Bitcoin Grundlagen

Nachfolgend werden die bis heute bekannten Fakten zur digitalen Währung Bitcoin, von der Entstehung bis zum Mining, beschrieben.

1    Bekannte Probleme und neue Idee

1.1     Probleme der konventionellen Geldwährungen

Heutige Geldwährungen, auch Fiat-Währungen genannt, werden von Zentralbanken kontrolliert und ausgegeben. Je nach wirtschaftlicher Situation wird der Geldfluss erhöht oder gebremst, was wiederum die Zinsen beeinflusst. Ist mehr Geld im Umlauf, geben die Banken das Geld zu tiefen Zinsen an ihre Kunden, diese kaufen mehr ein, was die Wirtschaft belebt. Geht es den Leuten zu gut, wird viel Geld ausgegeben und alles wird immer teurer, es droht eine Inflation. Wird die Geldmenge zu stark beschränkt, geben es die Leute nicht mehr aus, der wirtschaftliche Aufschwung wird gebremst und es droht eine Deflation. Auf diese Weise kann eine Zentralbank, in der Schweiz ist das die Nationalbank, die Geldmenge ihres Landes steuern. Die Banken verwalten das Geld ihrer Kunden, führen für diese Transaktionen aus und verlangen für die genannten Dienstleistungen entsprechende Gebühren. Dieses System verlangt ein hohes Mass an Vertrauen. Einerseits in die Zentralbanken, dass sie die Währung nicht entwertet und andererseits in die Banken, dass sie die Privatsphäre ihrer Kunden wahren und deren Konto vor fremdem Zugriff schützen.

1.2     Die Idee

Satoshi Nakamoto, ein Pseudonym für einen oder mehrere unbekannte Gründer der digitalen Währung Bitcoin, sah das Kernproblem konventioneller Währungen genau in der oben beschriebenen beliebigen Vermehrung des Geldes und dem nötigen Vertrauen in das zentralisierte System. So kam er auf die Idee, eine Währung zu schaffen, die losgelöst von irgendwelchen Institutionen denen Vertrauen entgegengebracht werden muss oder die die Geldmenge beeinflussen können. Die Tatsache, dass alle früheren Versuche, wie z.B. „eCash“ der Firma Digicash, am nötigen Vertrauen gegenüber Dritt-Firmen scheiterten, gaben Nakamoto die Sicherheit, dass ein „Non-Trusted-System“ die Lösung sein müsste. Mit einem direkten und anonymen Online-Zahlungssystem wollte er nicht nur Banken, sondern auch andere Vermittler wie den Zahlungsdienst „PayPal“ oder Kreditkarten umgehen. Desweiteren wollte er die technische Abhängigkeit von zentralen Servern unterbinden und in einem dezentralen Peer-to-Peer System die Möglichkeit für direkte Transaktionen zwischen Bitcoin-Käufern und -Verkäufern schaffen.

2    Entstehung

Als Ergänzung zur nachfolgenden Beschreibung zur Entstehung von Bitcoin, findet sich unter https://en.bitcoin.it/wiki/History eine chronologische Zusammenfassung der Bitcoin-Geschichte.

2.1     Entwicklung von Bitcoin

Unter dem Pseudonym Satoshi Nakamoto ist im November 2008 im Internet ein White-Paper (wissenschaftlicher Aufsatz) mit dem Titel „Bitcoin – A Peer-to-Peer Electronic Cash System“ erschienen. Es beschrieb Bitcoin als neuartiges, computerbasiertes Währungssystem.

Der Name Bitcoin ist ein Kunstwort aus den Begriffen Bit (binary digit, zu Deutsch: Binärziffer) und Coin (zu Deutsch: Münze). Innerhalb von nur 3 Monaten entwickelte Nakamoto die erste Version von Bitcoin und stellte sowohl den Quell-Code der Software wie auch den zum Kauf und Verkauf von Bitcoin nötigen Client ins Internet.

2.2     Der anonyme Gründer

Seit der Name Satoshi Nakamoto im Jahre 2008 auftauchte, versuchen Bitcoin-Anhänger, wie auch die Medien, herauszufinden wer hinter diesem Pseudonym steckt. Bis heute konnte dieses Geheimnis nicht gelüftet werden. Im Dokumentar-Film „The rise and rise of Bitcoin“ wird gezeigt, wie ein Journalist einen 64-Jährigen Japaner, mit dem Namen Dorian Satoshi Nakamoto, der in Los Angeles lebt, zu einem Mittagessen einlädt, um herauszufinden, ob er der Gründer von Bitcoin ist. Der Japaner lachte nur und erklärte, dass er noch nie von Bitcoin gehört habe und in einfachen Verhältnissen und ohne jeglichen Gebrauch von Elektronik lebe. Nachdem auch verschiedene Weggefährten Nakamotos, die die Open-Source-Software Bitcoin mitentwickelt haben, aussagen, dass sie Satoshi Nakamoto nie persönlich getroffen haben und nur per Mail mit ihm Kontakt hatten, sind wohl die letzten Anstrengungen, das Geheimnis um dieses Pseudonym zu lüften, eingestellt worden.

Ein Kenner der Bitcoin-Szene erklärte den Grund weshalb der Bitcoin-Gründer anonym bleiben möchte so: „Ich gehe davon aus, dass Satoshi Nakamoto in einer Firma angestellt ist. Damit er das Recht an seiner Entwicklung der digitalen Währung nicht an seinen Arbeitgeber abgeben muss, hat er sich ein Pseudonym, eben Satoshi Nakamoto, zugelegt.“

2.3     Erster Bitcoin-Block

Bitcoins werden vom Netzwerk mittels Mining in sogenannten Blocks erzeugt (siehe Kapitel 2.5). Evtl. Mining-Thema hier noch weiter erwähnen.

Mit der ersten Version des Bitcoin-Clients „bitcoind“ wurden die ersten Bitcoins auf einem normalen Computer erzeugt. Satoshi Nakamoto generierte den so genannten „Genesis Block“ mit den ersten 50 Bitcoins am 3. Januar 2009.

Untenstehende Abbildung zeigt den Genesis-Block (links oben) als ersten Block der Blockchain.

Quelle: Conrad (2013: Pos. 118)

2.4     Erste Nutzung

Im Jahr 2009 war das Projekt Bitcoin erst einem kleinen Kreis von Internet-Nutzern bekannt. Dieser Kreis betrieb hauptsächlich Handel von Bitcoins untereinander und befasste sich mit der Weiterentwicklung der Software. Am 21. Mai 2010 war es soweit, die erste kommerzielle Nutzung von Bitcoin wurde in einem mittlerweile legendären Handel durchgeführt. Ein Amerikaner bot 10’000 Bitcoins für die Lieferung von zwei Pizzas. Der User „laszlo“ in England nahm das Angebot an, bestellte per Ferngespräch in den USA zwei Pizzas und liess diese an die Adresse des Auftraggebers liefern. Was damals einem Wert von 25 US Dollar entsprach, wären die zwei Pizzas im Februar 2016 ca. 4 Millionen US Dollar wert!

2.5     Handelsplattformen

Kurze Zeit nach dem legendären Pizza-Handel nahm die erste Handelsplattform, Mt. Gox, ihren Betrieb auf. Damit konnte ab dem 17. Juli 2010 über diese leicht zugängliche Handelsplattform Bitcoins in andere Währungen, wie zum Beispiel EUR oder USD getauscht oder mit der Landeswährung Bitcoins gekauft werden. Später nahmen diverse Bitcoin-Börsen, hauptsächlich in den USA und in China, ihren Dienst auf, womit auch regelmässig offizielle Bitcoin-Kurse zustande kamen.

Bis im März 2013 wurden 60% des weltweiten Bitcoin-Handels über Mt. Gox abgewickelt. Mt. Gox schien aber einige Sicherheitslücken zu haben, weshalb sie mehrfach von Hackern angegriffen wurde, was zu Handelsausfällen und Verlusten der von Kunden anvertrauten Geldern resp. deren Bitcoins führten. Im Juni 2013 stoppte Mt. Gox die Auszahlungen in Fiat-Währungen und musste kurze Zeit später ihren Dienst komplett einstellen und bei einem Japanischen Gericht Gläubigerschutz beantragen, um Konkurs anzumelden. Zu diesem Zeitpunkt gab Mt. Gox bekannt, dass niemand wirklich wüsste, wo ca. 850’000 Bitcoins verblieben waren. Ob das Verschwinden der Bitcoins auf einen weiteren Hackerangriff zurückzuführen war, ob sie weitere Probleme mit dem Bug „Transaction malleability“, mit dem sie schon früher zu kämpfen hatten, oder die Besitzer von Mt. Gox das Geld in die eigenen Taschen verschwinden liessen, ist bis zum heutigen Zeitpunkt unklar. Das Konkursverfahren in Japan ist noch nicht abgeschlossen (Stand Oktober 2014).

Bilder vom Handel bei Mt.Gox, wie in Abbildung 2, gehören der Vergangenheit an.

Quelle: Spiegel Online (2014)

3    Vor- und Nachteile

Je nach Nutzung von Bitcoin ergeben sich unterschiedliche Vor- und Nachteile. Wie nachfolgend dargestellt, sind die Vor- und Nachteile auch von den Benutzergruppen (Privatpersonen und Dienstleister) abhängig.

3.1     Vorteile

Für Dienstleister, die Bitcoin als Zahlungsmittel akzeptieren, hat das Bitcoin-System folgende Vorteile:

• Es müssen keine Kartenlesegeräte, wie für Kreditkarten, oder NFC-Terminals (Near Field Communication) angeschafft werden.
• Die Geldüberweisung erfolgt sofort und die Transaktion ist im Bitcoin-System irreversibel. Der Händler braucht also keine Rückbuchungen zu befürchten, wie es bei Kreditkarten bis zu 180 Tage nach dem Kauf möglich ist.
• Es fallen keine Zahlungsgebühren an, wie sie bei Kreditkarten bis zu 3% und bei Maestro-Karten bis zu 0.3% vom Umsatz anfallen.
• Aufgrund der Möglichkeit, dass Käufer und Verkäufer in direktem Kontakt stehen und Geld quer über den Globus transferieren können, ist kein Händler auf Dienstleistungen von Banken oder weitere Infrastruktur, als ein Internet-Zugang, angewiesen. Dies ermöglicht es auch Gewerbetreibenden aus einfachen Ländern, ihre Ware online, und somit weltweit, anzubieten.

Aus Sicht von Privatpersonen oder Käufern von Waren mittels Bitcoin bieten sich die folgenden Vorteile:

• Während bei einem Kauf mittels Kreditkarte volle Transparenz bzgl. dem Käufer besteht, kann der Käufer mit Bitcoin anonym bleiben.
• Es muss kein Vertrauen in eine Bank bzgl. Gewährleistung meiner Privatsphäre aufgebracht werden.
• Da keine Gebühren erhoben werden ,können auch Zahlungen über sehr kleine Beträge, sogenanntes Micropayment, getätigt werden.
• Insbesondere im Ausland kann durch die wegfallenden Umtauschgebühren von einer Währung in die lokale Währung oder durch Kreditkarten-Gebühren, viel Geld gespart werden.

3.2     Nachteile

Für Dienstleister, die Bitcoin als Zahlungsmittel akzeptieren, hat das Bitcoin-System folgende Nachteile:

• Die Volatilität, also die stark schwankenden Wechselkurse, hält viele Gewerbetreibende davon ab, eine Kryptowährung wie Bitcoin als Zahlungsmittel zu akzeptieren. Ein solch schwankender Wert des Bitcoin verunmöglicht eine genaue Kalkulation.
• Um die Risiken der Volatilität zu minimieren, gibt es für die Dienstleister die Möglichkeit einen Zahlungsdienst zu engagieren, der am Ende des Tages die Bitcoin-Umsätze in die gewünschte Währung wechselt und dem Bank-Konto des Dienstleisters gutschreibt. Dies hat aber den Nachteil, dass so Gebühren an den Zwischenhändler von ca. 1% fällig werden.

Für Privatpersonen hat das Nutzen von Bitcoin folgende Nachteile:

• Für Leute ohne Technik-Affinität ist es ein komplizierter Weg bis die erste Zahlung mit Bitcoin getätigt werden kann
• Da sämtliche mit Bitcoin getätigten Transaktionen in der Blockchain festgehalten werden, wächst die Grösse der Blockchain ständig an. Deren Download kann bei erster Inbetriebnahme ziemlich lange dauern und es muss bei Nutzung eines lokalen Wallets der entsprechende Speicherplatz zur Verfügung gestellt werden.
• Die bei den Dienstleistern angesprochene Volatilität kann sich für Spekulanten, die auf einen steigenden Wechselkurs hoffen, natürlich ebenso negativ auswirken.
• Risiko nach Verlust (Verbot, Sicherheitslücken und Volatilität)

4    Funktionsweise

4.1     Kauf und Preis

Um in den Handel mit Bitcoin einzutreten, müssen zuerst Bitcoins erstanden werden. Dies kann auf zwei Arten geschehen. Man kann sie von anderen Nutzern gegen Geld, Ware oder Dienstleistung erwerben, resp. über eine Handelsplattform kaufen. Die zweite Möglichkeit ist, Bitcoins durch Mining selbst zu erstellen. In jüngster Zeit kam durch Bitcoin-Automaten eine dritte Möglichkeit des Bitcoin-Kaufs dazu. An diesen Automaten kann die Einzahlung von Bargeld dem Bitcoin-Konto gutgeschrieben werden.

In den Anfangszeiten von Bitcoin fand nur ein Handel unter den Nutzern des Netzwerks statt. Über den Internet-Chat-Kanal „#bitcoin-otc“ wurden Tauschangebote eingestellt. Um den Handel mit Bitcoin zu erleichtern, entstanden bald einige Online-Plattformen. Ein Bitcoin-Experte nennt Ende 2014 die folgenden drei Handelsplattformen zu den führenden Bitcoin-Anbietern:

• BTC China (btcnCNY)
• Bitfinex (bitfinexUSD)
• BitStamp (bitstampUSD

Der Wechselkurs für die Bitcoins kommt wie jeder andere Kurs eines Wirtschaftsguts zustande, nämlich durch Angebot und Nachfrage. Im Preis der Bitcoin-Währung sind jedoch noch weitere Faktoren berücksichtigt:

• Geldmenge: Die Zahl der Bitcoins ist auf 21 Millionen Stück, die bis ins Jahr 2040 generiert werden sollen, limitiert.
• Vertrauen in das System: Bitcoin ist nicht durch physische Werte abgesichert und auch nicht durch staatliche Garantien gedeckt.
• Verbreitung: Je verbreiteter die Nutzung von Bitcoin ist, desto stärker wird auch der Wert steigen.
• Sicherheit: Je sicherer das System und die Transaktionen sind, desto mehr Nutzer werden sich für Bitcoin entscheiden.
• Liquidität: Je einfacher Bitcoins gekauft und verkauft werden können, desto höher ist die Chance auf einen steigenden Wert. Bei kleinen Märkten besteht das Risiko, dass nicht zu jedem Zeitpunkt ein Käufer oder Verkäufer gefunden werden kann.

4.2     Speichern der gekauften Bitcoins

Um die erstandenen Bitcoins zu speichern, ist ein sogenanntes Wallet, ein Portmonee, nötig. Dies kann bei einem Anbieter eines Bitcoin-Clients online eingerichtet oder aber der Client lokal auf dem eigenen Computer oder Smartphone gespeichert werden. Das Wallet ist eher mit einem Schlüsselbund als mit einem Portmonee zu vergleichen. Im Wallet werden die eigenen Bitcoin-Adressen, vergleichbar mit einer Bank-Konto-Nummer, gespeichert. Die Adressen bestehen immer aus einem Paar von Schlüsseln, die nach einem bestimmten Algorithmus erstellt wurden. Der öffentliche Schlüssel dient dazu die Adresse zu identifizieren, der private Schlüssel ermöglicht dem Nutzer den Zugang zu den mit der Adresse verknüpften Bitcoins. Da das Wallet alles beinhaltet, um über das virtuelle Geld verfügen zu können, ist es wichtig regelmässige Backups zu erstellen. Bei einem Verlust des Computers oder eines Hardware-Defekts, wären die Bitcoins verloren. Um dem zweiten Risiko, dem des mutwilligen Zugriffs durch Hacker oder Trojaner, zu begegnen, sollte das Wallet verschlüsselt oder mit einem sicheren Passwort versehen werden.

Ein Wallet verwaltet beliebig viele Bitcoin-Adressen.
Quelle: Kannenberg et al. (2013: Pos. 637)

Mittlerweile existieren verschiedene Apps die als Wallet benutzt werden können. Für das iPhone habe ich persönlich gute Erfahrungen mit der einfach zu bedienenden App „bread wallet“ gemacht.

4.3     Transaktionen

Jeder Handel mit Bitcoin generiert eine Transaktion im System. Die Transaktion teilt dem Netzwerk mit, dass Geld von einer Bitcoin-Adresse an eine andere überwiesen wurde. Das Bitcoin-System stellt sicher, dass Bitcoins nicht gefälscht oder zweimal ausgegeben werden können. Um das unter dem Begriff „Double-Spending“ bekannte doppelte Ausgeben eines Bitcoins zu verhindern, arbeitet Bitcoin mit einem kollektiven Buchführungssystem. Die Blockchain, das ewige Rechnungsbuch, vermerkt jede Transaktion und den Verbleib jeder virtuellen Münze. Die in der Blockchain aneinandergereihten Blöcke, wurden von Minern errechnet. Da die durch das Mining erstellten Blöcke alle bisher getätigten Transaktionen enthalten, ist jeder neu geschaffene Bitcoin ein Unikat, das macht das System fälschungssicher.

Schauen wir uns nun an, wie eine Transaktion entsteht, wenn ein Käufer einem Dienstleister etwas abkaufen und dies mit Bitcoins bezahlen möchte. Käufer und Verkäufer müssen über eine Bitcoin-Adresse und somit über den öffentlichen, wie auch einen privaten Schlüssel verfügen. Nun kann der Käufer eine Transaktion von seiner, an die ihm bekannte Adresse des Verkäufers erstellen. Mit dem privaten Schlüssel unterschreibt der Käufer die Transaktion kryptografisch und bestätigt so dem System, dass er tatsächlich Geld an die angegebene Adresse überweisen möchte. Ein Hash, nach einem bestimmten Algorithmus errechneter Wert des öffentlichen Schlüssels, identifiziert die Bitcoin-Adresse. Jetzt schickt der Client des Käufers die Transaktion ins Peer-to-Peer Netzwerk. Der Client des Verkäufers erfährt von der Überweisung und kann mit dem öffentlichen Schlüssel des Verkäufers die Signatur der Transaktion überprüfen. Die digitalen Signaturen gewährleisten, dass nur der Empfänger den Bitcoin-Betrag wieder ausgeben kann. Versucht der Empfänger den erhaltenen Betrag mehrfach auszugeben, wird mittels Zeitstempel-Kontrolle nur die erste Transaktion vom System akzeptiert.

Quelle: Kannenberg et al. (2013: Pos. 534)

5    Mining

Da Bitcoins noch nicht in vollständiger Anzahl vorhanden sind, muss dieses virtuelle Geld zuerst geschaffen werden. Dies erfolgt mittels dem sogenannten Mining (zu Deutsch: schürfen). Mit diesem Begriff sollte eine Analogie zum Gold schürfen hergestellt werden, denn wie beim Gold sind die zu schürfenden Bitcoins bereits vorhanden, sie müssen aber zuerst gefunden werden.

An Mining können sich alle beteiligen, die gewillt sind in Rechenpower zu investieren. Mit leistungsfähigen Computern müssen schwierige Rechenaufgaben gelöst werden, um Hash-Werte zu berechnen, die bei Erfolg zu neuen Einheiten der virtuellen Währung führen. Diese neu geschaffenen Bitcoins können die Miner an eine Bitcoin-Börse oder private Abnehmer verkaufen und die Bitcoins so in eine herkömmliche Währung umtauschen. Je mehr Leute sich am Mining-Prozess beteiligen, desto schwieriger werden die zu lösenden Aufgaben, denn der sogenannte Difficulty-Factor richtet sich nach der aktuell für das Mining zur Verfügung stehenden Rechenpower. Auf der Internetseite http://bitcoin.sipa.be/ können aktuelle, sowie historische Werte bzgl. Rechenleistung eingesehen werden. Während die Hash-rate (Anzahl Rechenaufgaben die pro Sekunde gelöst werden) bis im September 2014 kontinuierlich zugenommen hat, ist ab Oktober 2014 eine deutliche Abschwächung der Anzahl Hashs pro Sekunde (siehe Abbildung 5, linke Skala) und somit auch des Difficulty-Factors (siehe Abbildung 5, rechte Skala) zu sehen. Das gibt einen Hinweis darauf, dass die Zunahme der sich am Mining-Prozess beteiligenden Leute und der damit zusammenhängenden Rechenleistung rückläufig ist.

Sieht man sich die aktuellen Werte auf http://bitcoin.sipa.be/ an, ist ersichtlich, dass seit November 2015 die Hash-Rate und somit auch der Difficulty-Factor wieder stark zugenommen haben.

Quelle: http://bitcoin.sipa.be/

Da sich weniger Leute am Mining-Prozess beteiligen und somit weniger Rechenleistung zur Verfügung steht, zeigt die in Abbildung 6 dargestellte Daily growth-rate (tägliche Zunahme der errechneten Hash-Werte) ebenfalls eine Abschwächung. Sie ist zwar immer noch im positiven Bereich, kommt aber im Oktober 2014 nur noch auf einen Wert von 0.5%, während sie anfangs 2014 noch bei 2% täglicher Zunahme lag.

Quelle: http://bitcoin.sipa.be/

Seit Beginn des Bitcoin-Schürfens wurden die Rechenaufgaben immer schwieriger und entsprechend leistungsfähiger müssen heutige Rechner sein. Mit steigendem Schwierigkeitsgrad, wurde immer leistungsfähigere Hardware, insbesondere Grafikkarten benötigt, die jedoch einen hohen Energieverbrauch hatten. Alternativen wie FPGA’s (Field Programmable Gate Arrays) und ASIC’s (Application Software in an Integrated Circuit) kamen auf den Markt, um dem steigenden Schwierigkeitsgrad und dem enormen Energieverbrauch entgegen zu halten. Die ASIC-Modelle sollten bis zu 100 Mal schneller rechnen als durchschnittliche Grafikkarten und dabei nur 60 bis 100 Watt Strom verbrauchen. Auf diese Weise stieg der Schwierigkeitsgrad des Minings so stark an, dass mit bisher eingesetzter Hardware, keine nennenswerten Bitcoin-Beträge mehr verdient werden konnten und das Mining für Privatpersonen heute nicht mehr lukrativ ist.

Bitcoins werden im Bitcoin-Netzwerk in durchschnittlich 10 Minuten, als Teil eines Blocks erzeugt. Damit die gesamte Menge an Bitcoins nicht zu schnell erzeugt wird, halbieren sich die in den Blöcken enthaltenen Einheiten alle 210’000 Blöcke, was einem ungefähren Zeitraum von vier Jahren entspricht. Ursprünglich bestand ein Block aus 50 Bitcoins, die erste Halbierung auf 25 Stück erfolgte am 28. November 2012.

Abbildung 7 veranschaulicht, wie ein Miner zu seinen Bitcoins gelangt. Es müssen Rechenaufgaben gelöst und so Hashs gebildet werden, was bei korrektem Resultat mit Bitcoins belohnt wird. Da die Rechenaufgabe kaum beim ersten Versuch korrekt gelöst wird, muss mit Annäherungswerten (siehe Nonce in untenstehender Abbildung) gearbeitet werden.

Quelle: Kannenberg et al. (2013: Pos. 571)