Am 31. Oktober 2008 veröffentlichte eine Person, die sich selbst unter dem Decknamen Satoshi Nakamoto nannte, eine wissenschaftliche Arbeit mit dem Titel Bitcoin: Ein elektronisches Peer-to-Peer-Kassensystem. In diesem White Paper beschreibt er die Hauptprinzipien des zukünftigen Bitcoin-Protokolls.
Es ist fast 15 Jahre her, seit das Weißbuch veröffentlicht wurde, und trotz der vielen Entwicklungen, die seitdem am Protokoll vorgenommen wurden, ist dieses Papier kein bisschen gealtert. Es ermöglicht uns auch heute noch, die ersten Ziele von Bitcoin und die ausgeklügelten Mechanismen zu verstehen, die sein reibungsloses Funktionieren ermöglichen. Wenn es ein Buch gibt, das Sie lesen sollten, um Bitcoin zu verstehen, dann ist es dieses.
Da es sich um eine wissenschaftliche Arbeit handelt, mag es streng erscheinen, sie zu lesen. In diesem Artikel werden wir einfach erklären, was Satoshi Nakamoto im Bitcoin-Whitepaper beschreibt.
Das Bitcoin-Weißbuch beleuchtet zunächst die Einschränkungen elektronischer Transaktionssysteme, die bereits 2008 existierten. Im zweiten Satz prangert Satoshi die Schwächen des Vertrauensmodells für diese Zahlungen an, die auf Dritte angewiesen sind.
Ihm zufolge sind elektronische Zahlungssysteme mit Kosten und Unsicherheiten verbunden, insbesondere im Hinblick auf Konfliktlösung und Betrug. Sie ermöglichen keine kleinen Transaktionen und sind für einige Händler nicht geeignet, da sie nicht die Möglichkeit irreversibler Zahlungen bieten.
Um dieses Problem zu lösen, schlägt Satoshi vor, ein elektronisches Zahlungssystem zu verwenden, das auf kryptografischen Beweisen und nicht auf Vertrauen basiert. Er möchte, dass zwei Parteien in der Lage sind, eine Transaktion ohne das Eingreifen einer zentralen Behörde durchzuführen. Dieses System ist Bitcoin.
Wenn wir diese Einführung analysieren, verstehen wir, dass das Hauptziel von Bitcoin darin bestand, ein elektronisches Zahlungssystem anzubieten, das kein Vertrauen erfordert. Schließlich wollte Satoshi, wie der Titel des Weißbuchs beschreibt, ein elektronisches Peer-to-Peer-Geldsystem schaffen.
Am Ende der Einführung erklärt Satoshi, dass das Bitcoin-Protokoll in erster Linie ein Vorschlag ist, um das Problem der doppelten Ausgaben durch die Verwendung eines verteilten Zeitstempelservers zu lösen, aber darauf werde ich in den nächsten Teilen näher eingehen.
Transaktionen
In diesem zweiten Teil beschreibt Satoshi Nakamoto, was eine Münze auf Bitcoin darstellt. Er erklärt uns, dass diese Münzen durch eine Kette von elektronischen Signaturen dargestellt werden. Schließlich beschreibt er, was später als „UTXOs“ bezeichnet werden wird, d. h. ungenutzte Transaktionsabflüsse.
Die Person, die Bitcoins erhält, kann dann die verschiedenen vorherigen elektronischen Signaturen überprüfen, um zur Erstellung der Münze zurückzukehren. Auf diese Weise kann er überprüfen, ob die Bitcoins, die er erhält, legitim sind.
Ein asymmetrisches Kryptographiesystem wird verwendet, um Schlüsselpaare und Signaturen zu generieren. In diesem Teil sollte verstanden werden, dass öffentliche Schlüssel zum Empfangen von Bitcoins verwendet werden und dass private Schlüssel zum Signieren und Ausgeben von Bitcoins verwendet werden.
In dem Absatz, der auf dieses Diagramm folgt, beschreibt Satoshi ein Problem mit Peer-to-Peer-E-Geldsystemen: Die doppelten Ausgaben. In einem zentralisierten System gibt es wie bei Banken eine zentrale Stelle, die dafür verantwortlich ist, dass dieselbe Währungseinheit nicht zweimal ausgegeben wird. Wenn Alice zum Beispiel 10$ auf ihrem Bankkonto hat und sie an Bob schickt, dann kann Alice dieselben 10$ nicht an Charles zurückschicken. Auf diese Weise verhindert die Bank doppelte Ausgaben.
In einem dezentralen System wie Bitcoin möchten Sie jedoch nicht, dass Zahlungen von einer zentralen Stelle wie einer Bank abhängig sind. Denken Sie an Satoshis Einführung: Sie müssen das Vertrauen in das System überflüssig machen.
Dann erklärt er uns, dass für den Begünstigten einer Transaktion ein Weg erforderlich ist, um sicherzustellen, dass der vorherige Besitzer der Münze in der Vergangenheit nicht bereits dieselbe Münze ausgegeben hat. Mit anderen Worten, der Begünstigte muss in der Lage sein, die Nichtexistenz einer früheren Transaktion sicherzustellen. Und laut Satoshi Die einzige Möglichkeit, das Fehlen einer Transaktion zu bestätigen, besteht darin, alle Transaktionen zu kennen.
Zeitstempelserver
Jeder Teilnehmer muss daher Zugriff auf alle vergangenen Transaktionen haben, um nachweisen zu können, dass er nach Erhalt einer Transaktion tatsächlich der erste ist, der die getätigten Bitcoins ausgibt. Zu diesem Zweck stützt sich das Bitcoin-Protokoll auf einen verteilten Zeitstempelserver. Das kennen Sie wahrscheinlich unter dem Namen „Blockchain“. Transaktionen werden in Blöcke gruppiert, und jeder Block wird nacheinander veröffentlicht. Wir können dann einer veröffentlichten Transaktion eine Uhrzeit zuordnen und bestätigen, dass sie zum Zeitpunkt des Zeitstempels existierte.
Jeder Block enthält den Aufdruck des vorherigen Blocks, um eine Kette zu bilden, sodass jeder neue Block den vorherigen verstärkt. Deshalb sprechen wir heute von „Blockchain“.
Dieser Server muss an alle Benutzer verteilt werden, damit jeder bestätigen kann, dass eine Transaktion in der Vergangenheit nicht existiert hat, ohne einen vertrauenswürdigen Dritten zu verwenden. Auf diese Weise werden doppelte Ausgaben für das Bitcoin-System vermieden.
Nachweis der Arbeit
Dies ist einer der interessantesten Teile des Whitepapers, da Proof-of-Work den Kern von Bitcoin darstellt. Satoshi stellt uns dieses Konzept als einen dem Protokoll ähnlichen Mechanismus vor. Hashcash von Adam Back.
Damit ein Block innerhalb der Blockchain als gültig angesehen wird, muss der Hash seines Headers kleiner als ein bestimmtes Ziel sein. Ein Wert, der frei angepasst werden kann (die Nonce), wird in jedem Block erhöht. Die Teilnehmer können also mehrere Zufallswerte ausprobieren, bis der Hash ihres Blocks kleiner als das Ziel ist. Dieser Prozess wird heute als „Mining“ bezeichnet.
Satoshi weist uns darauf hin, dass die Änderung eines Blocks in der Vergangenheit, da die Blöcke miteinander verknüpft sind, zwangsläufig die Überprüfung aller Arbeitsnachweise der späteren Blöcke erfordert. Aus diesem Grund wird eine Bitcoin-Transaktion immer unveränderlicher, wenn neue Blöcke abgebaut werden.
Das Ziel wird in regelmäßigen Abständen angepasst, um den Mining-Schwierigkeitsgrad an die Entwicklung der im Netzwerk eingesetzten Rechenleistung anpassen zu können.
Technisch gesehen löst Proof of Work somit das Problem der Definition des Mehrheitsentscheidungsprozesses in einem Peer-to-Peer-System. Tatsächlich haben wir im vorherigen Teil gesehen, dass alle Benutzer ihren eigenen Zeitstempelserver verwalten müssen, der alle ausgeführten Transaktionen auflistet. Wir brauchen also eine Möglichkeit, wie sich die Teilnehmer auf eine einzigartige Version dieser Blockchain einigen können. Um dies zu erreichen, betrachten ehrliche Knoten im Netzwerk die Blockchain mit der größten Menge an angesammelter Arbeit als die legitime.
Bis 2010 war Satoshi der Meinung, dass die längste Kette die Kette ist, die am meisten Arbeit angesammelt hat. Deshalb spricht er in seinem Weißbuch von der „längsten Kette“. Es ist jedoch die Kette mit der am meisten gesammelten Arbeit, die von Bitcoin-Knoten seit 2010 als gültig angesehen wird. Dieser Kanal ist daher nicht unbedingt der längste, im Gegensatz zu dem, was Satoshi 2008 dachte.
In der Tat muss ein Weg gefunden werden, damit die Teilnehmer für die Version des Kanals stimmen können, die sie für legitim halten. Da wir nicht wollen, dass sich Bitcoin auf eine zentrale Behörde verlässt, ist es offensichtlich unmöglich, die Identität jedes Teilnehmers zu überprüfen, um Betrug im Wahlsystem zu vermeiden. Wir müssen daher einen Wahlweg finden, der auf objektiven Daten basiert, damit das Netzwerk nicht auf menschliche Eingriffe angewiesen ist.
Satoshi erklärt uns, dass Bitcoin hätte verordnen können, dass eine IP-Adresse einer Abstimmung entspricht. Das Problem mit diesem Mechanismus ist jedoch, dass es sehr einfach ist, IP-Adressen zu multiplizieren, um zu betrügen und das Ergebnis der Abstimmung zu beeinflussen. Das nennen wir in der Informatik einen Sybil-Angriff.
Im Gegenteil, Satoshi löste dieses Problem des Mehrheitsentscheidungsprozesses, indem er Proof-of-Work verwendete und verfügte, dass sich die Knoten auf der Kette mit der größten Menge an angesammelter Arbeit synchronisieren. Eine Abstimmung über Bitcoin entspricht also einer Einheit Rechenleistung. Der Mehrheitsentscheidungsprozess basiert auf objektiven Daten, die dem Benutzer Kosten in Bezug auf Stromverbrauch und Prozessorzeit auferlegen.
Proof-of-Work besteht im Wesentlichen aus einer CPU-ein-Stimme.
Kurz gesagt, der Nachweis der Arbeit ermöglicht es, der Stimmenvervielfachung erhebliche Grenzkosten aufzuerlegen. Es handelt sich also um eine Maßnahme zur Begrenzung der Sybil-Angriffe auf den Mehrheitsentscheidungsprozess des Bitcoin-Protokolls.
Mit diesen ersten Teilen bietet uns Satoshi Nakamoto bereits einen ersten Überblick über die Mechanismen des Bitcoin-Protokolls. Wir stellen fest, dass das Betriebsframework auf digitalen Signaturen basiert, die den Transfer von Münzen ermöglichen. Dies ermöglicht die Kontrolle über die Immobilie, verhindert jedoch nicht das Risiko doppelter Ausgaben. Ein verteilter Zeitstempelserver (die Blockchain) wird dann verwendet, um vergangene Zahlungen aufzuzeichnen, sodass bestätigt werden kann, dass keine Transaktion stattgefunden hat. Damit sich die Nutzer auf eine einzige Version dieser Blockchain einigen können, verwendet Bitcoin einen etablierten Konsensmechanismus, der auf Arbeitsnachweisen basiert.
Wir müssen jedoch noch mehrere Teile gemeinsam analysieren. Wir müssen bis zur Veröffentlichung unserer warten nächster Artikel, nächste Woche, um mehr zu erfahren. Dort werden wir entdecken:
wie das Bitcoin-Netzwerk funktioniert;
der Bergbaubonus und die Geldausgabe;
Speicherplatzbedarf und die Lightweight Node-Option;
die Struktur einer Bitcoin-Transaktion;
und die Vertraulichkeit von Zahlungen.
Abschließend erkläre ich Ihnen einfach den berühmten Teil 11 des Weißbuchs, der auf den ersten Blick streng erscheinen mag, aber für das Verständnis von Bitcoin von größter Bedeutung ist.
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