Bitcoin und Blockchain
Juni 16, 2020
Aus dem Unterricht des CAS Digital Finance mit Pascal Hügli berichten Kyra von Grebmer und Raphael Gisi.
Die Klasse hat zu Beginn des Unterrichts an einer kurzen Umfrage zum Thema Bitcoin und Kryptoassets teilgenommen. Eine Frage lautete dabei: Wie kryptofit sind Sie? Wenn Ihre Antwort dabei wäre “Ich verstehe nur Bahnhof”, dann sind Sie bei diesen Blogbeitrag genau richtig.
Bitcoin – die Mutter aller Kryptowährungen
Den meisten ist das Jahr 2008 aufgrund der globalen Finanzkrise noch in Erinnerung. Es war das Jahr des Sturzes der amerikanischen Bank Lehman Brothers, der Hypothekenkrise und der enormen Anzahl an Arbeitslosen. Das Vertrauen in die Wirtschaft und besonders in die Banken sank auf ein historischen Tiefstand.
Es ist auch das Jahr in dem das sogenannte Gründungspapier von Satoshi Nakamoto online veröffentlicht wurde. Dieses Gründungspapier beschreibt ein Zahlungssystem in dem Benutzer Transaktionen direkt von Person A zu Person B (Peer-to-Peer) tätigen können. Direkt bedeutet, es benötigt keine Mittelsmänner wie Banken oder andere Finanzintermediäre. Bis heute weiss niemand, wer hinter dem Pseudonym Satoshi Nakamoto steckt. Es ist auch nicht bekannt, ob es sich um eine Gruppe oder um eine Einzelperson handelt. Satoshi Nakamoto wollte höchstwahrscheinlich bewusst anonym bleiben. Die Menschen sollten dem System ihr Vertrauen schenken und nicht der Person oder der Gruppe dahinter.
Im Januar 2009 entstanden dann die ersten 50 Bitcoins durch den sogenannten Miningprozess. Die Anzahl an Bitcoins ist auf 21 Mio. Bitcoins limitiert (künstliche, digitale Knappheit). Die begrenzte Anzahl der Bitcoinmenge ist im öffentlich einsehbaren Protokoll programmiert. Kurz gesagt: Bitcoin ist nichts anderes als eine digitale Geldeinheit in einem weltweiten dezentralen Zahlungssystem.
Wie entstehen Bitcoins?
Die Mitglieder des dezentralen Netzwerks (Miner) sind für die Entstehung von Bitcoins zuständig. Sie validieren die Transaktion von Person A zu Person B. Um die Sicherheit dieser Transaktion, die sich in diesen Blöcken befindet, zu gewährleisten, müssen die Miner diese Blöcke mittels mathematischer Aufgaben verifizieren. Die Miner können diese komplexen Rechenaufgaben nicht im Kopf lösen, vielmehr greifen sie auf die Rechenleistung von Computerchips zurück. Das Ziel eines jeden Miners ist es, die Rechenaufgabe als Erster zu lösen. Hat der Miner den Block geknackt, wird das gesamte Netzwerk benachrichtigt. Die anderen Miner überprüfen die Lösung der Rechenaufgabe. Der Block wird dann an andere validierte Blöcke angehängt. Der Miner erhält für das Lösen der Rechenaufgabe eine monetäre Belohnung in Form von Bitcoins (Bitcoin Reward).
Es wird aber immer schwieriger diese Blöcke zu knacken und die Belohnung in Bitcoins halbieren sich ungefähr alle vier Jahre (siehe die Ökonomik hinter Bitcoin). Als zweite Einnahmequelle der Miner gibt es noch die Transaktionskosten der Zahlungen. Grundsätzlich kann jeder als Miner fungieren und somit dem Netzwerk seine Rechenleistung zur Verfügung stellen.
Quelle: Pascal Hügli
Wer Bitcoins besitzen möchte, benötigt eine sogenannte Wallet, um die Bitcoins darin aufzubewahren. Es handelt sich dabei um eine digitale Brieftasche, die sich jeder einfach auf dem Smartphone oder auf dem Computer herunterladen und installieren kann. bitcoin.org hilft Nutzern unter Berücksichtung der Nutzeranforderungen die richtige Bitcoin-Wallet zu finden.
Beispiele von weiteren Kryptowährungen: Ethereum, XRP, Tether, Bitcoin Cash, Litecoin, EOS, Binance Coin, Stellar.
Halbwarheiten der Kryptowelt
Rund um das Thema Bitcoin ranken sich auch Halbwahrheiten wie z.B. Bitcoin verschlingt grosse Mengen an Energie. Was dabei oft nicht berücksichtig wird, ist das Bitcoin-Mining ortsunabhängig ist. Das bedeutet, Miner sind oft dort, wo Strom aufgrund eines Überangebots günstig ist (wie beispielsweise bei Solar- und Windstrom). Ein weiterer Kritikpunkt ist der Zusammenhang von Bitcoin-Transaktionen und illegalen Geschäften. Bitcoin bzw. ihre zugrundeliegende Technologie Blockchain ist öffentlich einsehbar und eignet sich daher kaum für illegale Geschäfte (siehe auch die gängigsten Halbwahrheiten der Krypto-Welt).
Was ist eine Blockchain?
«Eine Blockchain ist eine dezentralisierte, verteilte Datenbank, die von einer Gruppe sich gegenseitig nicht vertrauender Personen gemeinsam genutzt werden kann, ohne dass eine zentrale Partei den einwandfreien und unverfälschten Zustand der Datenbank sicherstellen muss.»
Die wichtigste technische Grundlage von Bitcoin ist die Blockchain und beruht auf folgenden drei Konzepten:
- Offenes Kassenbuch: Grundsätzlich handelt es sich bei einer Blockchain um die Verkettung von Bits und Bytes. Bit ist die kleinste Speichereinheit während Byte eine Zusammenfassung von mehreren Bits darstellt (8 Bits = 1 Byte). Die Datei protokolliert alle Transaktionen in chronologischer Reihenfolge. Die neuen Datensätze werden gebündelt und an die bestehende Datenkette angehängt. Im Fall von öffentlichen Blockchains stehen die Datensätze als offenes Kassenbuch zur Verfügung. Sämtliche vergangene Transaktionen sind öffentlich einsehbar. Per Februar 2020 betrug der Datensatz von Bitcoin über 262 GB. Auf blockchain.com kann man die Transaktionen live mitverfolgen.
- Dezentralität: Normalerweise führt eine Partei ein zentrales Kassenbuch über sämtliche Transaktionen. Die Blockchain hingegen baut auf dem Prinzip der Dezentralität auf (Distributed Ledger). Die komplette Datei einer Blockchain ist auf einer Vielzahl von Rechner verteilt. Das Netzwerk erkennt sofort nachträglich geänderte Transaktionen. Manipulationen sind daher praktisch unmöglich und deshalb bietet die Blockchain ein Höchstmass an Sicherheit.
- Proof-of-work: Der Proof-of-Work-Mechanismus beschreibt den Konsens innerhalb des Netzwerks, das sich gemeinsam auf eine identische Version der Blockchain einigt. Damit ein neuer Block an die Blockchain angehängt werden kann, müssen die Miner, wie oben erklärt, eine komplizierte mathematische Berechnung ausführen. Dabei muss für eine bestimmte Lösung einen unbestimmter Input ermittelt werden. Der Input wird quasi X-fach geraten bis die korrekte Lösung gefunden wurde. Die Miner überprüfen anschliessend, ob die Transaktionen legitim sind, indem sie die Proof-of-Work-Berechnungen durchführen. Die «byzantinische Generäle» hätten ihr Kommunikationsproblem damit leicht gelöst.
Wie sicher ist Kryptografie?
Die Kryptografie wird aus wissenschaftlicher Sicht als Verschlüsselung bezeichnet und gilt als wichtigster Bestandteil einer Blockchain. Durch die asymmetrische Verschlüsselung gilt diese als praktisch unknackbar. Asymmetrisch deswegen, weil jeweils zwei Schlüssel existieren (privater und öffentlicher Schlüssel). Der private Schlüssel ist das Passwort, im übertragenen Sinn. Damit kontrolliert man seine Kryptoassets. Der öffentliche Schlüssel ist das zugehörige Psyeudonym. Einfach gesprochen: Sie stellen eine Transaktion aus, diese durch einen privaten Schlüssel verschlüsselt (signiert) und alle anderen Personen können mit ihrem eigenen öffentlichen Schlüssel verifizieren, dass diese Nachricht von Ihnen stammt.
Hier ein Beispiel wie sicher eine 256-Bit-Verschlüsselung ist. Wie es in Zukunft um die Sicherheit der Kryptografie im Hinblick auf sogenannte Quantencomputer steht, bleibt abzuwarten.
Smart Contracts
Smart Contracts funktioniert ähnlich wie Warenautomaten. Zuerst wählt man die Transaktion aus, woraufhin der Programmiercode das Ergebnis verarbeitet. Zum Schluss folgt die Handlung auf der Grundlage des Ereignisses: die Ware (z.B. Cola) wird ausgegeben. Hierbei handelt es sich um eine Automatisierung durch eine Software. Der Unterschied zwischen Smarts Contracts und dem Warenautomat ist, dass man den Programmiercode beim Warenautomat nicht sieht. Sprich man muss dem Warenautomaten vertrauen, dass er die Cola liefert. Bei den Smart Contracts hingegen sieht man genau wie sie programmiert sind und führen sich 1:1 danach aus. Interessant werden Smart Contracts in Kombination mit einer Blockchain. Auf die Inputs erfolgen automatische Handlungen (Wenn-dann-Anweisungen).
Smart Contracts sind aktuell ebenfalls umstritten, da der Umfang und die Komplexität begrenzt sind. Zudem bestehen Risiken aus nicht veränderbaren Fehlern in der Programmierung. Kritiker bemängeln häufig diese Oracle-Problematik. Es fehlt das Vertrauen in externe Schnittstellen, welche die Anweisungen aus der realen Welt einspielen.
Der Use Case “Fizzy” der AXA Versicherung zeigt wie Smart Contracts kombiniert mit einer Blockchain eingesetzt werden können. Verspätungen des Fluges lösen automatische Rückvergütung an Flugpassgiere aus.
Ein herzlichen Dank an Pascal Hügli für die Einblicke in die spannende Kryptowelt.