Wie funktioniert Bitcoin?

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1 Wie funktioniert Bitcoin? Prof. Dr. Konstantin Knorr Vortrag beim Förderverein der Hochschule Trier am 13. Juni 2017 Download-Link der Folien:

2 Agenda Historie Eigenschaften Transaktionen Mining Double Spending Anonymität 2

3 Historie 1990er: Erste digitale Währungen, DigiCash, David Chaum 2008: Bitcoin-Design-Papier veröffentlicht: Satoshi Nakamoto: Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System 2009: Erster Bitcoin-Block am um 18:15:05 GM : Silk Road : Verschlüsselungs-Trojaner wie Locky und WannaCry Entwicklung des Wechselkurses Bitcoin / Euro: Quelle: 3

4 Eigenschaften Kurz: Bitcoin = Krypto-Währung Bitcoin ist ein kryptographisches Peer-to-Peer-Protokoll. Das Protokoll ist offen spezifiziert. Sämtliche Transaktionen sind öffentlich einsehbar ( Blockchain) Bitcoin kommt ohne zentrale Bank aus. Größte Herausforderung: Wie wird das doppelte Ausgeben eines Bitcoin-Betrags verhindert (Double Spending)? 4

5 Digitale Signaturen Alice erzeugt ein Schlüsselpaar bestehend aus einem öffentlichen und einem dazugehörigen privaten Schlüssel. Nur Alice kann mit dem privaten Schlüssel eine Signatur erstellen. Jeder kann die Signatur mit dem öffentlichen Schlüssel überprüfen. Alice kann die Signatur nicht abstreiten. Drei Dollar für Bob 3 Alice 5

6 Transaktionen 6

7 Generierung neuer Bitcoins / Mining Block Block Hashwert des vorherigen Blocks B Zahl Hashwert des vorherigen Blocks B Zahl Transaktion 1 Transaktion 2 Transaktion 1 Transaktion 2 Durch Wahl einer passenden Zahl muss ein Hash-Wert H eines Blocks gebildet werden, der kleiner als ein Zahlenwert namens Target ist. Das Target kann angepasst werden. SHA-256("Hello, world!0") = 0x1312af178c253f84028d480a6adc1e25e81caa44c749ec e2ec934c64 SHA-256("Hello, world!1") = 0xe9afc424b79e4f6ab42d99c81156d3a17228d6e1eef4139be78e948a9332a7d8 SHA-256("Hello, world!4250")= 0x0000c3af42fc31103f1fdc0151fa747ff87349a4714df7cc52ea464e12dcd4e9 Diese Berechnung wird auch als Proof-of-Work bezeichnet. Als Belohnung werden vom Protokoll zur Zeit 12,5 Bitcoins bezahlt. 7

8 Regeln für das Bitcoin Netzwerk Folgende Regeln gelten im Bitcoin P2P-Netzwerk: Neue Transactions werden per Broadcast an alle Knoten verteilt. Jeder Knoten sammelt neue, noch nicht in einem Block erfasste Transaktionen in einem Block. Jeder Knoten versucht einen Proof-of-Work für seinen aktuellen Block zu finden. Findet ein Knoten einen Proof-of-Work, sendet er den Block per Broadcast an alle Knoten. Die Knoten akzeptieren einen Block nur, wenn alle Transaktionen in ihm valide (d.h. Hashwert korrekt, Signatur korrekt, Inputs und Outputs passen zueinander, ) und noch nicht in einem anderen Block beinhaltet sind. 8

9 Blockchain In Bitcoin ist eine Transaction nur dann bestätigt, falls (1) sie Teil eines Blocks im längsten Zweig der Blockchain ist und (2) mindestens 5 Blöcke im längsten Zweig auf sie folgen. Deswegen kann die Bestätigung einer Transaktion einige Minuten dauern. 9

10 Double Spending Alice will einen Bitcoin doppelt ausgeben. 1. Sie bezahlt Bob und Charlie damit. Das ist kein Problem, da sich nur eine der beiden Transaktionen im längsten Zweig befindet. Der Betrugsversuch ist gescheitert und kann leicht entdeckt werden. 2. Alice bezahlt sich und Charlie mit demselben Bitcoin. Sie muss erreichen, dass die Transaktion an Charlie bestätigt wird (d.h. fünf Blöcke folgen in der Blockchain) und danach in einem anderen Ast die Berechnung von mindestens 6 Blöcken / Proof-of-Works nachholen, was erhebliche Ressourcen an CPU / Energie benötigt. 10

11 Bitcoin und Anonymität Keine zentrale Instanz / Bank mehr nötig Kombination mit Anonymisierungsnetzen wie TOR möglich Block Chain ist öffentlich. Die Identifizierung ist retrospektiv möglich, d.h. ein Drogen- oder Waffenkauf auf Silk Road im Jahre 2011 kann 2020 noch nachgewiesen werden. Es wird empfohlen, eine neue Adresse für jede Transaktion zu verwenden. Gekaufte Waren müssen an eine Adresse geliefert werden. Identität muss beim Einkauf und Verkauf von Bitcoins evtl. angegeben werden. Bargeld bietet für viele Anwendungen ein höheres Maß an Anonymität. Fazit: Bitcoin is perhaps the most open and transparent financial instrument the world has ever seen. (Nielsen) 11

12 Referenzen und Literatur Einführungsvideo zu Bitcoin, Satoshi Nakamoto: Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System, Michael Nielsen: How the Bitcoin protocol actually works, Video, das die Blockchain erklärt: Bitcoin-Protocol Spezifikation: Bitcoins kaufen: (in D) Bitcoin Blockchain: Weitere Krypto-Währungen: Hier werden Bitcoins akzeptiert: 12

13 Back-Folien 13

14 Bitcoin-Alternativen Now well over 500 alternate coins to Bitcoin % of them are simply brands / clones Most tinker with: the total coin supply the hashing functions (SHA256, SCRYPT, X11 et al) block emit time targets Proof of Something (Proof of Work, Proof of Stake) Notable Alts: Ripple, Litecoin, Dogecoin Total Market Cap: $ 4,540,315,390 (Bitcoin is 3.6B of that) 14

15 Bitcoin-Adresse in von bitcoin.de 15

16 Multiple Input Multiple Output Transaction 16