werden, der leistungsfähiger als alle bisher realisierten Rechenanlagen sein müsste. Allenfalls ein riesiges Netzwerk von leistungsfähigen Rechnern könnte diese Herausforderung "meistern".

Ein flexibler Algorithmus stellt alle 2 Wochen zudem sicher, dass die Schwierigkeit der von den Teilnehmern zu lösenden Rechenaufgaben mit der Gesamtleistung des Netzwerkes Schritt hält. Kurz gesagt: Je mehr Leistung im Netzwerk vorhanden ist, um so schwieriger werden die Aufgaben. Da die Leistung des Netzwerks mit dem Marktpreis steigt, würde eine 51-Prozent-Attacke so bei steigendem Preis immer teurer.

Wegen dieser Sicherheitsvorkehrungen ist es wirklich äußerst unwahrscheinlich, dass ein solcher Angriff bei Bitcoin Erfolg hätte. Sollte es trotzdem zu einem derartigen Angriff kommen, ist Bitcoin damit nicht automatisch "tot" oder "gekapert". Denn die Entwickler haben zusätzliche Backups eingebaut, die in einem solchen Fall eingesetzt werden könnten, die "Checkpoints". Es käme bei einem derartigen Angriff höchstens zu einigen Diebstählen, die jedoch durchaus verfolgt werden könnten, da ja jeder die Transaktionen in der Blockchain überprüfen kann. Trotzdem wäre es für Bitcoin ein herber Rückschlag, weshalb die Entwickler alles daran setzen, diesen Angriff so unwahrscheinlich wie möglich zu machen.

Kurz gesagt: Durch das "Mining" werden die Bitcoin-Überweisungen sicher in die Blockchain geschrieben. Dank des dafür erforderlichen Rechenaufwands wird ein Angriff auf diesen Prozess so stark erschwert, dass er praktisch unmöglich ist.

Theoretisch kann jeder, der einen Bitcoin-Client betreibt, beim "Mining" teilnehmen und auf die Bonuszahlung hoffen. Doch es lohnt sich nur mit sehr leistungsstarken Grafikkarten oder mit Spezial-Chips (so genannten FPGAs und ASICs).

Fazit: Bitcoin ist ein sicheres und innovatives System

Wie wir gesehen haben, handelt es sich bei Bitcoin um ein äußerst durchdachtes Konzept. Das Sicherheitsprinzip mit der Blockchain wurde häufig von IT-Experten als "revolutionär" und "genial" bezeichnet. Es wird zur Zeit überlegt, ob man es auch für andere Einsatzgebiete – etwa für Internet-Domains oder für elektronische Wahlen – einsetzen kann.

Für den Nutzer bedeutet dies: Das Bitcoin-System ist insgesamt als sehr zuverlässig zu bezeichnen und kann es vom Sicherheitsgrad her durchaus mit Kreditkarten und Onlinebanking aufnehmen.

Allerdings handelt es sich noch um ein junges System. Deshalb sollte man noch nicht vollständig darauf vertrauen, zumal Softwarefehler nicht vollständig ausgeschlossen werden können. Ein eherner Grundsatz im Umgang mit Bitcoins ist: "Investiere nie mehr, als du zu verlieren bereit bist".

Doch solange man nur einen verschmerzbaren Teil seiner Ersparnisse in Bitcoin anlegt, ist das Potenzial von Bitcoin sehr hoch. Es sind bei einer weiteren Verbreitung Preissteigerungen zu erwarten, die fast alle anderen legalen Investments übertreffen. Tipps für Einsteiger bietet der Artikel "Erste Schritte für Bitcoin-Einsteiger". Und wer gleich kaufen will, findet auf "Wo man am besten Bitcoins kaufen kann" eine Einführung in die beliebtesten und vertrauenswürdigsten Börsen und Handelsplätze.