Bitcoin: Satoshis genialer Trick hinter Proof of Work

“Time on Bitcoin: This is where I f*** your brain out”, beginnt Strike-CEO und Bitcoin-Maximalist Jack Mallers seinen Vortrag über die Zeit bei Bitcoin. Hinter der provokanten Aussage verbirgt sich eine der wichtigsten Erkenntnisse über die Funktionsweise der Kryptowährung. Denn ohne eine zweifelsfreie Reihenfolge von Transaktionen könnte das Netzwerk nicht zuverlässig feststellen, wem welche Bitcoin gehören. Wie entscheidend diese Frage für Satoshi Nakamoto war, zeigt bereits das Bitcoin Whitepaper: Der Begriff Zeit taucht darin 24 Mal auf. "Um eine Liste darüber zu haben, wer wem was schuldet, muss man die absolute Reihenfolge der Transaktionen kennen", erklärt Mallers. https://twitter.com/80IQmindset/status/1765740844273786892 Das Problem lässt sich anhand eines einfachen Beispiels erklären. Angenommen, ich besitze 21 Euro und überweise den gesamten Betrag an meinen Freund Bob. Gleichzeitig versuche ich, dieselben 21 Euro an meine Freundin Alice zu senden. Da mein Guthaben lediglich 21 Euro beträgt, können nicht beide Zahlungen gültig sein. Das Netzwerk muss deshalb eine entscheidende Frage beantworten: Wer hat das Geld zuerst erhalten? Warum unsere Zeit für Bitcoin völlig nutzlos ist Zeit verläuft nur in eine Richtung, argumentiert Mallers. Während die Vergangenheit bekannt ist, bleibt die Zukunft ungewiss. “Ich kann die Vergangenheit nicht ändern und die Zukunft kenne ich nicht”, bringt es Jack Mallers in seiner Rede auf den Punkt. In unserer physischen Welt erscheint diese Unterscheidung selbstverständlich. Niemand kann zurückreisen und bereits geschehene Ereignisse verändern. Ebenso wenig lässt sich mit Gewissheit vorhersagen, wo man sich in 20 Jahren aufhalten wird. Vergangene Ereignisse stehen fest, zukünftige Ereignisse sind dagegen offen. Für ein digitales Netzwerk gelten jedoch andere Voraussetzungen. Computer verarbeiten zunächst Informationen, ohne dass daraus automatisch eine für sämtliche Teilnehmer verbindliche zeitliche Reihenfolge entsteht. Bitcoin muss dieses Problem unter besonders schwierigen Bedingungen lösen: Die Nodes befinden sich rund um den Globus, arbeiten unabhängig voneinander und orientieren sich nicht zwangsläufig an derselben Uhr. Wie soll ein solches Netzwerk also entscheiden, welche Transaktion zuerst stattgefunden hat? Warum Bitcoin keiner zentralen Uhr vertrauen darf Im traditionellen Finanzsystem ist die zeitliche Zuordnung von Zahlungen vergleichsweise unkompliziert. Banken verwenden die jeweils geltenden Zeitzonen und greifen bei internationalen Transaktionen häufig auf die Coordinated Universal Time (UTC) zurück. Einheitliche Zeitstempel ermöglichen es, Zahlungen auch über Ländergrenzen hinweg zeitlich einzuordnen. Für ein vertrauensloses System reicht dieser Ansatz jedoch nicht aus. Bitcoin müsste sich dabei auf Informationen von außerhalb des eigenen Netzwerks verlassen – und wäre mit dem sogenannten Orakel-Problem konfrontiert. Wie lässt sich also feststellen, ob Bob oder Alice die 21 Euro zuerst erhalten hat, wenn beide womöglich in unterschiedlichen Zeitzonen leben? Ganz einfach: Mithilfe von Bitcoins eigener Zeit. Satoshis genialer Trick mit den Zeitstempeln Die grundlegende Idee findet sich bereits im Bitcoin Whitepaper. Dort schreibt Satoshi Nakamoto: “Das Netzwerk zeitstempelt Transaktionen, indem es sie in eine fortlaufende Kette aus hashwertbasierten Arbeitsnachweisen hasht.” Ein Timestamp weist einem Block in der Blockchain ein Datum und eine Uhrzeit zu. Gemessen wird diese Zeit in "Unix Time". Dabei handelt es sich um die Anzahl an Sekunden, die seit dem 1. Januar 1970 verstrichen sind – dem Zeitpunkt, an dem das Betriebssystem Unix beziehungsweise dessen Zeitrechnung gestartet ist. Jeder Zeitstempel schließt den vorherigen in seinen Hashwert ein und bildet so eine Art Zeitkette, wobei jeder zusätzliche Zeitstempel die vorangegangenen bestärkt I Quelle: Bitcoin Whitepaper Die Zeitstempel helfen dabei, die zeitliche Einordnung der einzelnen Blöcke nachvollziehbar zu machen. Gleichzeitig sind sie Bestandteil der Datenstruktur, über die sich die Integrität der Blockchain überprüfen lässt. Jeder neue Block baut auf seinem Vorgänger auf und erhält dadurch einen festen Platz innerhalb der Kette. Wer einen bereits bestätigten Block nachträglich verändern möchte, müsste deshalb auch die darauf aufbauende Arbeit berücksichtigen. Doch nicht nur Blöcke verfügen über Zeitstempel. Auch bei Transaktionen spielt der Zeitpunkt ihrer Erstellung eine Rolle. Bei der Erzeugung einer Transaktion wird diese in Form einer digitalen Signatur festgehalten. Die Signatur basiert auf dem Inhalt der Transaktion sowie dem aktuellen Zeitstempel. So soll sichergestellt werden, dass eine Transaktion einem bestimmten Zeitpunkt zugeordnet und nicht nachträglich verändert werden kann. Proof of Work: Ein Feature, kein Bug Proof of Work wird gern benutzt, um Bitcoin durch den Dreck zu ziehen. Mal ist es der "zu hohe Energieverbrauch", dann sind "660.000 olympische Schwimmbecken" zu viel, die die Krypto-Leitwährung bedarf: Kritiker zerreißen sich das Maul über Bitcoins Konsensmechanismus. Dabei ist Proof of Work ein Feature und kein Bug: Die Nutzer haben sich nicht ohne Grund – das auf "Proof of Stake"-basierende Bitcoin ist klanglos gescheitert – für das energieintensive Netzwerk entschieden. Auch Satoshi sieht Proof of Work als eine obligatorische Notwendigkeit. "Um einen verteilten Zeitstempelserver auf Peer-to-Peer-Basis zu implementieren, müssen wir Proof of Work verwenden", schreibt er. Jack Mallers formuliert denselben Gedanken drastischer: “Wenn ich die Zeit im verdammten Internet ohne jegliches Vertrauen erschaffen will, muss ich Proof of Work verwenden. Das ist die einzige Möglichkeit.” Der Grund: Die digitale Welt verstehe Zeit nicht, die physische Welt dagegen schon. Dahinter steckt Bitcoins unwiderlegbare Vergangenheit Proof of Work stellt eine Verbindung zwischen der physischen und der digitalen Welt her. Beim Mining wenden Miner Rechenleistung und damit Energie auf, um einen gültigen Arbeitsnachweis zu erzeugen. Dieser Nachweis lässt sich anschließend von sämtlichen Teilnehmern des Netzwerks überprüfen. Entscheidend ist die Asymmetrie zwischen Vergangenheit und Zukunft. Die für einen bereits gefundenen Block erbrachte Arbeit kann nachvollzogen und kontrolliert werden. Wie viel Arbeit künftig erforderlich sein wird und welcher Miner den nächsten gültigen Block findet, bleibt dagegen ungewiss. Ein Blick auf die Blockchain verdeutlicht dieses Prinzip. Die Blockchain (oder Timechain) ähnelt einem Zeitstrahl, nur verkehrt herum I Quelle: Mempool.space Die lila Blöcke stehen für bereits geleistete Arbeit. Jeder Node-Betreiber kann die darin enthaltenen Daten überprüfen. Was in den goldenen Blöcken stehen wird, ist dagegen ungewiss. Niemand kann im Voraus wissen, welcher Miner den nächsten Block findet. Damit entsteht Block für Block eine Vergangenheit, deren Reihenfolge für die Teilnehmer des Netzwerks nachvollziehbar und überprüfbar ist. Jack Mallers macht es kurz: Proof of Work und die von Satoshi entwickelte Zeitrechnung ermöglichen Bitcoin vor allem eines – eine unwiderlegbare Vergangenheit. Redaktioneller Hinweis: Der Artikel erschien zuerst am 9. Juni 2024 und wurde vor Wiederveröffentlichung inhaltlich geprüft.

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