Bitcoin - Grundlagen und Programmierung E-Book

Andreas M. Antonopoulos

• Herausgeber: O'Reilly
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Serie: Animal
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 616

Veröffentlichungsjahr: 2024

Beschreibung

Bestseller in 3. Auflage: Die verständliche technische Einführung für Entwickler und Interessierte - Andreas M. Antonopoulos ist einer der weltweit führenden Bitcoin- und Open-Blockchain-Experten. - Die Grundlagen von Blockchain und Bitcoin inklusive des dezentralen Bitcoin-Netzwerks, der Peer-to-Peer-Architektur, des Transaktionslebenszyklus und der Sicherheitsverfahren umfassend erklärt. - Deckt neue Entwicklungen wie Taproot, Tapscript, Schnorr-Signaturen und das Lightning Netzwerk ab und bietet wertvolles Know-how für die Developer-Praxis. Bitcoin und Blockchain haben die Finanzwelt revolutioniert und eine milliardenschwere globale Wirtschaft entstehen lassen. Dieses Handbuch ist Ihr Wegweiser durch die zunächst komplexe Welt von Bitcoin. Es vermittelt Ihnen das technische Wissen, das Sie benötigen, um aktiv am Internet des Geldes teilzuhaben. Ganz gleich, ob Sie die nächste Killer-App entwickeln, in ein Start-up investieren oder einfach nur neugierig auf die Technologie sind: Die überarbeitete und erweiterte Auflage liefert Ihnen die Grundlagen für den praktischen Einstieg. Die dritte Auflage beinhaltet: - Eine umfassende Einführung in Bitcoin und die zugrundeliegende Blockchain – ideal für eher nichttechnisch ausgerichtete Nutzer, Investoren und Führungskräfte - Eine Erklärung der technischen Grundlagen von Bitcoin und der Kryptowährung für Entwickler, Engineers, Software- und Systemarchitekten - Details des dezentralen Bitcoin-Netzwerks, der Peer-to-Peer-Architektur, des Transaktionslebenszyklus und der Sicherheitsmechanismen - Neue Entwicklungen wie Taproot, Tapscript, Schnorr-Signaturen und das Lightning-Netzwerk - Einen tiefen Einblick in Bitcoin-Anwendungen, einschließlich der Frage, wie man die Bausteine dieser Plattform zu leistungsstarken neuen Tools kombiniert - User Stories, Beispiele und Codeschnipsel zur Veranschaulichung wichtiger technischer Konzepte

Leseprobe

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Stimmen zum Buch Bitcoin – Grundlagen und Programmierung

Bitcoin – Grundlagen und Programmierung ist sehr nützlich für jeden, der die Technologie von Bitcoin und die Konzepte des Protokolls verstehen will oder muss.

– René Pickhardt, Bitcoin Lightning Network Developer

Tauchen Sie in die faszinierende Welt von Bitcoin ein – mit Bitcoin – Grundlagen und Programmierung, dem definitiven Leitfaden, der Sie durch die Besonderheiten dieser digitalen Währung navigiert. Ganz gleich, ob Sie Entwickler, Investor oder einfach nur neugierig auf die Zukunft des Geldes sind, dieses umfassende Buch dient Ihnen als Wegweiser, der Ihnen wesentliches Wissen vermittelt und Sie in die Lage versetzt, sicher an der Ära des Internets des Geldes teilzunehmen.

– Jorge Lesmes, Senior Director bei NTT DATA

Fast ein Jahrzehnt nach der erstmaligen Veröffentlichung bestätigt die dritte Auflage von Bitcoin – Grundlagen und Programmierung, dass es die erste Anlaufstelle für technische Bitcoin-Lerninhalte ist. Kein anderes Buch ist so umfassend und aktuell.

– Olaoluwa Osuntokun, CTO bei Lightning Labs

Ein umfassender Überblick darüber, was unter der Haube von Bitcoin vor sich geht und wie die Dinge zusammenpassen.

– Mark »Murch« Erhardt, Bitcoin Engineer bei Chaincode Labs

3. Auflage

Bitcoin – Grundlagen und Programmierung

Die Blockchain verstehen,Bitcoin-Anwendungen entwickeln

Andreas M. Antonopoulos,David A. Harding

Deutsche Übersetzung vonPeter Klicman

Andreas M. Antonopoulos, David A. Harding

Lektorat: Ariane Hesse

Übersetzung: Peter Klicman

Korrektorat: Sibylle Feldmann, www.richtiger-text.de

Satz: III-satz, www.drei-satz.de

Herstellung: Stefanie Weidner

Umschlaggestaltung: Karen Montgomery, Michael Oréal, www.oreal.de

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

ISBN:

Print

978-3-96009-247-6

PDF

978-3-96010-883-2

ePub

978-3-96010-884-9

3. Auflage 2025

Translation Copyright für die deutschsprachige Ausgabe © 2025 dpunkt.verlag GmbH

Wieblinger Weg 17

69123 Heidelberg

Authorized German translation of the English edition of Mastering Bitcoin 3E ISBN 9781098150099 ©2024 David Harding. This translation is published and sold by permission of O’Reilly Media, Inc., which owns or controls all rights to publish and sell the same.

Dieses Buch erscheint in Kooperation mit O’Reilly Media, Inc. unter dem Imprint »O’REILLY«.O’REILLY ist ein Markenzeichen und eine eingetragene Marke von O’Reilly Media, Inc. und wird mit Einwilligung des Eigentümers verwendet.

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Inhalt

Vorwort

1Einführung

Geschichte des Bitcoins

Erste Schritte

Wahl einer Bitcoin-Wallet

Schnelleinstieg

Wiederherstellungscodes (Recovery Codes)

Bitcoin-Adressen

Bitcoin empfangen

Ihr erster Bitcoin

Den aktuellen Bitcoin-Preis ermitteln

Bitcoin senden und empfangen

2Wie Bitcoin funktioniert

Bitcoin-Übersicht

Kaufen im Onlineshop

Bitcoin-Transaktionen

Inputs und Outputs von Transaktionen

Transaktionsketten

Wechselgeld

Coin-Auswahl

Gängige Transaktionsformen

Eine Transaktion konstruieren

Die richtigen Inputs

Die Outputs erzeugen

Die Transaktion zur Blockchain hinzufügen

Bitcoin Mining

Die Transaktion einlösen

3Bitcoin Core: die Referenzimplementierung

Von Bitcoin zu Bitcoin Core

Bitcoin-Entwicklungsumgebung

Bitcoin Core aus dem Quellcode kompilieren

Wahl einer Bitcoin-Core-Release

Den Bitcoin-Core-Build konfigurieren

Die Bitcoin-Core-Executables erzeugen

Eine Bitcoin-Core-Node betreiben

Den Bitcoin-Core-Node konfigurieren

Bitcoin-Core-API

Informationen zum Status von Bitcoin Core erhalten

Transaktionen untersuchen und decodieren

Blöcke untersuchen

Die Bitcoin Core API nutzen

Alternative Clients, Bibliotheken und Toolkits

C/C++

JavaScript

Java

Python

Go

Rust

Scala

C#

4Schlüssel und Adressen

Public-Key-Kryptografie

Private Schlüssel

Kryptografie mit elliptischen Kurven

Öffentliche Schlüssel

Output- und Input-Skripte

IP-Adressen: die ursprünglichen Bitcoin-Adressen (P2PK)

Altadressen für P2PKH

Base58Check-Codierung

Komprimierte öffentliche Schlüssel

Alte Pay-to-Script-Hashes (P2SH)

Bech32-Adressen

Probleme mit Bech32-Adressen

Bech32m

Formate privater Schlüssel

Komprimierte private Schlüssel

Fortgeschrittene Schlüssel und Adressen

Vanity-Adressen

Paper-Wallets

5Wallet-Recovery

Unabhängige Schlüsselgenerierung

Deterministische Schlüsselgenerierung

Ableitung öffentlicher Child-Schlüssel

Hierarchisch-deterministische (HD-)Schlüsselgenerierung (BIP32)

Seeds und Recovery-Codes

Nichtschlüsseldaten sichern

Schlüsselableitungspfade sichern

Details des Wallet-Technologiestacks

BIP39-Recovery-Codes

Eine HD-Wallet aus dem Seed-Wert erzeugen

Einen erweiterten öffentlichen Schlüssel in einem Webshop nutzen

6Transaktionen

Eine serialisierte Bitcoin-Transaktion

Version

Erweiterter Marker und Flag

Inputs

Länge der Input-Liste der Transaktion

Outpoint

Input-Skript

Sequenz

Outputs

Outputs-Zähler

Menge

Output-Skripte

Witness-Struktur

Zirkulare Abhängigkeiten

Transaktionsverformbarkeit durch eine dritte Partei

Transaktionsverformbarkeit durch eine zweite Partei

Segregated Witness

Serialisierung der Witness-Struktur

Locktime

Coinbase-Transaktionen

Gewicht und Vbytes

Veraltete Serialisierung

7Autorisierung und Authentifizierung

Transaktionsskripte und Skriptsprache

Turing-Unvollständigkeit

Zustandlose Verifikation

Konstruktion von Skripten

Pay-to-Public-Key-Hash

Geskriptete Multisignaturen

Eine Eigentümlichkeit in der CHECKMULTISIG-Ausführung

Pay-to-Script-Hash

P2SH-Adressen

Vorteile von P2SH

Redeem-Skript und Validierung

Data Recording Output (OP_RETURN)

Einschränkungen von Transaktions-Locktimes

Check Lock Time Verify (OP_CLTV)

Relative Timelocks

Relative Timelocks mit OP_CSV

Skripte mit Ablaufsteuerung (Bedingungsklauseln)

Bedingungsklausel mit VERIFY-Opcodes

Die Ablaufsteuerung in Skripten nutzen

Komplexes Skriptbeispiel

Segregated-Witness-Output- und Transaktionsbeispiele

Upgrade auf Segregated Witness

Merklized Alternative Script Trees (MAST)

Pay-to-Contract (P2C)

Skriptlose Multisignaturen und Threshold-Signaturen

Taproot

Tapscript

8Digitale Signaturen

Wie digitale Signaturen funktionieren

Eine digitale Signatur erzeugen

Die Signatur verifizieren

Arten von Signatur-Hashes (SIGHASH)

Schnorr-Signaturen

Serialisierung von Schnorr-Signaturen

Schnorr-basierte skriptlose Multisignaturen

Schnorr-basierte skriptlose Threshold-Signaturen

ECDSA-Signaturen

ECDSA-Algorithmus

Serialisierung von ECDSA-Signaturen (DER)

Die Bedeutung der Zufälligkeit für Signaturen

Segregated Witness’ neuer Signieralgorithmus

9Transaktionsgebühren

Wer zahlt die Transaktionsgebühr?

Gebühren und Gebührensätze

Angemessene Gebührenraten bestimmen

Replace-By-Fee (RBF)

Child-Pays-for-Parent (CPFP)

Paketweiterleitung (Package Relay)

Transaktions-Pinning

CPFP-Carve-out und Anker-Outputs

Gebühren in Transaktionen einfügen

Timelock-Schutz gegen Fee-Sniping

10Das Bitcoin-Netzwerk

Arten und Rollen von Nodes

Das Netzwerk

Compact Block Relay

Private Block-Relay-Netzwerke

Netzwerkerkundung

Full Nodes

»Inventar« austauschen

Leichtgewichtige Clients

Bloomfilter

Wie Bloomfilter funktionieren

Wie leichtgewichtige Clients Bloomfilter nutzen

Kompakte Blockfilter

Golomb-Rice Coded Sets (GCS)

Welche Daten in einen Blockfilter gehören

Blockfilter von mehreren Peers herunterladen

Bandbreite reduzieren durch verlustbehaftete Codierung

Kompakte Blockfilter nutzen

Leichtgewichtige Clients und Privatsphäre

Verschlüsselte und authentifizierte Verbindungen

Mempools und Waisenpools

11Die Blockchain

Struktur eines Blocks

Block-Header

Blockkennungen: Block-Header-Hash und Blockhöhe

Der Genesis-Block

Blöcke in der Blockchain verlinken

Merkle Trees (Hashbäume)

Merkle Trees und leichtgewichtige Clients

Bitcoins Test-Blockchains

Testnet: Bitcoins Testspielwiese

Signet: das Proof-of-Authority-Testnet

Regtest: die lokale Blockchain

Test-Blockchains zur Entwicklung nutzen

12Mining und Konsens

Bitcoin-Ökonomie und Währungsgenerierung

Dezentralisierter Konsens

Unabhängige Verifikation von Transaktionen

Mining-Nodes

Die Coinbase-Transaktion

Coinbase-Belohnungen und Gebühren

Struktur einer Coinbase-Transaktion

Coinbase-Daten

Den Block-Header aufbauen

Mining des Blocks

Proof-of-Work-Algorithmus

Target-Darstellung

Retargeting zur Anpassung der Difficulty

Median Time Past (MTP)

Den Block erfolgreich schürfen

Einen neuen Block validieren

Ketten von Blöcken zusammensetzen und auswählen

Mining und der Hashing-Wettlauf

Die Lösung mit der Extra-Nonce

Mining-Pools

Konsensangriffe (Hashrate Attacks)

Die Konsensregeln ändern

Hard-Forks

Soft-Forks

Entwicklung von Konsenssoftware

13Bitcoins und Sicherheit

Sicherheitsgrundsätze

Bitcoin-Systeme sicher entwickeln

Die Wurzel des Vertrauens

Best Practices für den Nutzer

Physische Speicherung von Bitcoins

Hardware-Wallets

Zugriff sicherstellen

Risikodiversifizierung

Multisignaturen und Kontrolle

Überlebensfähigkeit

14Blockchain-Anwendungen

Grundbausteine (Primitive)

Anwendungen aus Grundbausteinen

Colored Coins

Single-Use Seals

Pay-to-Contract (P2C)

Clientseitige Validierung

RGB

Taproot-Assets

Zahlungs- und Zustandskanäle

Zustandskanäle – grundlegende Konzepte und Terminologie

Einfaches Zahlungskanalbeispiel

Vertrauensfreie Kanäle aufbauen

Asymmetrisch widerrufliche Commitments

Hash Time Lock Contracts (HTLC)

Geroutete Zahlungskanäle (Lightning Network)

Einfaches Lightning-Network-Beispiel

Lightning Network – Transport und Routing

Vorteile des Lightning Network

Anhang A: Das Bitcoin-Whitepaper von Satoshi Nakamoto

Anhang B: Errata zum Bitcoin-Whitepaper

Anhang C: Bitcoin Improvement Proposals

Index

Vorwort

Ein Bitcoin-Buch schreiben

Ich (Andreas) stolperte Mitte 2011 das erste Mal über Bitcoin. Meine erste Reaktion war mehr oder weniger »Pfft! Nerd-Geld!«, und ich ignorierte es für weitere sechs Monate, ohne seine Bedeutung zu erkennen. Diese Reaktion habe ich bei vielen der klügsten Menschen, die ich kenne, beobachtet, was mich ein bisschen tröstet. Als ich in einer Mailinglistendiskussion das zweite Mal über Bitcoin stolperte, entschied ich mich, das Whitepaper von Satoshi Nakamoto zu lesen, um die maßgebliche Quelle zu studieren und herauszufinden, worum es denn da eigentlich ging. Ich erinnere mich immer noch an den Moment, als ich diese neun Seiten gelesen hatte und begriff, dass Bitcoin nicht einfach eine digitale Währung, sondern ein Vertrauensnetzwerk ist, das die Basis für weit mehr als nur Währungen sein konnte. Die Erkenntnis, dass das »kein Geld, sondern ein dezentralisiertes Vertrauensnetzwerk« ist, schickte mich auf eine viermonatige Reise, in der ich jedes Quäntchen an Informationen über Bitcoin, das ich finden konnte, aufsaugte. Es hatte mich gepackt, und wie besessen verbrachte ich täglich zwölf Stunden und mehr vor dem Bildschirm, in denen ich las, schrieb, programmierte und so viel lernte, wie ich konnte. Nachdem ich aus diesem Zustand wieder erwachte, war ich zehn Kilogramm leichter und hatte mich entschieden, zukünftig an Bitcoin zu arbeiten.

Zwei Jahre später, nachdem ich eine Reihe kleiner Start-ups gegründet hatte, um verschiedene Bitcoin-bezogene Dienste und Produkte zu erforschen, entschied ich, dass es an der Zeit wäre, mein erstes Buch zu schreiben. Bitcoin hatte mich in einen Kreativitätsrausch versetzt und meine Gedanken bestimmt. Das war die aufregendste Technologie, der ich seit Beginn des Internets begegnet war – Zeit also, meine Leidenschaft für diese faszinierende Technologie mit einem breiteren Publikum zu teilen.

Leserkreis

Dieses Buch richtet sich hauptsächlich an Entwicklerinnen und Entwickler. Wenn Sie eine Programmiersprache beherrschen, lehrt Sie dieses Buch, wie kryptografische Währungen funktionieren, wie man sie nutzt und wie man Software entwickelt, die mit ihnen arbeitet. Die ersten Kapitel eignen sich ebenfalls als ausführliche Einführung in Bitcoin für Nichtprogrammierer, also für diejenigen, die die innere Funktionsweise von Bitcoin und Kryptowährungen verstehen wollen.

Warum sind Ameisen auf dem Cover?

Die Blattschneiderameise ist eine Spezies, die in einem Kolonie-Superorganismus ein hochkomplexes Verhalten zeigt. Doch jede einzelne Ameise agiert nach einem Satz einfacher Regeln, die durch soziale Interaktion und das Ausschütten chemischer Duftstoffe (Pheromone) gesteuert wird. Laut (englischer) Wikipedia bilden Blattschneiderameisen nach dem Menschen die größten und komplexesten Tiergesellschaften. Blattschneiderameisen essen keine Blätter, vielmehr nutzen sie sie, um einen Pilz anzubauen, der die zentrale Futterquelle der Kolonie bildet. Diese Ameisen betreiben also Landwirtschaft!!

Zwar bilden Ameisen eine kastenbasierte Gesellschaft und haben eine Königin, die für den Nachwuchs sorgt, doch es gibt weder eine zentrale Autorität noch einen Anführer. Das hochgradig intelligente und komplexe Verhalten, das eine aus mehreren Millionen Ameisen bestehende Kolonie zeigt, ist eine emergente Eigenschaft der Interaktion von Individuen in einem sozialen Netzwerk.

Die Natur demonstriert, dass ein dezentralisiertes System robust, komplex und unglaublich ausgereift sein kann, ohne eine zentrale Autorität, eine Hierarchie oder komplexe Teile zu benötigen.

Bitcoin ist ein kunstvolles dezentralisiertes Vertrauensnetzwerk, das eine Vielzahl finanzieller Prozesse unterstützen kann. Dennoch folgt jeder Knoten im Bitcoin-Netzwerk nur einigen wenigen einfachen mathematischen Regeln. Die Interaktion zwischen vielen Knoten führt zu diesem ausgeklügelten Verhalten, nicht die Komplexität eines einzelnen Knotens oder das in ihn gesetzte Vertrauen. Wie eine Ameisenkolonie ist das Bitcoin-Netzwerk ein robustes Netzwerk einfacher Knoten, die einfachen Regeln folgen, um erstaunliche Dinge ohne zentrale Koordinierung zu erreichen.

Verwendete Konventionen

Im Buch folgen wir diesen typografischen Konventionen:

Kursivschrift

Wird für neue Begriffe, URLs, E-Mail-Adressen, Dateinamen und Dateierweiterungen verwendet.

Nichtproportionalschrift

Wird für Programmlistings verwendet. Im normalen Fließtext werden damit Programmelemente wie Variablen- oder Funktionsnamen, Datenbanken, Datentypen, Umgebungsvariablen, Anweisungen und Schlüsselwörter hervorgehoben.

Nichtproportionalschrift fett

Wird für Befehle oder andere Eingaben verwendet, die Sie wortwörtlich eingeben müssen.

Nichtproportionalschrift kursiv

Wird für Text verwendet, der durch benutzereigene oder durch den Kontext bestimmte Werte ersetzt wird.

Tipp

Mit diesem Symbol wird ein Tipp oder ein Vorschlag angezeigt.

Hinweis

Dieses Symbol repräsentiert einen allgemeinen Hinweis.

Warnung

Hiermit wird eine Warnung angezeigt.

Codebeispiele

Alle Code-Snippets können für die meisten Betriebssysteme mit einer minimalen Installation der Compiler und Interpreter für die entsprechenden Sprachen repliziert werden. Wenn nötig, stellen wir grundlegende Installationsanweisungen und schrittweise Beispiele der Ausgaben bereit.

Einige der Code-Snippets wurden für den Druck aufbereitet. In diesen Fällen wurden die Zeilen mit einem Backslash-Zeichen (\) gefolgt von einem Newline-Zeichen getrennt. Wenn Sie mit den Beispielen arbeiten, sollten Sie diese beiden Zeichen entfernen und die Zeilen wieder zusammenfassen. Die Ergebnisse sollten dann denen der Beispiele entsprechen.

Alle Code-Snippets verwenden wann immer möglich reale Werte und Berechnungen. Sie können sich also von Beispiel zu Beispiel vorarbeiten und kommen immer zu den gleichen Ergebnissen wie das Buch.

Verwendung der Codebeispiele

Dieses Buch ist dazu gedacht, Ihnen bei der Erledigung Ihrer Arbeit zu helfen. Im Allgemeinen dürfen Sie den Code in diesem Buch in Ihren eigenen Programmen oder Dokumentationen verwenden. Solange Sie den Code nicht in großem Umfang reproduzieren, brauchen Sie uns nicht um Erlaubnis zu bitten. Zum Beispiel benötigen Sie nicht unsere Erlaubnis, wenn Sie ein Programm unter Zuhilfenahme mehrerer Codestücke aus diesem Buch schreiben. Eine Frage mit einem Zitat oder einem Codebeispiel aus dem Buch zu beantworten, erfordert ebenfalls keine Genehmigung. Signifikante Teile des Beispielcodes aus dem Buch für die eigene Produktdokumentation zu verwerten, ist dagegen genehmigungspflichtig.

Wir freuen uns über eine Quellenangabe, verlangen sie aber nicht unbedingt. Zu einer Quellenangabe gehören normalerweise Autor, Titel, Verlagsangabe, Veröffentlichungsjahr und ISBN, hier also: »Andreas M. Antonopoulos und David A. Harding, Mastering Bitcoin, O’Reilly Media, Inc. 2024, ISBN 978-1098150099.

Einige Auflagen dieses Buchs werden unter einer Open-Source-Lizenz wie CC-BY-NC (https://oreil.ly/RzUHE) angeboten. In diesem Fall gelten die Bedingungen dieser Lizenz.

Sollten Sie befürchten, dass Ihre Verwendung der Codebeispiele gegen das Fairness-prinzip oder die Genehmigungspflicht verstoßen könnte, nehmen Sie bitte unter [email protected] Kontakt mit O’Reilly Media, Inc. auf.

Neuerungen der dritten Auflage

Die dritte Auflage konzentriert sich auf die Aktualisierung des Texts der zweiten Auflage aus dem Jahr 2017 sowie der aus der ersten Auflage von 2014 verbliebenen Inhalte. Zusätzlich wurden viele Konzepte ergänzt, die für die Bitcoin-Entwicklung im Jahr 2023 von Bedeutung waren:

Kapitel 4

Wir haben die Adressinfo neu organisiert, sodass alles in der historischen Reihenfolge durchgegangen werden kann. Wir haben einen neuen Abschnitt zu P2PK hinzugefügt (wo »Adresse« eine »IP-Adresse« war), die Abschnitte zu P2PKH und P2SH überarbeitet und Abschnitte zu Segwit/Bech32 und Taproot/Bech32m ergänzt.

Kapitel 6 und Kapitel 7

Der Text der alten Kapitel 6, »Transaktionen«, und Kapitel 7, »Transaktionen und Skripting für Fortgeschrittene«, wurde in vier Kapiteln neu organisiert: Kapitel 6 (Transaktionen), Kapitel 7 (»Autorisierung und Authentifizierung«), Kapitel 8 (»Digitale Signaturen«) und Kapitel 9 (»Transaktionsgebühren«).

Kapitel 6

Ein fast vollständig neuer Text beschreibt die Struktur einer Transaktion.

Kapitel 7

Wir haben Text zu MAST, P2C, skriptlosen Multisignaturen, Taproot und Tapscript ergänzt.

Kapitel 8

Der Text zu ECDSA wurde überarbeitet, und Text zu Schnorr-Signaturen wurde ergänzt.

Kapitel 9

Der Text zu Gebühren, RBF- und CPFP-Fee-Bumping, Transaktions-Pinning, Paketweiterleitung (Package Relay) und CPFP-Carve-out wurde fast vollständig neu geschrieben.

Kapitel 10

Wir haben Text zu Compact Block Relay hinzugefügt, Bloomfilter überarbeitet, um deren Probleme mit der Privatsphäre besser zu beschreiben, und Text zu kompakten Blockfiltern ergänzt.

Kapitel 11

Text zu Signet ergänzt.

Kapitel 12

Text zu BIP8 und Speedy Trial ergänzt.

Anhänge

Bibliotheksspezifische Anhänge wurden entfernt. Auf den Anhang mit dem Original-Whitepaper folgt nun ein Anhang, der beschreibt, wie sich die Implementierung und die Eigenschaften von Bitcoin vom Whitepaper unterscheiden.

Bitcoin-Adressen und -Transaktionen in diesem Buch

Die Bitcoin-Adressen, Transaktionen, Schlüssel, QR-Codes und Blockchain-Daten in diesem Buch sind größtenteils real. Das bedeutet, dass Sie die Blockchain durchgehen und den größten Teil real nachverfolgen können. Sie können also die Blockchain durchsuchen, sich die in den Beispielen enthaltenen Transaktionen genau ansehen, sie mit Ihren eigenen Skripten/Programmen abrufen und so weiter.

Beachten Sie aber, dass die in diesem Buch zur Generierung von Adressen verwendeten privaten Schlüssel entweder in diesem Buch abgedruckt oder »verbrannt« wurden. Wenn Sie also Geld an diese Adressen senden, ist es für immer verloren, oder es kann von jedem abgeschöpft werden, der die hier abgedruckten privaten Schlüssel kennt.

Bitte senden Sie keinesfalls Geld an irgendeine der in diesem Buch verwendeten Adressen. Ihr Geld landet bei einem anderen Leser oder ist für immer verloren.

Die Autoren kontaktieren

Sie erreichen Andreas M. Antonopoulos über seine persönliche Website: https://antonopoulos.com.

Folgen Sie Andreas auf Facebook: https://facebook.com/AndreasMAntonopoulos.

Twitter-Account von Andreas (eingestellt): https://twitter.com/aantonop.

Folgen Sie Andreas auf LinkedIn: https://linkedin.com/company/aantonop.

Herzlichen Dank an die Förderer von Andreas, die seine Arbeit durch monatliche Spenden unterstützen. Seine Patreon-Seite finden Sie hier: https://patreon.com/aantonop.

Informationen zu Mastering Bitcoin, zur Open Edition und Übersetzungen finden Sie hier: https://bitcoinbook.info.

Sie erreichen David A. Harding über seine persönliche Website: https://dtrt.org.

Danksagungen der ersten und zweiten Auflage

Von Andreas M. Antonopoulos

Dieses Buch spiegelt die Bemühungen und Beiträge vieler Menschen wider. Ich bin sehr dankbar für die Hilfe, die ich von Freunden, Kollegen, aber auch völlig Fremden erhalten habe, die mich dabei unterstützt haben, diesen technischen Leitfaden zu Kryptowährungen und Bitcoin zu schreiben.

Es ist unmöglich, zwischen der Bitcoin-Technologie und der Bitcoin-Community zu unterscheiden, und dieses Buch ist ebenso ein Produkt dieser Community wie ein Buch über die Technologie. Meine Arbeit an diesem Buch wurde vom Anfang bis zum Ende von der Community befürwortet, angefeuert und unterstützt. Neben vielem anderen ermöglichte mir dieses Buch, über zwei Jahre Teil dieser wundervollen Community zu sein, und ich bin mehr als dankbar, in dieser Community akzeptiert worden zu sein. Eine große Menge an Menschen haben das Buch beeinflusst, und es sind viel zu viele, um sie beim Namen zu nennen. Es sind Menschen, die ich auf Konferenzen, Events, Seminaren, Meet-ups, beim Pizza-Plausch oder bei privaten Treffen kennengelernt habe, ebenso wie bei Twitter, auf reddit, bitcointalk.org und GitHub. Jede Idee, Analogie, Frage, Antwort und Erläuterung in diesem Buch wurde an irgendeinem Punkt durch die Community inspiriert, getestet und verbessert. Ich danke euch allen für die Unterstützung. Ohne euch hätte es dieses Buch nie gegeben, und ich bin euch für immer dankbar.

Der Weg zum Autor begann natürlich lange vor dem ersten Buch. Meine erste Sprache war Griechisch (und damit war auch mein erster Unterricht in Griechisch). Deshalb belegte ich im ersten Jahr an der Universität einen Schreibkurs. Ich danke meiner damaligen Lehrerin Diana Kordas, die mir in diesem Jahr dabei half, Selbstvertrauen und Fertigkeiten zu sammeln. Später schrieb ich für das Network World Magazine und entwickelte meine Fertigkeiten als technischer Autor im Bereich Data Center. Ich danke John Dix und John Gallant, die mir meinen ersten Job als Kolumnist bei Network World gaben, sowie meinem Lektor Michael Cooney und meinem Kollegen Johna Till Johnson, die meine Kolumnen lektorierten und für eine Veröffentlichung aufbereiteten. Vier Jahre lang 500 Wörter pro Woche zu schreiben, sorgten für ausreichend Erfahrung, um ernsthaft über ein Dasein als Autor nachzudenken.

Vielen Dank auch an diejenigen, die mich unterstützten, nachdem ich meinen Buchvorschlag bei O’Reilly eingereicht hatte, indem sie Empfehlungen aussprachen und sich den Entwurf genauer ansahen. Mein Dank geht an John Gallant, Gregory Ness, Richard Stiennon, Joel Snyder, Adam B. Levine, Sandra Gittlen, John Dix, Johna Till Johnson, Roger Ver und Jon Matonis. Besonderer Dank geht an Richard Kagan und Tymon Mattoszko, die frühe Fassungen prüften, und an Matthew Taylor, der diese Fassung lektorierte.

Dank an Cricket Liu, Autor des O’Reilly-Titels DNS and BIND, der mich bei O’Reilly vorgestellt hat. Ein Dank auch an Michael Loukides und Allyson MacDonald von O’Reilly, die Monate daran arbeiteten, dass dieses Buch Wirklichkeit wurde. Allyson war besonders aufmerksam, wenn Abgabefristen verstrichen und Ergebnisse fehlten. Bei der zweiten Ausgabe gab Timothy McGovern die Richtung vor, Kim Cofer übernahm das Lektorat, und Rebecca Panzer sorgte für viele neue Diagramme.

Die ersten Entwürfe der ersten Kapitel waren die schwersten, schlicht weil Bitcoin ein kompliziertes Thema ist. Sobald ich einen Aspekt herauspickte, musste ich direkt schon wieder das große Ganze betrachten. Wiederholt blieb ich hängen und war frustriert, wenn ich versuchte, ein Thema leicht verständlich rüberzubringen, indem ich eine Geschichte um ein schwieriges technisches Thema herum erzählen wollte. Letztendlich entschied ich mich dafür, die Geschichte des Bitcoins über die Geschichten derjenigen zu erzählen, die Bitcoins nutzen. Das Buch zu schreiben, wurde dadurch erheblich einfacher. Ich schulde meinem Freund und Mentor Richard Kagan Dank, der mir dabei half, die Geschichte zu entwirren und meine Schreibblockaden zu überwinden. Ich danke Pamela Morgan, die frühe Fassungen jedes Kapitels der ersten und zweiten Auflage Korrektur las und die richtigen Fragen stellte. Mein Dank geht auch an die Entwickler der »San Francisco Bitcoin Developers Meetup«-Gruppe sowie an Taariq Lewis und Denise Terry, die dabei halfen, das frühe Material zu testen. Dank ebenfalls an Andrew Naugler für den Entwurf der Infografiken.

Während ich das Buch schrieb, machte ich frühe Fassungen auf GitHub verfügbar und lud dazu ein, diese zu kommentieren. Über 100 Kommentare, Vorschläge, Korrekturen und Beiträge sind daraufhin eingegangen. Für diese Beiträge bedanke ich mich explizit in »Early Release Draft (GitHub-Beiträge)« auf Seite 23. Zuallererst gilt mein Dank meinen freiwilligen GitHub-Lektoren Ming T. Nguyen (erste Auflage) und Will Binns (zweite Auflage), die auf GitHub unermüdlich Pull-Requests kuratiert, verwaltet und aufgelöst, Reports veröffentlicht und Bug-Fixes vorgenommen haben.

Sobald die erste Fassung stand, wurde sie mehrfach von technischen Korrektoren überarbeitet. Vielen Dank an Cricket Liu und Lorne Lantz für deren sorgfältiges Korrekturlesen sowie ihre Kommentare und die Unterstützung.

Verschiedene Bitcoin-Entwickler steuerten Codebeispiele, Korrekturen und Kommentare bei. Dank an Amir Taaki und Eric Voskuil für Beispielcode und viele gute Kommentare, Chris Kleeschulte für den Bitcore-Anhang, Vitalik Buterin und Richard Kiss für Codebeiträge und ihre Hilfe bei der Mathematik elliptischer Kurven, Gavin Andresen für Korrekturen und Kommentare, Michalis Kargakis für Kommentare und Beiträge sowie Robin Inge für die Fehlerkorrektur der zweiten Auflage. Auch bei der zweiten Auflage erhielt ich wieder Hilfe von vielen Bitcoin-Core-Entwicklern, darunter Eric Lombrozo, der Segregated Witness entmystifizierte, Luke Dashjr, der mir beim Kapitel über Transaktionen half, Johnson Lau, der (unter anderem) das Kapitel zu Segregated Witness Korrektur las, und viele andere. Ich danke Joseph Poon, Tadge Dryja und Olaoluwa Osuntokun, die mir das Lightning Network erklärten, meinen Text Korrektur lasen und Fragen beantworteten, wenn ich nicht weiterkam.

Meine Liebe für Wörter und Bücher verdanke ich meiner Mutter Theresa, die mich in einem Haus aufzog, in dem Bücher jede Wand mit Beschlag belegten. Meine Mutter kaufte mir 1982 auch meinen ersten Computer, obwohl sie sich selbst als technophob beschrieb. Mein Vater Menelaos, ein Bauingenieur, der sein erstes Buch im Alter von 80 Jahren veröffentlichte, lehrte mich logisches und analytisches Denken und schürte meine Vorliebe für Wissenschaft und Technik.

Ich danke euch allen für eure Unterstützung während meiner Reise.

Danksagungen zur dritten Auflage

Von David A. Harding

Die Einführung in das nicht interaktive Schnorr-Signaturprotokoll in »Schnorr-Signaturen« auf Seite 209, die mit der Beschreibung des interaktiven Schnorr-Identitätsprotokolls beginnt, wurde stark von der Einführung in das Thema in »Borrommean Ring Signatures« (2015) von Gregory Maxwell und Andrew Poelstra beeinflusst. Ich stehe tief in beider Schuld für die Hilfe, die sie mir über die letzte Dekade hinweg gewährt haben.

Wertvolle technische Reviews früher Fassungen dieses Manuskripts kamen von Jorge Lesmes, Olaoluwa Osuntokun, René Pickhardt und Mark »Murch« Erhardt. Insbesondere Murchs ausführliches und aufschlussreiches Review und seine Bereitschaft, mehrere Versionen desselben Texts zu beurteilen, haben die Qualität dieses Buchs weit über meine Erwartungen hinaus verbessert.

Ich schulde auch Jimmy Song meinen Dank, der mich für dieses Projekt vorgeschlagen hat, meinem Mitautor Andreas, dass ich diesen Beststeller aktualisieren durfte, Angela Rufino, die mich durch den Prozess der Autorschaft bei O’Reilly geleitet hat, sowie allen anderen Mitarbeitenden bei O’Reilly, die das Schreiben der dritten Auflage zu einer angenehmen und produktiven Erfahrung gemacht haben.

Ich weiß nicht, wie ich all den Bitcoin-Beitragenden danken soll, die mir auf meinem Weg geholfen haben – sei es bei der Entwicklung der von mir genutzten Software oder dabei, mir beizubringen, wie sie funktioniert, und mir zu helfen, mein bisschen Wissen weiterzugeben. Es sind zu viele, um ihre Namen aufzuführen, doch ich denke oft an sie und weiß, dass mein Beitrag zu diesem Buch ohne all das, was sie für mich getan haben, nicht möglich gewesen wäre.

Early Release Draft (GitHub-Beiträge)

Viele Beitragende lieferten Kommentare, Korrekturen und Ergänzungen zum Early Release Draft auf GitHub. Ich danke euch allen für euren Beitrag zu diesem Buch.

Nachfolgend eine Liste wichtiger GitHub-Beitragender mit deren GitHub-IDs in Klammern:

Abdussamad Abdurrazzaq (AbdussamadA)

Adán SDPC (aesedepece)

Akira Chiku (achiku)

Alex Waters (alexwaters)

Andrew Donald Kennedy (grkvlt)

Andrey Esaulov (andremaha)

andronoob

AnejaBK

Appaji (CITIZENDOT)

ariesunny

Arthur O’Dwyer (Quuxplusone)

bargitta

Basem Alasi (Bamskki)

bisqfan

bitcoinctf

blip151

Bryan Gmyrek (physicsdude)

Carlos Sims (simsbluebox)

Casey Flynn (cflynn07)

cclauss

Chapman Shoop (belovachap)

chrisd95

Christie D’Anna (avocadobreath)

Cihat Imamoglu (cihati)

Cody Scott (Siecje)

coinradar

Cragin Godley (cgodley)

Craig Dodd (cdodd)

dallyshalla

Dan Nolan (Dan-Nolan)

Dan Raviv (danra)

Darius Kramer (dkrmr)

Darko Janković (trulex)

David Huie (DavidHuie)

didongke

Diego Viola (diegoviola)

Dimitris Tsapakidis (dimitris-t)

Dirk Jäckel (biafra23)

Dmitry Marakasov (AMDmi3)

drakos (Jolly-Pirate)

drstrangeM

Ed Eykholt (edeykholt)

Ed Leafe (EdLeafe)

Edward Posnak (edposnak)

Elias Rodrigues (elias19r)

Eric Voskuil (evoskuil)

Eric Winchell (winchell)

Erik Wahlström (erikwam)

effectsToCause (vericoin)

Esteban Ordano (eordano)

ethers

Evlix

fabienhinault

Fan (whiteath)

Felix Filozov (ffilozov)

Francis Ballares (fballares)

François Wirion (wirion)

Frank Höger (francyi)

Gabriel Montes (gabmontes)

Gaurav Rana (bitcoinsSG)

genjix

Geremia

Gerry Smith (Hermetic)

gmr81

Greg (in3rsha)

Gregory Trubetskoy (grisha)

Gus (netpoe)

halseth

harelw

Harry Moreno (morenoh149)

Hennadii Stepanov (hebasto)

Holger Schinzel (schinzelh)

Ioannis Cherouvim (cherouvim)

Ish Ot Jr. (ishotjr)

ivangreene

James Addison (jayaddison)

Jameson Lopp (jlopp)

Jason Bisterfeldt (jbisterfeldt)

Javier Rojas (fjrojasgarcia)

Jordan Baczuk (JBaczuk)

Jeremy Bokobza (bokobza)

JerJohn15

jerzybrzoska

Jimmy DeSilva (jimmydesilva)

Jo Wo (jowo-io)

Joe Bauers (joebauers)

joflynn

Johnson Lau (jl2012)

Jonathan Cross (jonathancross)

Jorgeminator

jwbats

Kai Bakker (kaibakker)

kollokollo

krupawan5618

kynnjo

Liangzx

lightningnetworkstores

lilianrambu

Liu Yue (lyhistory)

Lobbelt

Lucas Betschart (lclc)

Matt Wesley (MatthewWesley)

Magomed Aliev (30mb1)

Mai-Hsuan Chia (mhchia)

Marco Falke (MarcoFalke)

María Martín (mmartinbar)

Marcus Kiisa (mkiisa)

Mark Erhardt (Xekyo)

Mark Pors (pors)

Martin Harrigan (harrigan)

Martin Vseticka (MartyIX)

Marzig (marzig76)

Matt McGivney (mattmcgiv)

Matthijs Roelink (Matthiti)

Maximilian Reichel (phramz)

MG-ng (MG-ng)

Michalis Kargakis (kargakis)

Michael C. Ippolito (michaelcippolito)

Michael Galero (mikong)

Michael Newman (michaelbnewman)

Mihail Russu (MihailRussu)

mikew (mikew)

milansismanovic

Minh T. Nguyen (enderminh)

montvid

Morfies (morfies)

Nagaraj Hubli (nagarajhubli)

Nekomata (nekomata-3)

nekonenene

Nhan Vu (jobnomade)

Nicholas Chen (nickycutesc)

Ning Shang (syncom)

Oge Nnadi (ogennadi)

Oliver Maerz (OliverMaerz)

Omar Boukli-Hacene (oboukli)

Óscar Nájera (Titan-C)

Parzival (Parz-val)

Paul Desmond Parker (sunwukonga)

Philipp Gille (philippgille)

ratijas

rating89us

Raul Siles (raulsiles)

Reproducibility Matters (TheCharlatan)

Reuben Thomas (rrthomas)

Robert Furse (Rfurse)

Roberto Mannai (robermann)

Richard Kiss (richardkiss)

rszheng

Ruben Alexander (hizzvizz)

Sam Ritchie (sritchie)

Samir Sadek (netsamir)

Sandro Conforto (sandroconforto)

Sanjay Sanathanan (sanjays95)

Sebastian Falbesoner (theStack)

Sergei Tikhomirov (s-tikhomirov)

Sergej Kotliar (ziggamon)

Seiichi Uchida (topecongiro)

shaysw

Simon de la Rouviere (simondlr)

simone-cominato

sindhoor7

Stacie (staciewaleyko)

Stephan Oeste (Emzy)

Stéphane Roche (Janaka-Steph)

takaya-imai

Thiago Arrais (thiagoarrais)

Thomas Kerin (afk11)

Tochi Obudulu (tochicool)

Tosin (tkuye)

Vasil Dimov (vasild)

venzen

Vlad Stan (motorina0)

Vijay Chavda (VijayChavda)

Vincent Déniel (vincentdnl)

weinim

wenxiaolong (QingShiLuoGu)

wenzhenxiang

Will Binns (wbnns)

wintercooled

wjx

wll2007

Wojciech Langiewicz (wlk)

Yancy Ribbens (yancyribbens)

yjjnls

Yoshimasa Tanabe (emag)

yuntai

yurigeorgiev4

Zheng Jia (zhengjia)

Zhou Liang (zhouguoguo)

KAPITEL 1

Einführung

Bitcoin ist eine Sammlung von Konzepten und Technologien, die ein Ökosystem für digitales Geld bilden. Währungseinheiten namens Bitcoin werden genutzt, um Werte zu speichern und sie zwischen den Teilnehmenden des Bitcoin-Netzwerks zu übertragen. Bitcoin-Nutzerinnen und -Nutzer kommunizieren miteinander über das Bitcoin-Protokoll. Das geschieht hauptsächlich über das Internet, andere Transportprotokolle sind aber auch möglich. Der Bitcoin-Protokollstack steht als Open-Source-Software zur Verfügung und ist auf einer Vielzahl von Geräten (einschließlich Laptops und Smartphones) lauffähig, d. h., der Zugang zu dieser Technik gestaltet sich einfach.

Nutzer können Bitcoin über das Netzwerk transferieren und damit das tun, was man auch mit normalem Geld macht: Güter kaufen und verkaufen, Geld an Menschen oder Organisationen überweisen oder jemandem einen Kredit gewähren. Bitcoin kann an speziellen Börsen gekauft, verkauft und gegen andere Währungen getauscht werden. Bitcoin ist in gewissem Sinn das perfekte Geld für das Internet, da es schnell und sicher ist und keine Grenzen kennt.

Im Gegensatz zu traditionellen Währungen ist Bitcoin vollständig virtuell. Es gibt keine Münzen im herkömmlichen Sinn und auch keine digitalen Münzen. Die Münzen (also die Coins) sind in Transaktionen enthalten, die Werte vom Sender zum Empfänger transferieren. Bitcoin-Nutzer verfügen über Schlüssel, die den Besitz von Bitcoins im Bitcoin-Netzwerk nachweisen. Mit diesen Schlüsseln können sie Transaktionen signieren, um den Betrag freizugeben und an einen neuen Eigentümer zu transferieren. Die Schlüssel werden häufig in einer digitalen Geldbörse (der Wallet) auf dem Computer oder Smartphone des Nutzers gespeichert. Der Besitz des Schlüssels, mit dem eine Transaktion signiert werden kann, ist die einzige Voraussetzung, um Bitcoins auszugeben, d. h., die Kontrolle liegt vollständig in den Händen der Nutzenden.

Bitcoin ist ein verteiltes Peer-to-Peer-System. Daher gibt es keinen »zentralen« Server oder Kontrollpunkt. Bitcoins werden in einem als Mining bezeichneten Prozess erzeugt, bei dem darum gerungen wird, wer als Erster die Lösung eines mathematischen Problems findet, während die Bitcoin-Transaktionen verarbeitet werden. Jeder Teilnehmer am Bitcoin-Netzwerk (d.h. jeder, auf dessen Gerät der vollständige Bitcoin-Protokollstack läuft) kann als Miner fungieren und die Rechenleistung seines Computers nutzen, um Transaktionen zu verifizieren und festzuhalten. Im Schnitt ist alle zehn Minuten jemand in der Lage, die Transaktionen der letzten zehn Minuten zu verifizieren, und wird dafür mit neuen Bitcoins belohnt. Im Grunde dezentralisiert das Mining die Geldausgabe und die Abrechnung (das Clearing), wodurch eine Zentralbank überflüssig wird.

Das Bitcoin-Protokoll enthält fest eingebaute Algorithmen, die die Mining-Funktion innerhalb des Netzwerks regeln. Der Schwierigkeitsgrad (die Difficulty) der Rechenaufgabe, die die Miner lösen müssen, wird dynamisch so angepasst, dass im Durchschnitt alle zehn Minuten jemand erfolgreich ist, und zwar unabhängig davon, wie viele Miner (und wie viel Rechenleistung) gerade an der Lösung arbeiten. Das Protokoll halbiert alle vier Jahre die Geschwindigkeit, mit der neue Bitcoins erzeugt werden, und beschränkt die Gesamtzahl der Bitcoins auf etwas unter 21 Millionen. Das führt dazu, dass die im Umlauf befindlichen Bitcoins einer einfach vorhersagbaren Kurve folgen, nach der die 21 Millionen im Jahr 2140 erreicht werden. Ungefähr bei Block 1.411.200, der um das Jahr 2035 erzeugt wird, werden 99% aller jemals existierenden Bitcoins erzeugt worden sein. Durch die sinkende Geschwindigkeit der Ausgabe ist die Währung Bitcoin auf lange Sicht deflationär. Darüber hinaus kann der Bitcoin nicht »aufgeblasen« werden, indem man neue Coins über oder unter der erwarteten Ausgaberate »druckt«.

Hinter den Kulissen ist Bitcoin auch der Name eines Protokolls, eines Peer-to-Peer-Netzwerks und einer Innovation in Sachen Distributed Computing. Tatsächlich ist die Währung Bitcoin nur die erste Anwendung dieser innovativen Technik. Bitcoin repräsentiert den Höhepunkt jahrzehntelanger Forschung zu den Themen Kryptografie und verteilte Systeme. Die Technik fasst vier Schlüsselinnovationen in einer einmaligen und leistungsfähigen Kombination zusammen. Bitcoin besteht aus:

einem dezentralisierten Peer-to-Peer-Netzwerk (dem Bitcoin-Protokoll),

einem öffentlichen Kassenbuch (der Blockchain),

einer Reihe von Regeln für die unabhängige Validierung von Transaktionen und die Geldausgabe (Konsensregeln) sowie

einem Mechanismus, mit dem ein globaler, dezentralisierter Konsens zur jeweils gültigen Blockchain erreicht wird (Proof-of-Work-Algorithmus).

Als Entwickler sehe ich Bitcoin als eine Art Internet des Geldes – als Netzwerk für die Verteilung von Werten und die Sicherung des Eigentums an digitalen Vermögenswerten mithilfe verteilter Berechnungen. Hinter Bitcoin steht viel mehr, als es auf den ersten Blick scheint.

In diesem Kapitel wollen wir einige der wesentlichen Konzepte und Begriffe erläutern, uns die notwendige Software beschaffen und Bitcoin für einfache Transaktionen nutzen. In den folgenden Kapiteln sehen wir uns dann schrittweise die tieferen Schichten der Technik an, die Bitcoin möglich machen, und untersuchen das Innenleben des Bitcoin-Netzwerks und -Protokolls.

Digitale Währungen vor Bitcoin

Das Aufkommen brauchbarer digitaler Währung ist eng mit den Entwicklungen in der Kryptografie verknüpft. Das ist nicht weiter überraschend, wenn man die Herausforderungen betrachtet, vor denen man steht, wenn man Bits nutzt, um Werte zu repräsentieren, die gegen Güter und Dienste getauscht werden können. Für jeden, der digitales Geld akzeptiert, stellen sich drei grundlegende Fragen:

Kann ich sicher sein, dass das Geld echt und nicht gefälscht ist?Kann ich sicher sein, dass digitales Geld nur einmal ausgegeben werden kann (das sogenannte Double-Spending-Problem)?Kann ich sicher sein, dass niemand außer mir dieses Geld für sich beansprucht?

Die Herausgeber von Papiergeld bekämpfen das Fälschungsproblem mit immer ausgefeilteren Papieren und anspruchsvoller Drucktechnik. Physikalisches Geld verhindert das Problem des doppelten Ausgebens ganz einfach, weil eine Banknote nicht an zwei Orten gleichzeitig sein kann. Natürlich wird konventionelles Geld häufig digital gespeichert und überwiesen. In diesen Fällen werden Fälschungen und Double Spending verhindert, indem alle elektronischen Transaktionen durch zentrale Instanzen verarbeitet werden, die eine globale Übersicht über alle im Umlauf befindlichen Währungen haben. Bei digitalem Geld, das nicht auf esoterische Tinten oder Hologramme zurückgreifen kann, bildet Kryptografie die Basis für das Vertrauen in die Legitimität eines Besitzanspruchs. Insbesondere kryptografische digitale Signaturen ermöglichen einem Nutzer, ein digitales Gut oder eine Transaktion zu signieren und so das Eigentum an diesem Gut zu beweisen. Mit der richtigen Architektur können digitale Signaturen auch verwendet werden, um das Double-Spending-Problem in den Griff zu bekommen.

Als die Kryptografie in den späten 1980ern einer breiteren Masse zur Verfügung stand und besser verstanden wurde, versuchten viele Forschende, Kryptografie zum Aufbau digitaler Währungen zu nutzen. Diese frühen Projekte gaben digitales Geld heraus, das durch eine nationale Währung oder ein Edelmetall wie Gold gedeckt war.

Zwar funktionierten diese frühen digitalen Währungen, doch sie waren zentralisiert und dementsprechend von Regierungen und Hackern einfach anzugreifen. Frühe digitale Währungen nutzten (genau wie das traditionelle Bankensystem) eine zentrale Abrechnungsstelle, um alle Transaktionen in regelmäßigen Intervallen abzuwickeln. Leider gerieten die meisten dieser aufstrebenden digitalen Währungen ins Visier besorgter Regierungen und wurden letztendlich auf dem Rechtsweg aus dem Weg geschafft. Einige gingen spektakulär unter, als das Mutterunternehmen unvermittelt abgewickelt wurde. Um gegen Interventionen durch Antagonisten gewappnet zu sein, war eine dezentralisierte digitale Währung nötig, um einen zentralen Angriffspunkt zu vermeiden. Bitcoin ist ein solches System, es wurde bereits von Grund auf dezentralisiert entworfen. Es kommt vollständig ohne zentrale Autorität und ohne eine zentrale Kontrollstelle aus, die angegriffen oder geschädigt werden könnte.

Geschichte des Bitcoins

Bitcoin wurde 2008 erstmals beschrieben in einem Papier mit dem Titel »Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System«1, das unter dem Pseudonym Satoshi Nakamoto veröffentlicht worden war. Nakamoto kombinierte verschiedene frühere Erfindungen wie digitale Signaturen und Hashcash, um ein vollständig dezentralisiertes Electronic-Cash-System zu entwickeln, das völlig unabhängig war von einer zentralen Instanz für Geldausgabe und Abrechnung sowie die Validierung von Transaktionen. Die Kerninnovation war die Nutzung eines verteilten Rechensystems (das als Proof-of-Work-Algorithmus bezeichnet wird), um alle zehn Minuten eine globale »Wahl« durchzuführen, die dem dezentralisierten Netzwerk zu einem Konsens über den Zustand der Transaktionen verhilft. Das löst auf elegante Weise das Double-Spending-Problem, bei dem eine einzelne Währungseinheit zweimal ausgegeben werden kann. Bis dahin war das Double-Spending-Problem eine Schwäche digitaler Währungen, die dadurch gelöst wurde, dass alle Transaktionen über eine zentrale Abrechnungsstelle verarbeitet wurden.

Das Bitcoin-Netzwerk startete 2009 basierend auf einer Referenzimplementierung von Nakamoto, die seitdem von vielen anderen Programmierern überarbeitet wurde. Anzahl und Leistung der den Proof-of-Work-Algorithmus ausführenden Maschinen (Mining), die für die Sicherheit und Belastbarkeit des Bitcoins sorgt, ist exponentiell angestiegen und übertrifft mittlerweile die kombinierte Rechenleistung der Top-Supercomputer auf der Welt. Satoshi Nakamoto zog sich im April 2011 zurück und übergab die Verantwortung für die Entwicklung des Codes und des Netzwerks an eine Gruppe von Freiwilligen. Die Identität der Person oder Personen hinter Bitcoin ist bisher nicht bekannt. Ungeachtet dessen kontrolliert weder Satoshi Nakamoto noch irgendwer sonst das Bitcoin-System. Es arbeitet auf vollständig transparenten mathematischen Prinzipien, Open-Source-Code und dem Konsens zwischen den Teilnehmenden. Diese Erfindung ist für sich genommen schon bahnbrechend und hat bereits zu neuen Forschungen in den Bereichen Distributed Computing, Wirtschaftswissenschaften und Ökonometrie geführt.

Eine Lösung für ein Distributed-Computing-Problem

Satoshi Nakamotos Erfindung liefert auch eine praktische und neue Lösung für ein Problem des Distributed Computing, das als »Problem der byzantinischen Generäle« bekannt ist. Kurz gefasst, besteht das Problem darin, sich über das Vorgehen oder den Zustand eines Systems zu einigen, in dem Informationen über ein unzuverlässiges und möglicherweise kompromittiertes Netzwerk ausgetauscht werden. Satoshi Nakamotos Lösung, die das Proof-of-Work-Konzept nutzt, um einen Konsens ohne eine zentrale vertrauenswürdige Instanz zu erzielen, stellt einen Bruch für das Distributed Computing dar.

Erste Schritte

Bitcoin ist ein Protokoll, auf das man über eine Anwendung zugreifen kann, die dieses Protokoll versteht. Eine »Bitcoin-Wallet« ist die übliche Benutzerschnittstelle zum Bitcoin-System (so wie der Webbrowser die übliche Schnittstelle zum HTTP-Protokoll ist). Es gibt viele verschiedene Implementierungen von Bitcoin-Wallets, ebenso wie es die unterschiedlichsten Webbrowser gibt (z.B. Chrome, Safari, Firefox). Und genau wie wir unsere Lieblingsbrowser haben, variieren auch Bitcoin-Wallets in Qualität, Performance, Sicherheit, Privatsphäre und Zuverlässigkeit. Es gibt ebenfalls eine Referenzimplementierung des Bitcoin-Protokolls, die auch eine Wallet umfasst. Diese ist als »Bitcoin Core« bekannt und leitet sich aus der ursprünglich von Satoshi Nakamoto geschriebenen Implementierung ab.

Wahl einer Bitcoin-Wallet

Bitcoin-Wallets sind mit die am aktivsten entwickelten Anwendungen des Bitcoin-Ökosystems. Es herrscht ein starker Wettbewerb, und während wahrscheinlich gerade jetzt eine neue Wallet entwickelt wird, werden verschiedene Wallets aus dem letzten Jahr nicht mehr aktiv gepflegt. Viele Wallets konzentrieren sich auf bestimmte Plattformen oder auf spezielle Anwendungen. Einige eignen sich besser für Einsteiger, während andere vollgepackt sind mit Features für fortgeschrittene Anwender. Die Wahl einer Wallet ist eine hochgradig subjektive Angelegenheit und hängt von der Nutzung und dem Wissen des Anwenders ab. Es ist daher unmöglich, ein bestimmtes Produkt oder Projekt zu empfehlen. Ungeachtet dessen können wir Bitcoin-Wallets entsprechend ihrer Plattform und ihrer Funktion kategorisieren und etwas Klarheit in Bezug auf die verschiedenen Arten von Wallets schaffen. Es lohnt sich also, verschiedene Wallets auszuprobieren, bis man die gefunden hat, die den eigenen Bedürfnissen am besten entspricht.

Arten von Bitcoin-Wallets

Bitcoin-Wallets lassen sich entsprechend ihrer Plattform wie folgt klassifizieren:

Desktop-Wallet

Die Desktop-Wallet war die erste Form der Wallet, die als Referenzimplementierung entwickelt wurde. Viele Nutzende verwenden Desktop-Wallets aufgrund ihrer Features, der Autonomie und der von ihnen gebotenen Kontrolle. Der Betrieb auf verbreiteten Betriebssystemen wie Windows und macOS ist jedoch nicht ganz so sicher, weil diese Plattformen selbst häufig unsicher und schlecht konfiguriert sind.

Mobile Wallet

Mobile Wallets sind die am weitesten verbreitete Form der Bitcoin-Wallets. Sie laufen auf Smartphone-Betriebssystemen wie Apple iOS und Android und sind daher eine gute Wahl für neue Nutzerinnen und Nutzer. Viele stellen Einfachheit und eine unkomplizierte Anwendung in den Vordergrund, doch es gibt auch voll ausgestattete mobile Wallets für Poweruser. Um den Download und das Speichern großer Datenmengen zu vermeiden, rufen die meisten mobilen Wallets Informationen von entfernten Servern ab. Das schränkt ihre Privatsphäre ein, weil Drittparteien so Informationen über ihre Bitcoin-Adressen und Kontostände erhalten.

Web-Wallet

Der Zugriff auf Web-Wallets erfolgt über den Webbrowser, und die Benutzer-Wallets liegen auf den Servern einer dritten Partei. Dies ähnelt Webmail, da man vollständig von Servern eines Drittanbieters abhängig ist. Einige dieser Dienste arbeiten mit clientseitigem Code, der auf dem Browser des Benutzers ausgeführt wird, wodurch der Nutzer die Kontrolle über die Schlüssel behält. Die meisten stellen allerdings einen Kompromiss dar, bei dem die Kontrolle über die Schlüssel der Nutzer übernommen wird, um eine einfache Nutzung zu ermöglichen. Es ist nicht empfehlenswert, größere Mengen an Bitcoin auf Systemen von Drittanbietern zu speichern.

Hardwarebasierte Wallets

Hardwarebasierte Wallets sind Geräte, die eine sichere eigenständige Bitcoin-Wallet auf spezieller Hardware betreiben. Sie werden per USB über einen Webbrowser am Desktop gesteuert oder per Near Field Communication (NFC) von einem mobilen Gerät aus. Auch der Einsatz einer Kamera und von QR-Codes ist möglich. Da alle Bitcoin-bezogenen Operationen auf dieser speziellen Hardware abgewickelt werden, betrachtet man diese Wallets als besonders sicher und als geeignet zur Speicherung großer Mengen an Bitcoins. Allerdings müssen diese »Hardware-Wallets« mit einer vollwertigen Wallet verbunden werden, um Transaktionen senden und empfangen zu können, und die Sicherheit und die Privatsphäre dieser Wallet bestimmt den Grad an Sicherheit und Privatsphäre, die der Nutzer der Hardware-Wallet genießt.

Full Node oder leichtgewichtig

Eine andere Möglichkeit der Kategorisierung von Bitcoin-Wallets ist ihr Grad an Autonomie und wie sie mit dem Bitcoin-Netzwerk interagieren:

Full Node

Ein vollwertiger Client, oder kurz eine Full Node (also ein »vollwertiger Knoten«), ist ein Programm, das die gesamte Historie aller Bitcoin-Transaktionen (jede Transaktion jedes Nutzers) validiert. Optional können Full Nodes bereits validierte Daten vorhalten und auch für andere Bitcoin-Programme (auf dem gleichen Computer oder über das Internet) bereitstellen. Ein Full-Node-Client benötigt einiges an Ressourcen (pro Tage eine Stunde Video-Streaming zu schauen entspricht etwa den Bitcoin-Transaktionen an einem Tag), bietet aber vollständige Autonomie und die unabhängige Verifikation von Transaktionen.

Leichtgewichtiger Client

Ein »leichtgewichtiger« (Lightweight) Client, auch bekannt als SPV-Client (Simple Payment Verification), stellt die Verbindung zu einer Full Node oder einem entfernten Server her, um auf die Bitcoin-Transaktionsdaten zuzugreifen. Er speichert die Wallet des Nutzers aber lokal ab und kann unabhängig Transaktionen erzeugen, validieren und übertragen.

API-Client

Ein API-Client interagiert mit Bitcoins über ein System eines Drittanbieters mithilfe von APIs (Application Programming Interfaces), statt eine direkte Verbindung mit dem Bitcoin-Netzwerk herzustellen. Die Wallet kann beim Nutzer oder auf den Servern des Fremdanbieters liegen, doch der Client vertraut dem entfernten Server, dass korrekte Informationen geliefert werden und die Privatsphäre geschützt wird.

Bitcoin ist ein sogenanntes Peer-to-Peer-Netzwerk (P2P), d.h. ein Netzwerk gleichberechtigter Teilnehmer. Full Nodes bilden die Peers: Jeder Peer validiert eigenständig jede bestätigte Transaktion und kann seinen Nutzern autoritative Daten bereitstellen. Lightweight-Wallets und andere Software sind Clients: Jeder Client ist von einem oder mehreren Peers abhängig, die ihn mit gültigen Daten versorgen. Bitcoin-Clients können eine sekundäre Validierung einiger empfangener Daten vornehmen und Verbindungen zu mehreren Peers herstellen, um die Abhängigkeit von der Integrität eines einzelnen Peers zu reduzieren, doch letztlich hängt die Sicherheit des Clients von der Integrität seiner Peers ab.

Wer kontrolliert die Schlüssel?

Ein sehr wichtiger weiterer Aspekt ist die Frage, wer die Schlüssel kontrolliert. Wie Sie in den folgenden Kapiteln noch sehen werden, wird der Zugriff auf Bitcoins durch »private Schlüssel« kontrolliert, die wie sehr lange PINs aussehen. Wenn nur Sie die Kontrolle über diese privaten Schlüssel haben, kontrollieren Sie auch Ihre Bitcoins. Haben Sie diese Kontrolle nicht, werden Ihre Bitcoins von einer dritten Partei verwaltet, die letztlich Ihr Guthaben in Ihrem Namen verwaltet. Basierend auf der Kontrolle, lässt sich Software zur Schlüsselverwaltung in zwei wesentliche Kategorien unterteilen: Wallets, bei denen Sie Schlüssel und Guthaben kontrollieren, sowie Treuhänder, bei denen eine Drittpartei die Schlüssel kontrolliert. Um diesen Punkt zu unterstreichen, hat Andreas den Ausspruch geprägt: Deine Schlüssel, deine Coins. Nicht deine Schlüssel, nicht deine Coins.

Kombiniert man diese Kategorien, fallen viele Bitcoin-Wallets in nur wenige Gruppen, von denen die gängigsten der Desktop-Full-Client (Sie kontrollieren die Schlüssel), die mobile leichtgewichtige Wallet (Sie kontrollieren die Schlüssel) und die Web-Wallet eines Fremdanbieters (Sie kontrollieren die Schlüssel nicht) sind. Die Grenzen zwischen den verschiedenen Kategorien sind oft etwas unscharf, weil viele Wallets auf mehreren Plattformen laufen und mit dem Netzwerk auf unterschiedlichen Wegen kommunizieren können.

Schnelleinstieg

Alice ist keine technisch versierte Nutzerin und hat erst jüngst über ihren Freund Joe von Bitcoin gehört. Während einer Party schwärmt Joe mal wieder von Bitcoin und bietet eine Demonstration an. Neugierig fragt Alice, wie sie mit Bitcoin beginnen kann. Joe hält eine mobile Wallet für neue Nutzer für die beste Möglichkeit und empfiehlt einige seiner Lieblings-Wallets. Alice lädt sich eine von Joes Empfehlungen herunter und installiert sie auf ihrem Telefon.

Während Alice ihre Wallet-Anwendung zum ersten Mal ausführt, wählt sie die Option zur Einrichtung einer neuen Wallet. Da die von ihr gewählte Wallet eine selbstverwaltete Wallet ist (noncustodial), kann Alice (und nur Alice) die Schlüssel kontrollieren. Daher muss sie auch für die Sicherung der Schlüssel sorgen, denn der Verlust der Schlüssel bedeutet den Verlust des Zugriffs auf ihre Bitcoins. Um ihr das zu erleichtern, erzeugt ihre Wallet einen Wiederherstellungscode (Recovery Code), mit dessen Hilfe sie ihre Wallet wiederherstellen kann.

Wiederherstellungscodes (Recovery Codes)

Die meisten modernen selbstverwalteten Bitcoin-Wallets stellen ihren Nutzerinnen und Nutzern zur Datensicherung einen Wiederherstellungscode zur Verfügung. Dieser besteht üblicherweise aus von der Software zufällig gewählten Zahlen, Buchstaben oder Wörtern und dient als Basis für die von der Wallet generierten Schlüssel. Beispiele finden Sie in Tabelle 1-1.

Tabelle 1-1: Beispiele für Wiederherstellungscodes

Wallet

Wiederherstellungscode

BlueWallet

(1) media (2) suspect (3) effort (4) dish (5) album (6) shaft (7) price (8) junk (9) pizza (10) situate (11) oyster (12) rib

Electrum

nephew dog crane clever quantum crazy purse traffic repeat fruit old clutch

Muun

LAFV TZUN V27E NU4D WPF4 BRJ4 ELLP BNFL

Ein Wiederherstellungscode wird manchmal auch Mnemonik oder mnemonischer Ausdruck genannt. Das deutet an, dass man den Ausdruck auswendig lernen soll, doch ihn auf Papier festzuhalten, scheint zuverlässiger zu sein als das Gedächtnis der meisten Menschen. Ein anderer Begriff ist Seed-Phrase, da die Phrase die Eingabe (die Saat, engl. Seed) für die Funktion bildet, die alle Schlüssel der Wallet generiert.

Wenn etwas mit Alice’ Wallet geschieht, kann sie eine neue Kopie der Wallet-Software herunterladen und den Wiederherstellungscode eingeben, um die Wallet-Datenbank mit allen jemals gesendeten oder empfangenen Onchain-Transaktionen wiederherzustellen. Allerdings kann die Wiederherstellung über den Wiederherstellungscode nicht die zusätzlichen Daten wiederherstellen, die Alice in ihre Wallet eingegeben hat, etwa Labels für bestimmte Adressen oder Transaktionen. Der Verlust der Metadaten ist nicht so tragisch wie der Verlust von Guthaben, kann für sich genommen aber Folgen haben. Stellen Sie sich einen Kontoauszug oder eine Kreditkartenabrechnung vor, bei denen alle Angaben zu den Zahlungen ausradiert sind. Um den Verlust von Metadaten zu verhindern, bieten viele Wallets neben Wiederherstellungscodes noch zusätzliche Backup-Möglichkeiten an.

Für einige Wallets ist die Möglichkeit zusätzlicher Backups heutzutage sogar noch wichtiger. Viele Bitcoin-Zahlungen erfolgen mittlerweile offchain, d. h., dass nicht jede Zahlung in der öffentlichen Blockchain gespeichert wird. Neben anderen Vorteilen reduziert das die Kosten für den Nutzer und verbessert seine Privatsphäre, doch Mechanismen wie Wiederherstellungscodes, die auf Onchain-Daten angewiesen sind, können nicht garantieren, dass alle Bitcoins des Nutzers wiederhergestellt werden. Bei Anwendungen mit Offchain-Unterstützung ist es wichtig, die Wallet-Datenbank häufig zu sichern.

Beachten Sie, dass viele neue mobile Wallets beim ersten Empfang von Geldmitteln noch einmal prüfen, ob Sie den Wiederherstellungscode wirklich notiert haben. Das reicht von einem einfachen Prompt bis zur händischen Eingabe des Codes durch den Nutzer.

Viele Wallets fordern zur erneuten Eingabe des Wiederherstellungscodes auf, doch es gibt auch viele Malware-Anwendungen, die das Design einer Wallet nachahmen und versuchen, Sie zur Eingabe des Wiederherstellungscodes zu bewegen. Der Code wird dann an den Malware-Entwickler weitergeleitet, damit dieser Ihr Guthaben stehlen kann. Das ist das Gegenstück zu den Phishing-Websites, die versuchen, Ihr Bankpasswort zu stehlen. Die meisten Wallets fragen den Wiederherstellungscode nur bei der Ersteinrichtung (bevor Sie Bitcoins empfangen haben) und bei der Wiederherstellung (wenn Sie keinen Zugang mehr zu Ihrer ursprünglichen Wallet haben) ab. Fragt die Anwendung zu einem anderen Zeitpunkt den Wiederherstellungscode ab, sollten Sie sich mit einem Experten beraten, um nicht Opfer eines Phishing-Angriffs zu werden.

Bitcoin-Adressen

Alice ist nun bereit, Zahlungen zu empfangen. Ihre Wallet-Anwendung hat einen zufälligen privaten Schlüssel erzeugt (der in »Private Schlüssel« auf Seite 81 ausführlicher beschrieben wird), zusammen mit der zugehörigen Bitcoin-Adresse. An diesem Punkt ist ihre Bitcoin-Adresse dem Bitcoin-Netzwerk nicht bekannt und nirgendwo im Bitcoin-System »registriert«. Ihre Bitcoin-Adresse ist einfach eine zu einem Schlüssel gehörende Zeichenfolge, mit deren Hilfe sie den Zugriff auf ihre Gelder kontrollieren kann. Sie wurde von ihrer Wallet unabhängig generiert, ohne sich bei irgendeinem Dienst registrieren oder eine Referenz erzeugen zu müssen. Die Adressen werden durch die Wallet generiert, und zwar ohne Bezug zu oder Registrierung bei einem Dienst.

Es gibt eine Vielzahl von Bitcoin-Adressen und Rechnungsformaten. Adressen und Rechnungen können mit anderen Bitcoin-Nutzenden geteilt werden, um Bitcoins direkt an ihre Wallet zu senden. Sie können eine Adresse oder Rechnung mit anderen Menschen teilen, ohne sich um die Sicherheit Ihrer Bitcoins Sorgen machen zu müssen. Im Gegensatz zu einer Kontonummer kann niemand Geld von Ihrer Wallet abheben, der Ihre Bitcoin-Adressen kennt. Alle Ausgaben müssen durch Sie veranlasst werden. Geben Sie die gleiche Adresse aber an zwei Personen weiter, können diese sehen, wie viele Bitcoins Ihnen die andere Person gesendet hat. Machen Sie Ihre Adresse öffentlich, kann jeder sehen, wie viele Bitcoins andere an diese Adresse geschickt haben. Um Ihre Privatsphäre zu schützen, sollten Sie bei jeder Zahlung eine neue Rechnung mit einer neuen Adresse generieren.

Bitcoin empfangen

Alice verwendet den Receive-Button, der einen QR-Code ausgibt, wie in Abbildung 1-1 zu sehen.

Abbildung 1-1: Alice nutzt die Empfangsseite ihrer mobilen Bitcoin-Wallet und gibt ihre Adresse als QR-Code aus.

Der QR-Code ist das Quadrat mit einem Muster aus schwarzen und weißen Punkten. Er funktioniert ähnlich wie ein Barcode und enthält die Informationen in einem Format, das von Joes Smartphone-Kamera gescannt werden kann.

Alle Geldmittel, die Sie an die Adressen in diesem Buch senden, sind verloren. Wenn Sie testweise Bitcoins senden wollen, könnten Sie überlegen, etwas an eine Bitcoins akzeptierende Hilfsorganisation zu spenden.

Ihr erster Bitcoin

Der erste Schritt besteht darin, sich einige Bitcoins zu beschaffen.

Bitcoin-Transaktionen sind unumkehrbar, während die meisten elektronischen Zahlungsnetzwerke wie Kreditkarten, EC-Karten, PayPal und Banküberweisungen umkehrbar sind. Für jemanden, der Bitcoins verkauft, birgt dieser Unterschied das sehr hohe Risiko, dass ein Käufer eine elektronische Zahlung wieder rückgängig macht, nachdem er die Bitcoins erhalten hat, und auf diese Weise den Verkäufer betrügt. Um dieses Risiko zu minimieren, verlangen Unternehmen, die »normales« Geld gegen Bitcoin tauschen, üblicherweise eine Überprüfung der Identität sowie der Kreditwürdigkeit, was mehrere Tage oder sogar Wochen dauern kann. Für Sie als neuen Nutzer bedeutet das, dass Sie Bitcoins nicht einfach direkt über eine Kreditkarte kaufen können. Mit ein wenig Geduld und kreativem Denken ist das aber auch nicht nötig.

Hier einige Möglichkeiten, um als neuer Nutzer an Bitcoins zu gelangen:

Finden Sie einen Freund oder eine Freundin, der oder die Bitcoins besitzt, und kaufen Sie direkt bei ihm oder ihr. Viele Bitcoin-Nutzer haben so angefangen. Diese Methode ist die einfachste. Eine Möglichkeit, Menschen mit Bitcoins kennenzulernen, bieten lokale Bitcoin-Meet-ups, die auf

Meetup.com

(

https://meetup.com

) aufgeführt sind.

Erwerben Sie Bitcoins, indem Sie ein Produkt oder einen Dienst für Bitcoin anbieten. Wenn Sie Entwicklerin sind, verkaufen Sie Ihre Programmierkenntnisse. Sind Sie Friseur, schneiden Sie Haare für Bitcoin.

Nutzen Sie einen Bitcoin-Automaten

2

in Ihrer Stadt. Ein Bitcoin-Automat ist ein Gerät, das Bargeld akzeptiert und dafür Bitcoins an die Bitcoin-Wallet auf Ihrem Smartphone schickt.

Verwenden Sie eine Bitcoin-Börse in Kombination mit Ihrem Bankkonto. In vielen Ländern gibt es mittlerweile Börsen, die einen Markt für Käufer und Verkäufer bieten, um Bitcoins gegen lokale Währungen zu tauschen. Wechselkursverzeichnisdienste wie BitcoinAverage (

https://bitcoinaverage.com

) bieten häufig Übersichten mit Bitcoin-Börsen für verschiedene Währungen an.

Ein Vorteil von Bitcoin gegenüber anderen Zahlungssystemen besteht darin, dass dieses System den Nutzenden (wenn man es richtig einsetzt) wesentlich mehr Privatsphäre bietet. Um Bitcoins zu kaufen, zu besitzen oder auszugeben, müssen Sie keine sensiblen und sie persönlich identifizierbaren Informationen an Dritte weitergeben. Wo sich allerdings Bitcoin und traditionelle Systeme begegnen, etwa auf Börsen, gelten häufig nationale und internationale Bestimmungen. Um Bitcoin in Ihre nationale Währung zu tauschen, müssen Sie häufig Ihre Identität nachweisen und Bankdaten angeben. Nutzende sollten sich dessen bewusst sein, dass, sobald eine Bitcoin-Adresse mit einer Identität verknüpft ist, auch alle mit ihr verknüpften Transaktionen leicht identifiziert und verfolgt werden können. Das ist einer der Gründe dafür, dass viele Nutzer dedizierte Börsen-Accounts vorhalten, die nicht mit ihren Wallets verknüpft sind.

Alice wurde von einem Freund in Bitcoin eingeführt, für sie ist es also einfach, sich ihre ersten Bitcoins zu beschaffen. Wir wollen uns nun ansehen, wie sie Bitcoins von ihrem Freund Joe kauft und wie Joe diese Bitcoins an ihre Wallet sendet.

Den aktuellen Bitcoin-Preis ermitteln

Bevor Alice Bitcoins von Joe kaufen kann, müssen beide sich auf einen Wechselkurs zwischen Bitcoin und US-Dollar einigen. Das führt uns zur üblichen Frage von Bitcoin-Einsteigern: »Wer legt den Bitcoin-Preis fest?« Die kurze Antwort lautet, dass der Markt den Preis festlegt.

Für Bitcoin gilt, wie für die meisten anderen Währungen auch, ein freier Wechselkurs. Das bedeutet, dass der Wert des Bitcoins gegenüber anderen Währungen gemäß Angebot und Nachfrage an der jeweiligen Börse schwankt. Zum Beispiel wird der »Preis« des Bitcoins in US-Dollar an jeder Börse basierend auf dem letzten Trade von Bitcoin und US-Dollar berechnet. Daher neigt der Preis dazu, sich ständig zu ändern. Ein Preisermittlungsdienst fasst die Preise verschiedener Börsen zusammen und berechnet einen nach Volumen gewichteten Mittelwert, der einen relativ realistischen Wechselkurs für ein bestimmtes Handelspaar (z.B. BTC/USD) darstellt.

Es gibt Hunderte von Anwendungen und Websites, die die aktuellen Wechselkurse zur Verfügung stellen. Hier einige der beliebtesten:

Bitcoin Average (https://bitcoinaverage.com)

Eine Site, die eine einfache Übersicht des nach Volumen gewichteten Durchschnitts für jede Währung enthält.

CoinCap (https://coincap.io)

Bietet eine Auflistung von Marktkapitalisierung und Wechselkursen Hunderter Kryptowährungen einschließlich Bitcoin.

Chicago Mercantile Exchange Bitcoin Reference Rate (https://oreil.ly/ACieC)

Referenzwert, der als institutionelle und vertragliche Referenz dienen kann. Wird als Teil des Investment-Datenfeeds von der CME zur Verfügung gestellt.

Neben den verschiedenen Sites und Anwendungen wandeln auch einige Bitcoin-Wallets zwischen Bitcoin und anderen Währungen um.

Bitcoin senden und empfangen

Alice hat sich entschieden, 0,001 Bitcoin zu kaufen. Nachdem sie und Joe einen Wechselkurs vereinbart haben, gibt sie Joe den Betrag in bar, öffnet ihre mobile Wallet und wählt Receive. Daraufhin erscheint ein QR-Code mit Alice’ erster Bitcoin-Adresse.

Joe wählt nun Send auf seiner Smartphone-Wallet und öffnet den QR-Code-Scanner. Damit kann Joe den Code mit der Smartphone-Kamera scannen, statt Alice’ doch recht lange Bitcoin-Adresse eingeben zu müssen.

Bei Joe erscheint jetzt Alice’ Bitcoin-Adresse als Empfänger. Joe gibt den Betrag von 0,001 Bitcoin (BTC) ein (siehe Abbildung 1-2). Einige Wallets können den Betrag auch in einer anderen Stückelung anzeigen: 0,001 BTC ist ein Millibitcoin (mBTC) oder 100.000 Satoshis (Sats).

Ein paar Wallets empfehlen Joe, die Transaktion mit einem Label zu versehen. Ist das der Fall, gibt Joe »Alice« ein. In einigen Wochen oder Monaten hilft das Joe, sich daran zu erinnern, warum er diese 0,001 Bitcoin gesendet hat. Manche Wallets fragen Joe auch nach den Gebühren. Je nach Wallet und wie die Transaktion gesendet wird, wird Joe aufgefordert, einen Gebührensatz anzugeben, oder man schlägt ihm eine Gebühr – oder einen Gebührensatz – vor. Je höher die Transaktionsgebühr, desto schneller wird die Transaktion bestätigt (siehe »Bestätigungen« auf Seite 40).

Abbildung 1-2: Bitcoin-Wallet-Send-Seite

Joe überprüft sorgfältig seine Eingaben, weil er Geld überweisen möchte und Fehler nicht rückgängig gemacht werden können. Nachdem er alles ein weiteres Mal nachkontrolliert hat, drückt er auf Send, um die Transaktion zu starten. Joes mobile Bitcoin-Wallet erzeugt eine Transaktion, die 0,001 BTC an die von Alice angegebene Adresse überweist. Sie bedient sich dabei aus Joes Wallet und signiert die Transaktion mit Joes privatem Schlüssel. Das teilt dem Bitcoin-Netzwerk mit, dass Joe den Transfer dieser Summe an Alice’ neue Adresse autorisiert hat. Da die Transaktion über das Peer-to-Peer-Protokoll übertragen wird, breitet sie sich im Bitcoin-Netzwerk schnell aus. In weniger als einer Sekunde haben die meisten der gut angebundenen Netzwerkknoten die Transaktion empfangen und sehen Alice’ Adresse zum ersten Mal.

Währenddessen »horcht« Alice’ Wallet fortlaufend auf die im Bitcoin-Netzwerk veröffentlichten Transaktionen und sucht nach Adressen, die zu ihrer Wallet passen. Einige Sekunden nachdem Joes Wallet die Transaktion angestoßen hat, zeigt Alice’ Wallet an, dass sie 0,001 BTC empfängt.

Bestätigungen

Zuerst zeigt Alice’ Adresse an, dass die Transaktion von Joe »unbestätigt« ist. Das bedeutet, dass die Transaktion im Netzwerk verbreitet wurde, aber noch nicht im Bitcoin-Kassenbuch, auch bekannt als Blockchain, festgehalten wurde. Um bestätigt zu werden, muss eine Transaktion in einen Block eingetragen und in die Blockchain aufgenommen werden, was im Schnitt alle zehn Minuten passiert. In der Finanzwelt wird das traditionell als Clearing bezeichnet. Details zu Propagation, Validierung und Clearing (Bestätigung) von Bitcoin-Transaktionen finden Sie in Kapitel 12.

Alice ist nun stolze Besitzerin von 0,001 BTC, die sie jetzt ausgeben kann. In den nächsten Tagen kauft Alice weitere Bitcoins an einem Automaten und an einer Börse. Im nächsten Kapitel wird sie zum ersten Mal etwas mit Bitcoins kaufen, und wir sehen uns die zugrunde liegenden Transaktions- und Propagationstechniken im Detail an.

KAPITEL 2

Wie Bitcoin funktioniert

Das Bitcoin-System basiert, anders als die traditionellen Bank- und Zahlungssysteme, auf dezentralisiertem Vertrauen. Anstelle einer zentralen Vertrauensinstanz kann bei Bitcoin jeder ein Programm auf seinem Computer ausführen, um den korrekten Betrieb jedes Aspekts des Bitcoin-Systems zu verifizieren. In diesem Kapitel verschaffen wir uns erst mal einen Überblick über Bitcoin im Allgemeinen. Wir verfolgen eine einzelne Transaktion auf dem Weg durch das Bitcoin-System und sehen, wie sie schließlich in der Blockchain eingetragen wird, dem verteilten Kassenbuch für alle Transaktionen. Die nachfolgenden Kapitel tauchen dann tiefer ein in die Technik hinter den Transaktionen, dem Netzwerk und dem Mining.

Bitcoin-Übersicht

Das Bitcoin-System besteht aus Benutzerinnen und Benutzern mit Wallets, die Schlüssel enthalten, im Netzwerk propagierten Transaktionen sowie Minern, die (durch konkurrierende Berechnungen) die Blockchain erzeugen, die das verbindliche Kassenbuch für alle Transaktionen darstellt.

Jedes Beispiel in diesem Kapitel basiert auf einer realen Transaktion, die im Bitcoin-Netzwerk durchgeführt wurde. Sie simuliert die Interaktion zwischen den Nutzern (Joe, Alice, Bob und Gopesh), indem sie Gelder von einer Wallet zu einer anderen sendet. Während wir eine Transaktion durch das Bitcoin-Netzwerk verfolgen, nutzen wir eine Blockchain-Explorer-Site, um jeden Schritt zu visualisieren. Ein Blockchain-Explorer ist eine Webanwendung, die als Bitcoin-Suchmaschine fungiert, d. h., sie erlaubt die Suche nach Adressen, Transaktionen und Blöcken und zeigt die Beziehung und den Fluss zwischen ihnen auf.

Beliebte Blockchain-Explorer sind:

Blockstream Explorer (

https://blockstream.info

)

Mempool.Space (

https://mempool.space

)

BlockCypher Explorer (

https://live.blockcypher.com

)

Jeder verfügt über eine Suchfunktion, mit deren Hilfe Sie eine Bitcoin-Adresse, einen Transaktions-Hash, eine Blocknummer oder einen Block-Hash eingeben können und die dazugehörigen Informationen aus dem Bitcoin-Netzwerk abgerufen werden. Für jedes Beispiel einer Transaktion oder eines Blocks stellen wir eine URL bereit, sodass Sie diese Informationen selbst abrufen und untersuchen können.

Block-Explorer und Privatsphäre

Die Suche nach Informationen in einem Block-Explorer zeigt dessen Betreiber, dass Sie an diesen Informationen interessiert sind. Das erlaubt ihm, diese Informationen mit Ihrer IP-Adresse, Browserdetails, früheren Suchen und anderen identifizierbaren Informationen zu verknüpfen. Wenn Sie sich die Transaktionen in diesem Buch mit einem Block-Explorer ansehen, wird der Betreiber sich denken können, dass Sie etwas über Bitcoin lernen, was kein Problem sein sollte. Doch wenn Sie Ihre eigenen Transaktionen anschauen, kann der Betreiber ermitteln, wie viele Bitcoins Sie empfangen und ausgegeben haben und wie viele Sie gerade besitzen.

Kaufen im Onlineshop

Alice, die wir im vorherigen Kapitel kennengelernt haben, ist eine neue Nutzerin, die gerade erst ihre ersten Bitcoins erworben hat. In »Ihr erster Bitcoin« auf Seite 36 traf sich Alice mit ihrem Freund Joe, um Bitcoins gegen etwas Bargeld einzutauschen. Danach hat Alice noch weitere Bitcoins gekauft. Alice will nun ihre erste »Einzelhandelstransaktion« durchführen, d. h., sie möchte eine Premium-Podcast-Episode in Bobs Onlineshop erwerben.

Bobs Webshop hat jüngst damit begonnen, Bitcoin-Zahlungen zu akzeptieren, indem er seine Website um eine Bitcoin-Option erweitert hat. Die Preise in Bobs Shop sind in der lokalen Währung (US-Dollar) aufgeführt, doch auf der Bezahlseite gibt es die Möglichkeit, in Dollar oder Bitcoin zu bezahlen.

Alice findet die gewünschte Podcast-Episode und wechselt zur Bezahlseite. Beim Bezahlen wird Alice neben den üblichen Optionen auch die Bezahlung in Bitcoin angeboten. Die Bezahlseite gibt den Preis in US-Dollar und in Bitcoin (BTC) zum aktuellen Wechselkurs an.

Bobs E-Commerce-System erzeugt automatisch einen QR-Code, der eine Zahlungsanforderung enthält (siehe Abbildung 2-1).

Abbildung 2-1: QR-Code für die Zahlungsanforderung

Im Gegensatz zu einem QR-Code, der einfach nur eine Bitcoin-Zieladresse enthält, besteht eine Zahlungsanforderung aus einer QR-codierten URL, die die Zieladresse,