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Mehrstufiges, komplexes System
Das Erstellen eines neuen Blocks ist nicht trivial: Jeder wird durch eine komplexe Berechnung erstellt, welche durch sogenannte «Miners» (Englisch: Minenarbeiter) gelöst wird. Das System verwendet dabei den SHA-256-Hashing-Algorithmus. Je mehr Blocks berechnet wurden, desto schwieriger und rechenintensiver wird diese Aufgabe. Nach jeweils 2016 erstellten Blocks, also etwa alle 14 Tage, wird dazu das Schwierigkeitsziel des Systems angepasst. Ziel ist es, dass ungefähr alle zehn Minuten eine Aufgabe gelöst wird. Sobald ein Knoten im Netzwerk die aktuelle Aufgabe gelöst hat, wird der Block angehängt.
Damit ein Block gültig wird, müssen folgende Voraussetzungen erfüllt werden: Alle Bitcoin-Clients teilen sich das sogenannte Target, eine 256 Bit lange Nummer. Der Hash eines neuen Blocks muss dem Target entsprechen oder kleiner sein als das Target. Das macht die Berechnung der Blocks zu einem Glücksspiel: Ist der Hash gleich oder kleiner als das Target, kann der Block gültig werden. Falls nicht, ändern die berechnenden Knoten einen Wert im sogenannten Nonce, einem speziellen, 32 Bit grossen Feld, und errechnen den Hash-Wert erneut. Durch die Änderung ist der Wert komplett neu; sobald er berechnet ist, wird er wieder mit dem Target verglichen.
Erfüllt der neue Block nun die Vorgaben, was auch als Proof of Work bezeichnet wird, wird er Teil der Blockchain, und die Berechnung des nächsten Blocks beginnt. Es gilt dabei: Wer zuerst kommt, mahlt zuerst. Sollten mehrere Blöcke die gleichen Transaktionen bestätigen, werden die anderen verworfen und die Validatoren gehen leer aus. Warum tut sich also jemand diesen Rechenaufwand an? Ganz einfach: Derjenige, der den Block berechnet, erhält aktuell 25 Bitcoins für seine Mühen. Daher auch der Begriff «Miner», denn mit der Lösung einer Aufgabe erschafft er neue Bitcoins. Diese Belohnung wird alle 210 000 Blocks, das heisst un-gefähr alle vier Jahre, halbiert. Da jeder Block nach der Berechnung nicht mehr veränderbar ist, wird jede Überweisung und jede Umbuchung festgeschrieben –wie in einer grossen Excel-Datei, in der nur neue Einträge erstellt und keine älteren gelöscht werden können.
Transparenz als Sicherheit
Anders als im klassischen Banksystem sind diese Daten aber nicht unter Verschluss, sondern werden transparent an alle Knoten, also Endpunkte, im Blockchain-Netzwerk verteilt. Das hat den grossen Vorteil, dass es so gut wie unmöglich ist, dass eine Partei die Daten verändert. Denn da jeder nachfolgende Block der Hash-Wert des vorherigen Blocks ist, müsste die komplette darauf basierende Kette ebenfalls neu berechnet werden. Ohne einen riesigen Aufwand an Rechenleistung ist dies kaum machbar. Der Angreifer müsste nicht nur alle vorangegangenen Blocks neu berechnen, sondern auch konkurrierenden Validatoren zeitlich zuvorkommen.
Neben der unveränderbaren Struktur ist Transparenz einer der grossen Vorteile: Über die Blockchain lassen sich die Transaktionen nachvollziehen. Auf Blockchain.info kann beispielsweise jeder sehen, welche Bitcoin-Transaktionen durchgeführt werden. Anders als oft behauptet, ist Bitcoin also nicht komplett anonym. Im Gegenteil, der Weg einer Überweisung lässt sich von jedermann einsehen, nur die Nutzer hinter den Accounts sind anonymisiert. Sobald ein Nutzer bekannt ist, lassen sich seine Transaktionen im Netzwerk finden.