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Grundlagen der Blockchain – Teil 4

Kryptowährungen im Detail

| Autor/ Redakteur: Bernd Schöne / Peter Schmitz

„Bitcoins sind kein Geld und keine offizielle Währung“, warnt die Deutsche Bundesbank. Trotzdem sind Kryptowährungen seit einigen Jahren ein immer größerer Hype, der inzwischen Milliarden Euro schwer ist. Aber was genau steckt hinter einer Kryptowährung? Wir haben es uns am Beispiel des Bitcoin einmal näher angesehen.

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In der Welt der Blockchain hatte die Kryptowährung Bitcoin einen durchschlagenden Effekt und erreichte eine überragende Bedeutung.
In der Welt der Blockchain hatte die Kryptowährung Bitcoin einen durchschlagenden Effekt und erreichte eine überragende Bedeutung.
(© rybindmitriy - stock.adobe.com)

Die Bundesbank spricht von einem Nischenprodukt und der Wirtschaftsteil der Tagespresse ignoriert sie gerne, obwohl hier Gegenwerte von Milliarden Euro umgesetzt werden. In der Welt der Blockchain haben Bitcoins aber eine durchschlagende Bedeutung. Schon die nächsten Mitbewerber wie etwa Ethereum werden kaum wahrgenommen. Bitcoins aber werden sogar oft mit dem sehr viel umfassenderen Begriff der Blockchain verwechselt, die Nomenklatur aus der Bitcoin Welt hat sich mit der Blockchain sogar verwoben.

Manche Begriffe haben sich bereits so in den Sprachgebrauch eingebrannt, dass man sie nicht mehr entfernen kann. Etwa der Begriff „Kryptowährung“. Juristisch ist weder Bitcoin noch jedes andere auf Blockchain beruhende Zahlungsmittel eine Währung. Rechtlich gelten sie als Spekulationsobjekte wie Aktien. Die Bundesanstalt für Finanzdienstleistungsaufsicht (Bafin) und Europäische Bankenaufsichtsbehörde (EBA) sehen in Bitcoin, Litecoin oder Ripple reine Tauschmittel, und bezeichnen sie als "Virtuelle Währungen" bzw. "Virtual Currency" (VC). Die bloße Nutzung von Virtual Currency (VC) als Ersatz für Bar- oder Buchgeld zur Teilnahme am Wirtschaftskreislauf im Austauschgeschäft ist laut Bafin keine erlaubnispflichtige Tätigkeit. Der Dienstleister oder Lieferant kann seine Leistungen mit VC bezahlen lassen, ohne dass er dadurch Bankgeschäfte oder Finanzdienstleistungen erbringt. Gleiches gilt für den Kunden. Ebenso stellt das Mining von VC an sich kein erlaubnispflichtiges Geschäft dar, da der „Miner“ die VC nicht selbst emittiert oder platziert. Auch der Verkauf selbst geschürfter oder erworbener VC oder deren Ankauf sind grundsätzlich nicht erlaubnispflichtig.

Zentralbanken und gesetzliche Zahlungsmittel

„Bitcoins sind kein Geld und keine offizielle Währung“, warnt daher die Deutsche Bundesbank. Eine Währung muss von Geschäftsleuten und Behörden als Zahlungsmittel einer Schuld akzeptiert werden, und sie werden von Staaten herausgegeben, die für den Werterhalt sorgen. Das alles trifft auf Bitcoins nicht zu, und das trifft auch auf keine andere Kryptowährung zu. Es handelt sich weder um Geld noch um ein gesetzliches Zahlungsmittel, ob jemand sie akzeptiert, ist seine private Entscheidung. Ob man der Gemeinschaft mehr vertraut als einer der 160 offiziellen, von Notenbanken herausgegebenen Währungen, ist Sache jedes Einzelnen.

Während eines Zeitraums von 100 Jahren sahen die Deutschen die Mark (bis 1923), die Rentenmark (1923-1924) die Reichsmark (1924-1948) und schließlich die Deutsche Mark (1948-2001) sowie die Mark der DDR (1948-1990) kommen und gehen. Nur der Umtausch von Deutscher Mark zu Euro (ab 1.1.2002) war für die Besitzer verlustfrei. Alle anderen Währungen wurden teilweise entwertet oder führten sogar zum Totalverlust bei den Besitzern. Nicht aufgeführt sind die Sonderwährungen während der Hyperinflation und der Besatzungszeit. Das Kriterium "Wertspeicher" gilt also auch für staatliche Zahlungsmittel nur eingeschränkt.

Einer der wenigen, der den Kryptowährungen beispringt, ist der Leiter der ifo-Niederlassung Dresden, Marcel Thum. Die geplante Facebook-Währung Libra könnte Bürgern in Schwellen- und Entwicklungsländern zu mehr finanzieller Selbstbestimmung verhelfen. „In vielen Entwicklungs- und Schwellenländern wird die Zentralbank als verlängerter Arm der Regierung missbraucht, was zu Inflation, Währungsabwertung und realer Entwertung von Sparvermögen führt. Mit der Libra könnten sich die Bürger dieser Art der finanziellen Repression entziehen“, schreibt er in einem Aufsatz für den ifo Schnelldienst, einem Dienst des ifo-Institutes München. Ob die aktuellen Kryptowährungen hinsichtlich Schnelligkeit und Leistungsfähigkeit den Anforderungen des modernen Geschäftslebens bereits entsprechen, wird von etlichen Beobachtern bezweifelt. Sie schlagen Verbesserungen vor. Dazu mehr im letzten Absatz. Die starken Wertschwankungen, die bei Bitcoin zu beobachten sind, wollen die Schöpfer von Libra durch ein breites Portfolio an klassischen Währungen umgehen, die den Wert der digitalen Münzen stabilisieren. Im Gespräch sind Euro und US-Dollar, aber auch der chinesische Yuan, das Britisches Pfund und Singapur-Dollar. Vor allem der chinesische Beteiligung ist umstritten. Inzwischen wurde der Antrag gestellt, Libra in der Schweiz als Zahlungsmittel zuzulassen. Die Eidgenossen haben eine Prüfung zugesagt.

G7 zu Bitcoin

Im Juli 2019 beschäftigte sich die Gruppe der sieben führenden Industriestaaten (G7), mit Kryptowährungen. Digitalwährungen sollten den höchsten Aufsichtsstandards genügen, so die G7, dürfen das Finanzsystem nicht gefährden und dürften nicht dürfen nicht der Geldwäsche und Terrorfinanzierung dienen. Dieser Punkt war vor allem dem im US-Finanzministerium zuständige Unterstaatssekretärin Sigal Mandelker besonders wichtig. Auch bei der Zulassung von Libra steht dieser Punkt im Zentrum der Diskussion. Geklärt ist noch nichts, und Bitcoins sind nach wie vor das wichtigste Kryptogeld.

Das Finanzamt schürft mit

Kryptowährungen sind zwar, wie oben ausgeführt, kein Geld, aber steuerlich relevant sind sie trotzdem. Wer mit Bitcoins spekuliert, ohne sie zu besitzen, unterliegt der Abgeltungsteuer von 25 Prozent zuzüglich Solidaritätszuschlag. Wer Bitcoins besitzt und diese innerhalb eines Jahres wieder verkauft, muss die Veräußerungsgewinne versteuern, analog zu den Regeln bei spekulativen Geschäften mit Aktien. Wer Bitcoins schürft, versteuert diese Einnahmen wie alle anderen Einkünfte, darauf weisen Steuerexperten hin. Viele Detailfragen werden in Zukunft die Gerichte zu beantworten haben. Diese müssen auch noch klären, was mit beschlagnahmten Bitcoin aus kriminellen Geschäften zu geschehen hat. Behalten oder zu jedem Preis verkaufen, auch wenn das erhebliche finanzielle Nachteile für die rechtmäßigen Besitzer zur Folge hat. Polizei und Staatsanwaltschaften wussten in der Vergangenheit nicht, wie im Fall von gestohlenen oder erpressten digitalen Münzen verfahren werden sollte.

Leichtes Geld als Lockstoff für Kriminelle

Viele, auch zwielichtige Gestalten fühlen sich von dem angeblich leicht verdienten Geld angelockt, obwohl die sagenhaften Gewinne der Gründerzeit lange zurückliegen. Nur wer sich rechtzeitig mit Bitcoins eingedeckt hat, konnte von den steigenden Kursen profitieren, und das sind die wenigsten. Weit aus mehr Anwender dürften Geld verloren haben, zum Beispiel weil die Kurse fielen, oder weil eine Tauschbörse in Konkurs ging.

Im südukrainischen Atomkraftwerk nahe Yuzhnoukrainsk schlossen Mitarbeiter den streng abgeschirmten Teil der IT verbotswidrig an das Internet an, um Bitcoins schürfen zu können. Das stellte der ukrainische Inlandsgeheimdienst fest. Im Februar 2018 passierte laut Berichten der "BBC" im russischen Atomforschungszentrum in Sarov Bitcoins ähnliches. In Rumänien und Australien waren es Mitarbeiter von Forschungseinrichtungen, die ihre Rechner zweckentfremdeten. Im August legte die französische Polizei den Kommandoserver des Botnetzes von „Retadup“ lahm, der 850000 gekaperten Rechner zum schürfen von Bitcoins missbrauchte. Auch hier wollten die Kriminellen Strom sparen und auf Kosten anderer Bitcoins schürfen.

Bitcoin Adresse errechnen

Technisch ist Bitcoin ist eine öffentliche und genehmigungsfreie Blockchain-Anwendung. Sie ist seit 2009 ohne Unterbrechung online und weist eine Marktkapitalisierung von ca. 132 Milliarden Euro auf (Stand Oktober 2019). Jeder, der bei Bitcoin „mitspielen“ will, benötigt einen kryptografischen Schlüssel, der aus zwei Teilen besteht, ein Schlüssel ist öffentlich bekannt, der andere bleibt geheim. Es handelt sich also um ein klassisches Public-Key-Verfahren, wie es die Firma RSA verwendet oder das Verschlüsselungsprogramm PGP. Die Sicherheit des Verfahrens beruht auf der empirisch belegten Tatsache, dass beide Schlüssel leicht aus einem gegebenen Zufallsdatensatz zu erzeugen sind, es aber in sinnvollen Zeiträumen nicht möglich ist, aus dem öffentlichen Schlüssel den privaten zu errechnen. Mit dem privaten Schlüssel ist es nun möglich, eine schützenswerte Information zu versiegeln. Der öffentliche Schlüssel belegt die Authentizität des Siegels. Da es nicht möglich ist, aus dem öffentlichen Schlüssel den privaten zu errechnen, kann ein Fremder nicht selbst Urheber des Siegels sein. Der öffentliche Schlüssel wird bei Bitcoin in sogenannten Wallets („Geldbörsen“) hinterlegt. Solch ein Wallet kann der Nutzer auch selbst erzeugen und auf seinem eigenen Computer speichern. Er ist dann allerdings auch für den Schutz gegen Diebstahl verantwortlich. Die Schlüssel sind so etwas wie das Wasserzeichen auf Geldscheinen, sie garantieren die Echtheit bzw. Identität. Damit ist sicher, welcher der anonym handelnden Personen eine Transaktion tätigt.

Aus dem öffentlichen Schlüssel wird über eine Hash-Funktion eine 160 Bit lange Bitcoin-Adresse erzeugt. Sie wirkt ähnlich wie eine Kontonummer. Ein direkter Hinweis auf die handelnde Person fehlt, ebenso deren Name noch deren Anschrift. Bei einem Kaufvorgang überträgt der Überweisende seinen öffentlichen Schlüssel zusammen mit einem Datensatz, der mit seinem dazugehörenden privaten Schlüssel signiert wurde. Der Empfänger prüft dann durch Wiederholung der Hashprozedur, ob der öffentliche Schlüssel zur Absenderadresse gehört oder nicht. Mit Hilfe des öffentlichen Schlüssels ermittelt er, ob die Signatur korrekt ist. Bei einem positiven Ergebnis beider Prüfungen ist klar, dass der Absender auch tatsächlich über das überwiesene Guthaben verfügt. Diese Angaben entnehmen die Nutzer dem öffentlich einsehbaren Kassenbuch.

Kaufen mit Bitcoin

Nach einem Kauf wird der Vorgang verbucht und ein neuer Kontostand ermittelt. Alles fast wie bei einem Girokonto, nur das es eben keine Bank gibt, sondern nur das öffentlich einsehbare Kassenbuch. Hier werden alle 10 Minuten die neuen Vorgänge eingetragen. Diese relativ lange Zeitdauer wird kritisiert, ist aber aktuell nötig, um den Minern die Möglichkeit zu geben, regelgerechte Bitcoin Blöcke zu berechnen. Sind diese neuen Blöcke generiert, ist somit eine neue Seite ins Kassenbuch eingetragen. Wenn sie allgemein akzeptiert wird, ist die Bitcoin Welt schon jetzt so, wie sie sein soll. Sind zwei Miner fast gleichzeitig mit der Arbeit fertig, kann es kurzfristig zu Unstimmigkeiten kommen, es existieren aber Mechanismen, wieder zu einem gültigen und eindeutigen Kassenbuch zu gelangen. Kriterien sind zum Beispiel die Länge der Blockchain. Zur Sicherheit wird meist sechs Blöcke abgewartet, bis ein Pfad als valide angesehen wird.

Wie man Bitcoins schürft

Es gehört zur Philosophie einer öffentlichen und genehmigungsfreien Blockchain-Anwendung, das alle Transaktionen innerhalb des Bitcoin-Netzwerkes, also insbesondere jeder Kauf oder Verkauf, allen Teilnehmen zugänglich gemacht wird. Dies geschieht in einer Form, die möglichst jeden Rückschluss auf die Identität der handelnden Person ausschließen soll. So werden nur Pseudonyme verwendet. Werden sehr große Beträge gehandelt, sind unter Umständen trotzdem Rückschlüsse möglich. Aus diesem Grund existieren Dienste, die große Beträge aufspalten.

Die Teilnehmer, hier Miner genannt, verfügen alle über ein vollständiges Kassenbuch. Sie können und sollen dieses fortschreiben und können so auch neue Bitcoin errechnen, bzw. „schürfen“, wie es in der Bitcoin- Sprache heißt. Sie tauschen sich über die Ergebnisse ihrer mathematischen Bemühungen aus. Es gilt die Devise: wer als erster die Aufgabe gelöst hat, dessen Block wird von den anderen akzeptiert, und der erhält auch die ausgelobte Belohnung von 12,5 Bitcoin. Diese Transaktion hat keine Quelle. Die Geldmenge erhöht sich dadurch. Da der Vorgang automatisiert erfolgt, haben die Notenbanken bislang keine Möglichkeit gefunden, ihn zu unterbinden.

Proof-of-Work

Alle Kontobewegungen werden zu neuen Blöcken zusammengefasst und an das Ende der Bitcoin-Blockchain angehängt. Eine Hashfunktion sichert die Blockkette vor Manipulationen. Zu den Besonderheiten dieses Mathematischen Verfahrens gehört es, das es, zumindest in der Theorie, unmöglich ist, aus dem Hashwert auf den Inhalt der Blockchain zu schließen. Außerdem generiert jeder Block einen neuen Hashwert. Es ist auch unmöglich, aus den vorgenommenen Veränderungen auf die Veränderungen des Hashwertes zu schließen. Er muss stets neu berechnet werden. Zur Konsensbildung wird bei Bitcoin der sogenannte Proof-of-Work eingesetzt : Um einen Block hinzufügen zu können, muss ein geeigneter Hashwert berechnet werden.

Bitcoin schreibt diese Form vor, und der Anwender muss die freien Bits des Blocken geeignet erraten, um der Form zu genügen. Die so genannte Nonce, eine Zeichenfolge, die beliebig gewählt werden kann, muss nun so oft verändert werden, bis der Hash-Wert des Block-Headers unter dem vordefinierten Zielwert liegt. Dieses Verfahren wird auch Mining (also „Schürfen“) genannt. Es ist teuer weil energieintensiv. Durch diesen Mechanismus werden zudem neue Bitcoins erzeugt. Damit ist der „Proof-of-Work“ (PoW) oder Arbeitsnachweis erfolgt. Die PoW soll langfristige Angriffe auf die Konsistenz einer Blockchain verhindern. Dies gelingt allerdings nur, wenn genügend Teilnehmer vorhanden sind, vor allem dürfen sich nur weniger als die Hälfte der Rechenleistung unter Kontrolle eines byzantinischen Angreifers befinden. Byzantinische Angreifer verwirren die Teilnehmer, indem absichtlich falsche Botschaften versenden (siehe Teil 3). Um bei den aktuell ausgelobten 12,5 Bitcoin kostendeckend arbeiten zu können, ist entweder extrem preiswerte elektrische Energie, oder sehr effiziente Computerhardware nötig. Diese Hardware liefert pro Kilowattstunde weit mehr Fließkommaoperationen, als jede normale Grafikkarte und erst recht als jeder normale PC. Nur in den ersten Jahren war es möglich, mit solchen Systemen kostendeckend zu operieren. Aktuell sollen alle Miner pro Sekunde bis zu 100 Exahash berechnen, das entspricht einer Eins mit 20 Nullen. Diese enorme Rechenkraft entspringt den rund 10 000 permanent aktiven Bitcoin Knoten, weitere 40 000 schalten sich sporadisch hinzu.

Wer Bitcoins besitzt kann damit handeln, also zum Beispiel einkaufen, oder sie eine offizielle Währung wie Dollar oder Euro eintauschen. Man spricht auch von Fiatgeld, oder Fiat-Währung, weil diese Währungen von Staaten herausgegeben werden und allgemein akzeptiert werden müssen. (Fiat (Latein: So sei es) beruht auf dem Kredit der Wirtschaft, es wird auch Zwangsgeld genannt, weil sich die Menschen vor 200 Jahren zunächst nur ungern vom Warengeld aus Gold und Silber trennten, das immer seinen Wert behält). Bekannte Börsen sind zum Beispiel Kraken, Gdax mit Coinbase. Um zu wissen, wie der Umtauschkurs in Euro gerade steht, ist ein Blick auf bitcoincharts.com nützlich.

Problem Quantencomputer

Die Bitcoin-Architektur nutzt die bewährten asymmetrischen Verfahren, um mit Hilfe von öffentlichem und privatem Schlüssel Botschaften zu signieren. Ebenso verwendet sie Hashfunktionen. Beide Verfahren gelten seit ihrer „Entdeckung“ gegen Ende des Zweiten Weltkrieges in Großbritannien und ihrer „Wiederentdeckung“ in den 70er Jahren in den USA als äußerst sicher und zuverlässig, wenn die Schlüssellänge ausreichend lang gewählt wurde, und der verwendete Algorithmus keine Fehler enthält. Seit Entwicklung der ersten Quantencomputer hat sich dieses Lagebild dramatisch geändert. Führende Kryptologen raten von Verfahren wie RSA und PGP ab, und verweisen auf Alternativen. Ob diese allerdings Angriffen eines Quantencomputers dauerhaft zu widerstehen vermögen, muss offen bleiben. Für Kryptologen beginnt mit dem neuen Werkzeug eine neue Epoche ihrer Tätigkeit, und niemand kann abschätzen, welche neuen Verfahren in Zukunft entwickelt werden, oder bereits im Geheimen entwickelt wurden. „Die Blockchain sollte so aufgesetzt werden, dass ein Austausch von Kryptoverfahren zur Laufzeit möglich ist (Kryptoagilität)“, rät das BSI. Die Bonner Spezialisten haben sogar praktische Tipps für Miner: „Wird bei einer Kryptowährung eine feste Hashfunktion für PoW verwendet, so wird ein große Teil der Miner Spezialhardware verwenden und damit benachteiligt, wenn ein Wechsel zu einer anderen Hashfunktion stattfindet“. Will heißen: Wer zu viel Geld in Spezialhardware investiert, hat vermutlich mit Zitronen gehandelt.

Problem Vergesslichkeit

Ähnlich einem Passwort sollten weder die Zugangsdaten zur Wallet noch der private Schlüssel verlorengehen. Ansonsten dürfte es fast aussichtslos sein, wieder zu seinem Geld zu gelangen. Sollten der Handel mit Bitcoin weiter zunehmen, ist auch hier ein Lösung wünschenswert, denn Firmen und Organisatoren müssen sich auch gegen Sabotage frustrierter Mitarbeiter bzw. Erpressungsversuchen schützen.

Problem Betrug

Trotz aller Vorsichtsmaßnahmen kann es zu Betrug, Raub und Unterschlagung kommen. So etwas wie eine Bankenhaftung oder Einlagensicherung gibt es bei Bitcoin (noch) nicht. Auch erscheint es möglich, aus einer Bitcoin Adresse und dem öffentlichen Schlüssel eines Nutzers dessen privaten Schlüssel zu errechnen. Damit wäre es Dieben möglich, seine Bitcoins zu erbeuten.

Problem Weiterentwicklung

Da es keine zentrale Firma oder Organisation gibt, die über Bitcoin wacht, ist technischer Fortschritt nur schleppend und mühsam umsetzbar. Das wird heute schon spürbar, obwohl die kommerzielle Nutzung von Bitcoins gerade erst begonnen hat. Ein Bitcoin-Datenblock besitzt eine maximale Größe von 1 MByte, was ausreichend ist, bis zu 2500 Transaktionen abzubilden. Ein erheblicher Teil der Bitcoin-Gemeinschaft wünschte sich größere Blöcke von 8 oder 32 MByte. Der Streit ließ sich nicht lösen und führte zur Abspaltung von Bitcoin Cash (BCH). Damit war eine neue Kryptowährung etabliert. Sollte das Beispiel Schule machen, könnte die Bitcoin-Gemeinschaft in eine Reihe zueinander inkompatibler Währungen zerfasern. Heftig wird aktuell über eine mögliche Nachfolge des energiefressenden Proof- of- Work (PoW) Verfahrens gerungen. Hier könnte die Bitcoin-Gemeinschaft in den Fokus der aktuellen Klima- und Umweltdebatte geraten. Allgemein gelten die Konsensverfahren über die in der Gemeinschaft der Miner diskutierten Bitcoin Improvement Proposal (BIP) als zu langwierig.

Offene juristische Fragen

Kryptowährungen sind nicht nur kein Geld im juristischen Sinn, die Argumentation über Aufbau und Struktur folgt rein mathematischer Diktion und Logik. Bitcoin ist so ausgelegt, das die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Buchführung langfristig gegen 1 strebt, wenn es genügend ehrliche Teilnehmer gibt. Ob diese Argumentation juristischer Prüfung durch alle Instanzen standhält, bleibt abzuwarten.

Offene Fragen suchen neue Antworten

Im September 2018 eröffnete das „Center for Secure Distributed Ledgers and Contracts“ in Darmstadt. Ziel der Kooperation zwischen Industrie (Bosch) und Forschung ist ein Transaktionssystem in Echtzeit. Damit würde die 10 Minuten Zeitschranke fallen und Bitcoins wären bei der Zahlungsabwicklungen eine Alternative zu Paypal und Kreditartensystemen sowie dem seit 2018 in Deutschland eingeführten Echtzeitüberweisungs-System (Instant Payments System). Dazu wollen die Forscher eine Methode entwickeln, das einen Großteil der Transaktionen außerhalb der Blockchain abwickelt, wodurch die Skalierbarkeit signifikant verbessert werden kann. Wie die Lösung das Problem ohne Einschränkungen bei der Sicherheit zu lösen ist, weiß aktuell aber noch niemand! Auch der ständig wachsenden Speicherbedarf wollen sich Forscher widmen. Seit 2009 sollen 600 000 Datensätze mit aktuell 250 GByte angefallen sein, die von allen Mitspielern verfügbar gehalten werden müssen. Die Blockchain bleibt spannend!

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