Mittlerweile gibt es Hunderte von digitalen Währungen, mit denen Nutzer rein virtuell existierendes Geld bewegen können. Verbreitet hat sich bislang allerdings vor allem eine Währung, nämlich Bitcoin. Anders als beim Euro oder Dollar gibt es dafür keine Zentralbank, die das Geld verwaltet. Die Aufgabe wird stattdessen dezentral von den Bitcoin-Nutzerinnen und -Nutzern übernommen.
Für diese digitalen Währungen interessiert sich Prof. Dr. Sebastian Faust von der Arbeitsgruppe Angewandte Kryptographie. Um zu verstehen, welche Fragen er erforscht, muss man sich zunächst detaillierter ansehen, wie das System funktioniert.
Im Bitcoin-Netzwerk sind einzelnen Nutzern virtuelle Beträge zugeordnet, die sich mithilfe von Transaktionen übertragen lassen. Eine besondere Herausforderung bei digitalen Währungen ist es zu unterbinden, dass Leute ihr virtuelles Geld doppelt ausgeben. Um diese und andere Betrügereien zu verhindern, besitzt das System einen ausgeklügelten Sicherheitsmechanismus.
Ein Teil der Nutzer, sogenannte Miner, sammeln und überprüfen alle Transaktionen. Neue Transaktionen fassen sie in einem Block zusammen und versuchen, diesen in einer frei zugänglichen Datenbank zu veröffentlichen, der Blockchain. Dabei will jeder Miner der schnellste sein, denn: Für jeden neuen Block erhält er derzeit eine finanzielle Belohnung von 25 Bitcoins, was nach dem Umrechnungskurs im Mai 2016 rund 10.000 Euro entspricht.
Krypto-Rätsel garantieren Sicherheit
Damit ein Miner einen Block veröffentlichen und somit letztendlich für gültig erklären kann, muss er zuvor ein kryptografisches Rätsel lösen, das Proof-of-Work-Rätsel. Das ist schwierig und erfordert jede Menge Rechenpower. So konkurrieren alle Miner um die Veröffentlichung des jeweils nächsten Blocks. Im Durchschnitt passiert das alle zehn Minuten.
Beim Proof-of-Work-Rätsel bekommen die Miner, vereinfacht gesagt, eine mathematische Funktion vorgegeben, deren Ausgabe sich wie eine Zufallszahl verhält. Ihre Aufgabe ist es, zu dieser Funktion einen bestimmten Input zu finden, sodass der Output der Funktion mit sehr vielen Nullen beginnt. An die Lösung des Rätsels können sich die Miner nicht schrittweise herantasten, sondern müssen viele verschiedene Inputs ausprobieren, bis sie einen passenden finden. Dafür müssen sie permanent rechnen. Aber warum der Aufwand?
Da sich prinzipiell alle Bitcoin-Nutzer als Miner betätigen können, ist nicht auszuschließen, dass sie sich zig Identitäten zulegen. Könnten diese zusätzlichen Identitäten helfen, Proof-of-Work-Rätsel zu lösen, somit häufiger Blöcke zu veröffentlichen und mehr Gewinn zu machen? Nein, denn dafür ist nur die Rechenleistung ausschlaggebend.
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