Bitcoin: Netzwerksicherheit

Das Bitcoin-Mining mittels Proof of Work ist ein eleganter Validierungsprozess, der gleichzeitig das Netzwerk sichert, Transaktionen verarbeitet, den Konsens ermöglicht und neue Bitcoin mint. Proof of Work schafft einen unglaublichen wirtschaftlichen Anreiz für einen Miner, ehrlich zu bleiben, und eine Struktur, die in vielerlei Hinsicht das Vertrauen in das Bitcoin-Netzwerk stärkt.

Zusammenfassung

Das Bitcoin-Netzwerk wird durch Mining gesichert, einen Prozess, der Transaktionen im Netzwerk validiert und gleichzeitig neue Bitcoin prägt. Das Mining stellt außerdem sicher, dass keine einzelne Instanz die Kontrolle über die Blockchain oder das Protokoll hat, das sie steuert. Das macht Bitcoin resistent dagegen, von einer Regierung oder einer zentralen Behörde kontrolliert (oder abgeschaltet) zu werden. In diesem Artikel besprechen wir das Sicherheitsdesign des Bitcoin-Netzwerks und die Risiken, die es birgt. Wenn du dich über andere Aspekte von Bitcoin informieren möchtest, solltest du dir unsere anderen Artikel ansehen, darunter Bitcoin: Grundlegender technischer Aufbau und Bitcoin: Ursprünge und kulturelle Bedeutung.

Inhalt

• Die Rolle des Bitcoin-Minings

• Risiko: 51%-Angriff

• Risiko: Zentralisierung des Minings

• Risiko: Hard Forks

• Risiko: Angriffe auf Quantencomputer

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Die Rolle des Bitcoin-Minings

Bitcoin-Mining ist ein bedeutender Durchbruch in der Informatik, der gleichzeitig Bitcoin mint und Transaktionen im Bitcoin-Netzwerk validiert. Und so funktioniert es: Die Computer im Netzwerk - die sogenannten "Miner" - wetteifern darum, ein rechenintensives Proof-of-Work (PoW)-Rätsel zu lösen. Der erste Miner, der eine Lösung findet, die von der Mehrheit der Miner akzeptiert wird, darf einen "Block" mit neuen Transaktionen in die "Blockchain" - das verteilte Bitcoin-Buch - schreiben. Als Belohnung für ihre Bemühungen erhält sie eine vorher festgelegte Menge neu geprägter Bitcoin, die sogenannte "Blockbelohnung". Dieser Wettbewerb dauert etwa 10 Minuten und sobald eine Lösung gefunden und von mindestens 51% der Miner akzeptiert wurde, beginnt er von neuem. Da es Arbeit (d.h. Energie) erfordert, die Blockbelohnung freizuschalten, ist die Erzeugung von Bitcoin mit echten Kosten verbunden, ähnlich wie beim Goldschürfen. Diese Kosten verleihen dem Bitcoin einen Wert (gemäß der Arbeitswerttheorie, nicht der subjektiven Werttheorie) und digitale Knappheit.

Transaktionsdaten sind eines der Teile, die Miner verwenden, um das PoW-Puzzle zu lösen. Wenn ein Miner keine gültigen Transaktionen verwendet, können sich die anderen Miner nicht auf die Lösung einigen, weil sie mit einem anderen Transaktionsdatensatz arbeiten. Das heißt, sie werden ihr nicht erlauben, einen neuen Block in die Blockchain zu schreiben und die Blockbelohnung zu gewinnen. Die gesamte Rechenleistung, die sie für die Suche nach einer Lösung aufgewendet hat, wäre umsonst gewesen. Daher besteht für einen Miner ein starker Anreiz, ehrlich zu bleiben und gültige Transaktionen zu verwenden, damit er seine wertvollen Ressourcen nicht umsonst einsetzt. Die Kosten für das Mining schaffen also nicht nur digitale Knappheit, sondern helfen auch, das Bitcoin-Netzwerk zu sichern.

Risiko: 51%-Angriff

Wenn ein Miner die Mehrheit der Rechenleistung des Bitcoin-Netzwerks (Hashrate) für sich beansprucht, könnte er seine Bitcoin mehr als einmal ausgeben - das Problem der doppelten Ausgaben. Dies wird als 51%-Angriff bezeichnet. Das Bitcoin-Netzwerk löst dieses Problem durch Anreize. Erstens skaliert seine Sicherheit genau mit dem Bitcoin-Preis. Wenn der Preis steigt, ergibt sich eine Arbitragemöglichkeit für Blöcke. Das spornt die rationalen, wirtschaftlich motivierten Miner dazu an, zusätzliche Rechenleistung zur Lösung des PoW-Puzzles einzusetzen, die insgesamt dem gestiegenen Wert der Blockbelohnung entspricht - nicht mehr und nicht weniger. Da diese Arbitragemöglichkeit die Miner dazu veranlasst, dem Netzwerk mehr Rechenleistung zur Verfügung zu stellen, und Hashrate teuer ist, wird es für einen Miner folglich teurer, einen 51%-Angriff durchzuführen, wenn der Bitcoin-Preis steigt.

Zweitens: Selbst wenn ein Miner in der Lage ist, einen Großteil der gesamten Hashrate des Netzwerks zu erwerben und die figurative Proof-of-Work-Energiewand zu überwinden, hat er einen starken Anreiz, nett zu spielen. Das liegt daran, dass Bitcoin-Mining eine kapitalintensive und sehr spezialisierte Tätigkeit ist (siehe unten). Um die Blockbelohnung zu gewinnen (geschweige denn die Mehrheit der Hashpower zu erreichen), muss ein Miner in hochgradig anpassbare Hardware und Chips - anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASIC) - investieren, die nur für ein einziges, extrem seltenes Ziel gebaut werden: das Knacken des SHA-256 Hash-Algorithmus der Secure Hash Algorithm 2 (SHA-2) Familie. Und wie ein Drag Racer lassen sie sich nicht so einfach wiederverwenden.

Ein rationaler Wirtschaftsakteur, der in dieses Computerwettrüsten investiert hat, wird sich immer dafür entscheiden, die Blockbelohnung zu gewinnen, anstatt alles wegzuwerfen. Der Einsatz von Hashpower, um die Blockchain des Bitcoin-Netzwerks erheblich zu beeinflussen, zu stören oder zu hacken, würde höchstwahrscheinlich den größten Teil, wenn nicht sogar den gesamten Wert von Bitcoin zerstören und damit die Investition des Miners und alle zukünftigen Gewinne vernichten. Abgesehen von einem Comic-Bösewicht wie dem Joker ist es schwer vorstellbar, dass es jemanden gibt, der über diese Kombination aus Ressourcen, Fähigkeiten und Nihilismus verfügt.

Risiko: Zentralisierung des Minings

Wie bereits erwähnt, hat sich das Bitcoin-Mining zu einer kapitalintensiven und sehr spezialisierten Tätigkeit entwickelt. Die Anreizstrukturen machen es profitabel, sich an die Regeln zu halten, und unerschwinglich, davon abzuweichen. Daher finden es viele in der Bitcoin-Gemeinschaft nicht problematisch, dass sich das Bitcoin-Mining auf weniger und größere Akteure konzentriert.

Wenn sich jedoch ein Großteil der Hashrate des Netzwerks in einer oder wenigen Jurisdiktionen konzentriert, erhöht sich das Potenzial für eine Regierung oder kooperierende Regierungen, sich einzumischen. Wenn eine Regierung Bitcoin einfach verbietet, würde die Regierung die Miner in ihrem Einflussbereich ausschalten und das Bitcoin-Netzwerk würde unbehelligt weiterlaufen, wenn auch zumindest kurzfristig mit einer geringeren Gesamthashrate. Ein besorgniserregenderes Szenario wäre, wenn eine Regierung stattdessen Miner dazu zwingen würde, Transaktionen zu zensieren. Dies könnte die Fungibilität und das erlaubnisfreie Versprechen von Bitcoin beeinträchtigen. In diesem Fall wäre jedoch zu erwarten, dass die Gemeinschaft Bitcoin aufspaltet, die aktuelle, unverfälschte Blockchain beibehält und einen neuen Konsensmechanismus einführt, der resistenter gegen die Zentralisierung der Miner und die damit verbundenen staatlichen Eingriffe und Manipulationen ist.

Risiko: Hard Forks

Das Besondere an Bitcoin ist, dass es dezentralisiert ist - identische Kopien der Blockchain werden auf Computern in der ganzen Welt gehostet, die als "Nodes" bezeichnet werden - und daher nicht von einer Person oder einem Unternehmen kontrolliert werden. Aber die Dezentralisierung des Netzwerks (d.h. die Resistenz gegen Zensur) hat ihren Preis. Die beiden wichtigsten Kompromisse sind: die Menge der Transaktionen, die das Netzwerk verarbeiten kann (Durchsatz) und die Transaktionsgeschwindigkeit (Latenz). Das Bitcoin-Netzwerk ist in der Lage, etwa alle 10 Minuten bis zu einem Megabyte an Transaktionsdaten zu verarbeiten. Ein zentralisiertes Netzwerk (z. B. Visa) kann einen viel höheren Durchsatz und eine geringere Latenzzeit erreichen, ist aber sehr anfällig für Zensur und hat keinen Peer-to-Peer-Charakter.

Diese Entscheidung beruht auf der tief verwurzelten Überzeugung, dass eine geringere Blockgröße dazu führt, dass mehr Knoten am Netzwerk teilnehmen, weil das Hosten einer vollständigen Kopie der Blockchain weniger Rechenleistung und Speicherressourcen erfordert. Je größer die Anzahl der Bitcoin-Knoten, desto dezentraler ist das Netzwerk.

Bisher hat sich die Bitcoin-Gemeinschaft gegen Versuche gewehrt, die Blockgröße über ein Megabyte hinaus zu erhöhen, allerdings nicht ohne Kontroversen und Aufregung. Im Jahr 2017 kochten die Spannungen über und die Gemeinschaft spaltete sich in dieser Frage. Das Ergebnis war die umstrittene Bitcoin Cash Hard Fork, die eine neue, inkompatible Blockchain mit einer Blockgröße von acht Megabyte hervorbrachte. Auch wenn die Mehrheit der Bitcoin-Gemeinschaft weiterhin die Dezentralisierung über alles stellt, besteht immer die Möglichkeit, dass die Gemeinschaft in Zukunft bei dieser oder einer anderen Design-Entscheidung anderer Meinung ist, was dazu führen könnte, dass ein Teil der Gemeinschaft aus Uneinigkeit einen Hard Fork durchführt.

Es gibt jedoch Projekte wie das Lightning Network, die daran arbeiten, den Transaktionsdurchsatz von Bitcoin zu erhöhen und die Latenzzeit zu verringern, während gleichzeitig der dezentrale Charakter des Systems erhalten bleibt. Es ist noch früh, aber wenn dieses oder ein anderes Projekt erfolgreich ist, könnte es die Zahlungsgeschichte des Bitcoin-Netzwerks dramatisch verändern und das Beste aus beiden Welten bringen.

Risiko: Angriffe durch Quantencomputer

Das Quantencomputing ist eine potenzielle Bedrohung für die Public-Key-Kryptografie, die Bitcoin derzeit für seine Sicherheit nutzt. Es gibt jedoch auch gute Nachrichten. Es gibt bereits eine Post-Quantum-Kryptografie, die resistent gegen Quantencomputer-Angriffe ist. Und da Bitcoin eine Software ist, kann sie jederzeit aufgerüstet und auf diese Post-Quantum-Algorithmen umgestellt werden. Außerdem ist es wahrscheinlich, dass eine echte Quantenbedrohung lange im Voraus erkannt wird, sodass Bitcoin genügend Zeit hat, sich anzupassen. Wenn eine solche Bedrohung jedoch über Nacht eintreten würde, hätte die Welt weitaus größere Sorgen als die Sicherheit des Bitcoin-Netzwerks selbst. Zum Beispiel wären alle militärischen Satelliten- und Kommando- und Kontrollsysteme angreifbar. Deshalb wird erwartet, dass es eine globale Anstrengung mit starker Ausrichtung geben wird, um eine Lösung zu finden.

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