So funktioniert die Blockchain: Blöcke, Miner und Bestätigungen

Was Sie lernen werden

• Was eine Transaktion, ein Block und die Blockchain sind
• Was Miner tun und was Proof of Work bedeutet
• Warum Bestätigungen wichtig sind und wie lange sie im Durchschnitt dauern
• Warum eine bestätigte Transaktion nur sehr schwer zu ändern ist

Erklärung

Eine Transaktion ist eine Nachricht mit dem Inhalt „verschiebe diesen Bitcoin-Betrag von diesen Coins an diese Adresse“. Sie wird mit dem privaten Schlüssel (Private Key) des Absenders signiert (Lektion 4). Nodes prüfen, ob die Signatur gültig ist und ob die Coins nicht bereits ausgegeben wurden.

Gültige, aber noch unbestätigte Transaktionen warten in einer Warteschlange, dem Mempool (Memory Pool, Speicherpool). Jeder Node hat seinen eigenen Mempool.

Ein Block ist ein Bündel von Transaktionen plus ein Header (Kopfzeile). Der Header enthält einen Verweis (einen „Hash“) auf den vorherigen Block. Ein Hash ist ein kurzer digitaler Fingerabdruck von Daten: Ändern sich die Daten auch nur geringfügig, ändert sich der Fingerabdruck vollständig. Da jeder Block auf den vorherigen verweist, bilden die Blöcke eine Kette: die Blockchain, ein öffentliches Verzeichnis aller Bitcoin-Transaktionen.

Miner sind Teilnehmer, die neue Blöcke erstellen. Um einen Block hinzuzufügen, muss ein Miner einen Header finden, dessen Hash unter einem Zielwert liegt. Der einzige Weg dahin ist, eine riesige Anzahl von Versuchen durchzuführen. Das nennt man Proof of Work (Arbeitsnachweis): Das Ergebnis beweist, dass viel Rechenarbeit (und Strom) aufgewendet wurde. Der erfolgreiche Miner erhält die Blockbelohnung: neu erzeugte Bitcoin plus die Gebühren der Transaktionen im Block.

Das Netzwerk zielt im Durchschnitt auf etwa einen Block alle 10 Minuten ab. Alle 2,016 Blöcke (etwa zwei Wochen) passt sich die Difficulty (Schwierigkeit) an: Kamen die Blöcke zu schnell, wird es schwieriger, einen zu finden; kamen sie zu langsam, leichter. Einzelne Blöcke können trotzdem nach einer Minute oder erst nach einer Stunde kommen.

Eine Bestätigung bedeutet, dass Ihre Transaktion in einem Block enthalten ist. Jeder neue Block darüber fügt eine weitere Bestätigung hinzu. Um eine alte Transaktion zu ändern, müsste ein Angreifer den Proof of Work für diesen Block und alle späteren Blöcke neu erbringen, und zwar schneller als der Rest des Netzwerks. Je mehr Bestätigungen, desto schwieriger wird das. Viele Dienste warten mehrere Bestätigungen ab (bei größeren Beträgen oft etwa sechs), bevor sie eine Zahlung als endgültig behandeln. Prüfen Sie, was Ihr Anbieter verwendet.

Rechenbeispiel

Hypothetisches Beispiel: Wie lange müssen Sie möglicherweise warten, und wie oft gewinnt ein kleiner Miner?

Annahmen: Das Netzwerk erzeugt im Durchschnitt genau einen Block pro 10 Minuten. Die tatsächlichen Zeiten schwanken.

1. Blöcke pro Tag: 24 Stunden × 60 Minuten ÷ 10 Minuten = 144 Blöcke.
2. Dauer einer Difficulty-Periode: 2,016 Blöcke × 10 Minuten = 20,160 Minuten ÷ 60 ÷ 24 = 14 Tage.
3. Durchschnittliche Wartezeit auf 6 Bestätigungen, nachdem Ihre Transaktion erstmals aufgenommen wurde: etwa 6 × 10 Minuten = 60 Minuten. Ist Ihre Gebühr niedrig, warten Sie möglicherweise zusätzlich im Mempool, bevor die erste Bestätigung erfolgt.
4. Ein hypothetischer Miner verfügt über 0.5% der gesamten Mining-Leistung. Erwartete Blöcke pro Tag: 144 × 0.005 = 0.72 Blöcke. An manchen Tagen findet er keinen, an manchen zwei. Deshalb schließen sich kleine Miner oft Mining-Pools an und teilen die Belohnungen.

Nicht berücksichtigt: die Strom- und Hardwarekosten des Minings sowie die Gebührenhöhe, die sich mit der Nachfrage ändert.

Häufiger Fehler

Übung

Nehmen Sie an, dass Blöcke im Durchschnitt alle 10 Minuten eintreffen. (a) Ein Dienst verlangt 3 Bestätigungen. Wie lange dauert die durchschnittliche Wartezeit nach der ersten Aufnahme ungefähr? (b) Wie viele Blöcke werden in einer Woche erzeugt? (c) Ein Miner verfügt über 2% der gesamten Mining-Leistung. Wie viele Blöcke würde er pro Woche erwarten?

Einschränkungen: Blockzeiten sind zufällig; Durchschnittswerte beschreiben viele Blöcke, nicht den nächsten.

Das Wichtigste in Kürze

• Transaktionen werden in Blöcken zusammengefasst, die auf den vorherigen Block verweisen und so die Blockchain bilden.
• Miner nutzen Proof of Work, um Blöcke hinzuzufügen, und erhalten dafür neue Bitcoin plus Gebühren.
• Das Netzwerk zielt auf etwa 10 Minuten pro Block ab und passt die Difficulty alle 2,016 Blöcke an.
• Mehr Bestätigungen machen eine Zahlung schwerer umkehrbar; bestätigte Zahlungen kann niemand rückgängig machen.

Nächster Schritt

In der nächsten Lektion lernen Sie, wie neue Bitcoin ausgegeben werden und wie das Halving die Ausgabe verringert.