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1 Wie funktioniert eine Transaktion?

In diesem Abschnitt möchten die Autoren versuchen, den Ablauf und die notwendigen Schritte für das Auslösen einer Transaktion beschreiben.

1.1 Peer-to-peer Netzwerk

Damit ein User Bitcoins für eine Transaktion nutzen kann, muss er sich in einem ersten Schritt einen funktionierenden Client herunterladen. Mittels des Clients kann sich der Teilnehmer dann ins Peer-to-Peer Netzwerk einwählen, welches für die Ausführung und Bestätigung von Zahlungen zuständig ist. Der Client lädt nun ein Verzeichnis mit sämtlichen im System getätigten Zahlungen und löst Bitcoin-Adressen für den Zahlungsempfang. Mittels einer DNS-Übertragung löst der Client einen Domainnamen auf und erhält so die IP-Adressen anderer Clients. Das Netzwerkt tauscht sich immer über alle bekannten IP-Adressen aus womit schliesslich jeder am Netzwerk angeschlossene Client über sämtliche Informationen über alle Zahlungen und alle Netzwerkteilnehmer besitzt.

1.2 Wallet & Adressen

Eine Zahlung findet immer durch den Austausch von Bitcoin-Adressen statt. Der Client erhält eine solche Bitcoin Adresse, indem er ein Schlüsselpaar für ein asymmetrisches Kryptosystem erzeugt. Ein asymmetrisches Kryptosystem besteht aus einem öffentlichen und einem geheimen Schlüssel. Der geheime Schlüssel ermöglicht es, dass jeder Daten für den Inhaber des privaten Schlüssels verschlüsseln kann, jedoch es nur diesem möglich ist, die Verschlüsselung wieder aufzuheben. Da genauere Erläuterungen den Rahmen dieser Arbeit sprengen würde, verzichten die Autoren auf diese. Das asymmetrische Kryptosystem findet auch bei der Erzeugung der Bitcoinadressen Anwendung. Die erzeugten Schlüssel sind ebenfalls in einen öffentliche und einen privaten gesplittet. Der Client gibt den öffentlichen Schlüssel später bei der Auslösung einer Zahlung dem ganzen Netzwerk frei, während der private Schlüssel nur dem Besitzer bekannt ist.

Für die Autorisierung einer Zahlung wird der private Schlüssel zwingend benötigt, womit nur dessen Inhaber solche freigeben kann. Ein eventueller Verlust des privaten Schlüssel würde somit auch den effektiven Verlust der damit verbundenen Bitcoins bedeuten. Der Client kann mehrere Schlüsselpaare erzeugen und speichert diese lokal in einer sogenannten Wallet-Datei ab. Eine Walletdatei dient also als virtueller Schlüsselbund, in welcher die öffentlichen und privaten Schlüssel aufbewahrt werden.

Bei einer Bitcoin-Adresse handelt es sich um eine Kurzform des öffentlichen Schlüssels. Die Berechnung dieser ist sehr komplex und wird deshalb nicht genau erläutert. Es werden dabei die Hashfunktionen SHA-256 und RIPEMD-160 angewandt und das resultierende Ergebnis nochmals mit Base58 kodiert. Wie genau die Algorythmen und Kodierungsverfahren verlaufen, konnte das Projektteam während dem Erarbeiten des Themas trotz hartnäckigen Versuchen leider nicht vollständig in Erfahrung bringen aufgrund fehlender technischer Kenntnisse.

(Bitcoin, 2014)

1.3 Vorgehen

1.3.1 Aufgleisung einer Zahlung

Nach den technischen Details soll dieser Abschnitt erläutern, wie im groben ein Zahlungsvorgang durchgeführt wird respektive was geschieht, wenn ich eine Zahlung auslösen möchte. Als Grundlage, überhaupt eine Zahlung ausführen zu können, muss der Auslöser einer Zahlung die Bitcoin Adresse des Empfängers kennen. Die Bitcoinadressen lassen sich nicht mittels Client austauschen oder ausfindig machen, es wird also ein externes Kommunikationsmittel, Verzeichnis oder ähnliches benötigt.

Ist die Adresse des Empfängers bekannt, löst der Absender die Transaktion aus und autorisiert mittels privaten Schlüssel den Transfer von Bitcoins zwischen Absender und Empfänger. Die Transaktion wird mit dem privaten Schlüssel signiert, welcher vorzeitig mittels komplexer Berechnungen wieder verschlüsselt wurde. Für eine erfolgreiche Durchführung einer Transaktion benötigt der Client keine Bestätigung oder Signatur des Empfängers und dieser muss auch nicht online sein.

Eine ausgelöste Transaktion muss nicht zwingend aus nur einer Empfängeradresse bestehen. Es können also mehrere Geldbeträge an verschiedene Empfänger in einer einzelnen Transaktion ausgelöst werden, sofern die Empfängeradressen bekannt sind und jede Absenderadresse eine eigene Signatur durch den dazugehörigen privaten Schlüssel enthält.

Ausgelöste Transaktionen reihen sich in eine Kette ein, hierarchisch aufsteigend nach ihrer Aufgleisung. Diese Reihenfolge kann jedoch mittels Transaktionsgebühren „manipuliert“ werden.

1.3.2 Bekanntmachung einer Zahlung

Ist eine signierte Transaktion erfolgreich autorisiert worden, so wird sie nun sämtlichen Teilnehmern des Netzwerks mitgeteilt. Dies hat zum Ziel, dass im gesamten Netzwerk ein Konsens besteht, welche Zahlungen durchgeführt wurden und welche nicht. Zudem soll diese Technik böse Versuche verhindern, wenn beispielsweise doppelte Transaktionen oder eine Transaktion mit widersprüchlichen Empfängeradressen ausgelöst werden.

Sämtliche ausgelösten Zahlungen sind in einem netzwerkumgreifenden Verzeichnis vermerkt. Bitcoin versucht hier das Prinzip der Masse. Will heissen, ein Teilnehmer muss nicht einem einzelnen, anderen Teilnehmer vertrauen, sondern es wird darauf vertraut dass die Mehrheit der Teilnehmer ehrlich ist.

Für die erfolgreiche Verbreitung einer Zahlung im Netzwerk wird ein Flooding-Algorithmus verwendet. Bei diesem Algorithmus sendet der Client des Absenders die Transaktion an alle ihm bekannten Clients. Erhält ein Client eine neue Transaktion, beginnt er deren Signatur zu verifizieren und prüft, ob die Zahlung gültig ist. Erhält er ein positives Ergebnis, sendet er die Transaktion an alle ihm bekannten Clients weiter. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis das gesamte Netzwerk mit der Transaktion geflutet wurde und diese jedem Teilnehmer des Netzwerks bekannt ist. Während dem „Flooding“ befindet sich die Zahlung noch in der Schwebe, d.h. sie kann verloren gehen oder durch konkurrierende Zahlungen ersetzt werden.

Die Verifikation einer Zahlung findet mittels des sogenannten „Mining“ statt. Jeder Teilnehmer kann sich an diesem Vorgang mit seiner Rechenpower beteiligen, ist jedoch nicht dazu verpflichtet. Die Beteiligung wird in Form von Bitcoins rückvergütet. Beim Mining werden offene Transaktionen bestätigt und gleichzeitig Bitcoins geschürft.

Zusammengefasst sieht der übliche Vorgang beim Auslösen einer Transaktion also folgendermassen aus:

Neue, unbestätigte Transaktionen werden im Netzwerk bekannt gemacht
Transaktionen werden mittels Mining bestätigt
Bestätigte Transaktionen werden bekannt gemacht und Bitcoins gutgeschrieben.

(Ohne Autor, 2013)

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