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Wie funktioniert Bitcoin?
Welche technischen Hürden bestehen?
Wie wird sich die Technologie weiterentwickeln?
WE ARE
SATOSHI
Status Quo // Zentralisiertes Bankensystem
Trusted Third Party = Kontenbuchführung
A = [$20] => B
A <= [1 Pizza] = B
A B
A - $20 B + $20
IBAN: 1234 IBAN: 3456
§ Zentrales System
§ Zentrale Instanz dient als Anlaufstelle und hat
absolute Entscheidungshoheit inne.
§ Bsp.: Nationalbank, Gehirn, Machtapparat, etc.
§ Dezentrales System = Permissioned Blockchain
§ Entscheidungshoheit und Kontrolle wird auf
mehrere Instanzen (Hubs) verteilt. Es besteht
eine Hierarchie zwischen den Knoten (Peers).
§ Bsp.: Internet, Bankensystem, Skype, Tor, etc.
§ Verteiltes System = Permissionless Blockchain
§ Alle Peers im Netzwerk sind gleichwertig. Es gibt
weder Hierarchien noch Instanzen welche für
Koordination und Entscheidungsfindung zuständig
sind. Das Netzwerk regelt sich autonom.
§ Bps.: Peer-to-Peer Netzwerke, etc.
Zentral // Dezentral // Verteilt
Machtkonzentration
Selbstverwaltung
A B
Zentrales System Verteiltes System
Offene Fragestellungen:
§ Wie wird das Kontenmanagement ausgeführt?
§ Wie wird die Vertrauenswürdigkeit hergestellt?
§ Wie werden illegale Manipulation verhindert?
§ Woher wissen wir ob jemand genug Geld hat?
§ In einer Wallet sind mehrere Bitcoin Adressen,
die vom Besitzer der Wallet verwaltet werden.
§ Eine Bitcoin Adresse ist eine Kombination aus
Zeichen und Buchstaben. Sie ist vergleichbar mit
einem transparenten Tresor. Jeder sieht was
drin ist aber nur der Besitzer mit dem richtigen
Schlüssel kann den Inhalt nutzen. Jede Bitcoin
Adresse hat einen eigenen „Kontostand“.
§ Benutzer können so viele Bitcoin Adressen
erstellen wie sie wollen.
Wallet & Bitcoin Adressen
A B
Bitcoin: a98asf88asf8 Bitcoin: 928fsd8fsidf9
Public KeyPrivate Key
A
Bitcoin Hash: asd98sdf8
B
Bitcoin Hash: 9sdf8s8d8
Bitcoin Adresse
Read & Write Read IBAN
A = [$20] => B
Eliptic
Curve
Manipulation
Hashing
Function
a98sdf7sdf7 A = [$20] => B
Uhh.... Wer führt Buch über die Transaktionen?
A = [$20] => B
A <= [1 Pizza] = B
A B
A - $20 B + $20
Bitcoin Hash: asd98sdf8 Bitcoin Hash: 9sdf8s8d8
??
Kontostand A: ?
Kontostand B: ?
A
Bitcoin Hash: asd98sdf8
A B
Verteiltes System
B
Bitcoin Hash: 9sdf8s8d8
Ich vertreibe Bitcoin!
A = [100 BTC] => B
Vertraue ich Bitcoin?
Hat A 100 Bitcoin?
Wieviel sind sie Wert?
Konto A + BTC 100
Immutable, Distributed Ledger
§ Ein Immutable, Distributed Ledger („Unveränderbares, Verteiltes Kontenbuch“) ist
eine dezentrale Datenbank.
A B
A – BTC 100
B + BTC 100 A = [BTC 100] => B
A <= [1 Pizza] = B
A – BTC 100
B + BTC 100
Synchrone Kopie
Offene Fragestellungen:
§ Welche Einträgen werden als nächste vorgenommen?
§ Welche Kopie ist die Echte/Richtige?
§ Wie werden die Kopien synchronisiert?
Blockchain
A = [BTC 50] => A
Block 1 (Genesis)
T=0
A = [BTC 10] => B
Block 2
T=1
B = [BTC 5] => C
Block 3
T=2
A = [BTC 5] => C
A = [BTC 15] => D
B = [BTC 5] => A
D = [BTC 5] => B
Kontostand T=0
A: 50
B: 0
C: 0
D: 0
Kontostand T=1
A: 20
B: 10
C: 5
D: 15
Kontostand T=2
A: 25
B: 5
C: 10
D: 10
§ Blöcke speichern Transaktionen da diese kontinuierlich anfallen.
§ Neue Transaktionen müssen in einen neuen Block geschrieben werden.
§ Blöcke werden in einem vorgegebenen Rhythmus erstellt (z.B. Alle 10 min)
§ Blöcke haben eine vorgegebene Maximalgrösse (z.B. 1 MB)
Zeit
Wachstum der Blockchain über die Zeit
B
D
A
C
T=0
B
D
A
C
T=1
+
Schreiben von Transaktionen in Blöcke
A B
A = [BTC 100] => B
D = [BTC 70] => A
Block 4
T=12:00
Block 5 Block 6
T=12:10 T=12:20 T=12:30
C = [BTC 70] => B
B = [BTC 70] => C
Open
Transaction
Pool
=
MemPool
? ?
Offene Transaktion Fee Timestamp Grösse
A = [BTC 100] => B BTC 1 12:14 0.2 MB
D = [BTC 10] => B BTC 2 12:12 0.5 MB
B = [BTC 5] => C BTC 0.5 12:16 0.4 MB
C = [BTC 100] => A BTC 2 12:17 0.3 MB
Mining
§ Als Mining bezeichnet man die Erstellung von neuen Blöcken, bzw. das Schreiben
von offenen Transaktionen in die Blockchain.
§ Als Belohnung für die Erstellung eines Blocks erhalten Miner die Fees aller
Transaktionen die in einen Block integriert werden sowie einen Block Reward.
B
D
A
C
Fee Block Reward Total
5 5 10
Fee Block Reward Total
5 5 10
Fee Block Reward Total
2.5 5 7.5
Fee Block Reward Total
3.5 5 8.5
Wer darf
Minen?
Bzw.
Wer erhält
60k CHF?
Proof of Work (1/3)
§ Die Miner erhalten eine rechenintensive Aufgabenstellung, welche sie so schnell
wie möglich lösen müssen. Der erste Miner mit der richtigen Lösung darf den Block
erstellen.
§ Aus dem Inhalt des Blocks wird per SHA256 ein entsprechender Hash berechnet.
§ Der resultierende Hash ist bei gleichbleibendem Inhalt immer derselbe.
Proof of Work (2/3)
§ Die Chain entsteht durch die Integration des Hash aus dem vorausgehenden Block in
die Berechnung des Hash im neuen Block.
§ Durch die Verknüpfung der Blöcke kann die Sicherheit erhöht werden.
Hash Vorheriger Block + Hash Inhalt neuer Block + Timestamp +Nonce = Hash neuer Block
Proof of Work (3/3)
§ Der Proof of Work besteht darin einen den Anforderungen entsprechenden Hash für
den neuen Blöck zu berechnen.
§ Die Anforderungen = Komplexität der Rechnung wird dabei mit der Anzahl 0 zu
Beginn des Hash gesteuert (Mehr 0 = Komplexer)
§ Ziel: eine konstante Anzahl Blöcke pro Zeitintervall
Versuch No. Hash Vorheriger Block Hash Inhalt neuer Block Nonce Hash neuer Block
1 00b52063cd84097a 83d63d0e21fdc05f6 3 8asdf6a98sdf777fdr
2 00b52063cd84097a 83d63d0e21fdc05f6 345 0dsiosf88sdf8sdfhjh
3 00b52063cd84097a 83d63d0e21fdc05f6 234 00asdf89asdf77asfh
4 00b52063cd84097a 83d63d0e21fdc05f6 14 0fgdfgjs98sf7sdf67s
5 00b52063cd84097a 83d63d0e21fdc05f6 6 00002js98sf7sdf67s
Beispiel: Komplexitätsvorgabe = 4 Nullen
Propagation im Netzwerk / Verwaiste Blöcke
§ Getrennte oder Verwaiste Blöcke sind gültige Blöcke, die nicht Teil der Hauptkette
sind. Sie können natürlich auftreten, wenn zwei Miner Blöcke zu ähnlichen Zeiten
gemint haben. Oder sie können von einem Angreifer (mit genügend Rechenleistung)
verursacht werden, der versucht Transaktionen rückgängig zu machen.
C = [BTC 70] => B
A = [BTC 20] => D
D = [BTC 10] => A
Block 1
D = [BTC 10] => B
D = [BTC 5] => C
A = [BTC 60] => A
Block 2
D = [BTC 20] => B
A = [BTC 30] => B
C = [BTC 40] => D
Block 3
A = [BTC 10] => D
B = [BTC 33] => D
C = [BTC 38] => D
Block 3
A = [BTC 6] => B
D = [BTC 2] => A
B = [BTC 3] => C
Block 4
§ Die Bitcoin Blockchain hat eine Grösse von ca. 175GB
§ Jeder kann die Full Node = Blockchain runterladen
§ Unterschieden wird zwischen Miner und Non-Miner Nodes
Kann ich die Bitcoin Blockchain runterladen?
Ist ab 2033 Schluss mit Bitcoin????
A
Bitcoin Hash: asd98sdf8
B
Bitcoin Hash: 9sdf8s8d8
A = [$20] => B
Mempool
Neuer
Block
Miner
Proof
of
Work
3 denzler blockchain

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3 denzler blockchain

  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4. Wie funktioniert Bitcoin? Welche technischen Hürden bestehen? Wie wird sich die Technologie weiterentwickeln?
  • 6. Status Quo // Zentralisiertes Bankensystem Trusted Third Party = Kontenbuchführung A = [$20] => B A <= [1 Pizza] = B A B A - $20 B + $20 IBAN: 1234 IBAN: 3456
  • 7. § Zentrales System § Zentrale Instanz dient als Anlaufstelle und hat absolute Entscheidungshoheit inne. § Bsp.: Nationalbank, Gehirn, Machtapparat, etc. § Dezentrales System = Permissioned Blockchain § Entscheidungshoheit und Kontrolle wird auf mehrere Instanzen (Hubs) verteilt. Es besteht eine Hierarchie zwischen den Knoten (Peers). § Bsp.: Internet, Bankensystem, Skype, Tor, etc. § Verteiltes System = Permissionless Blockchain § Alle Peers im Netzwerk sind gleichwertig. Es gibt weder Hierarchien noch Instanzen welche für Koordination und Entscheidungsfindung zuständig sind. Das Netzwerk regelt sich autonom. § Bps.: Peer-to-Peer Netzwerke, etc. Zentral // Dezentral // Verteilt Machtkonzentration Selbstverwaltung
  • 8. A B Zentrales System Verteiltes System Offene Fragestellungen: § Wie wird das Kontenmanagement ausgeführt? § Wie wird die Vertrauenswürdigkeit hergestellt? § Wie werden illegale Manipulation verhindert? § Woher wissen wir ob jemand genug Geld hat?
  • 9. § In einer Wallet sind mehrere Bitcoin Adressen, die vom Besitzer der Wallet verwaltet werden. § Eine Bitcoin Adresse ist eine Kombination aus Zeichen und Buchstaben. Sie ist vergleichbar mit einem transparenten Tresor. Jeder sieht was drin ist aber nur der Besitzer mit dem richtigen Schlüssel kann den Inhalt nutzen. Jede Bitcoin Adresse hat einen eigenen „Kontostand“. § Benutzer können so viele Bitcoin Adressen erstellen wie sie wollen. Wallet & Bitcoin Adressen A B Bitcoin: a98asf88asf8 Bitcoin: 928fsd8fsidf9
  • 10. Public KeyPrivate Key A Bitcoin Hash: asd98sdf8 B Bitcoin Hash: 9sdf8s8d8 Bitcoin Adresse Read & Write Read IBAN A = [$20] => B Eliptic Curve Manipulation Hashing Function a98sdf7sdf7 A = [$20] => B
  • 11. Uhh.... Wer führt Buch über die Transaktionen? A = [$20] => B A <= [1 Pizza] = B A B A - $20 B + $20 Bitcoin Hash: asd98sdf8 Bitcoin Hash: 9sdf8s8d8 ?? Kontostand A: ? Kontostand B: ?
  • 12. A Bitcoin Hash: asd98sdf8 A B Verteiltes System B Bitcoin Hash: 9sdf8s8d8 Ich vertreibe Bitcoin! A = [100 BTC] => B Vertraue ich Bitcoin? Hat A 100 Bitcoin? Wieviel sind sie Wert? Konto A + BTC 100
  • 13. Immutable, Distributed Ledger § Ein Immutable, Distributed Ledger („Unveränderbares, Verteiltes Kontenbuch“) ist eine dezentrale Datenbank. A B A – BTC 100 B + BTC 100 A = [BTC 100] => B A <= [1 Pizza] = B A – BTC 100 B + BTC 100 Synchrone Kopie Offene Fragestellungen: § Welche Einträgen werden als nächste vorgenommen? § Welche Kopie ist die Echte/Richtige? § Wie werden die Kopien synchronisiert?
  • 14. Blockchain A = [BTC 50] => A Block 1 (Genesis) T=0 A = [BTC 10] => B Block 2 T=1 B = [BTC 5] => C Block 3 T=2 A = [BTC 5] => C A = [BTC 15] => D B = [BTC 5] => A D = [BTC 5] => B Kontostand T=0 A: 50 B: 0 C: 0 D: 0 Kontostand T=1 A: 20 B: 10 C: 5 D: 15 Kontostand T=2 A: 25 B: 5 C: 10 D: 10 § Blöcke speichern Transaktionen da diese kontinuierlich anfallen. § Neue Transaktionen müssen in einen neuen Block geschrieben werden. § Blöcke werden in einem vorgegebenen Rhythmus erstellt (z.B. Alle 10 min) § Blöcke haben eine vorgegebene Maximalgrösse (z.B. 1 MB) Zeit
  • 15. Wachstum der Blockchain über die Zeit B D A C T=0 B D A C T=1 +
  • 16. Schreiben von Transaktionen in Blöcke A B A = [BTC 100] => B D = [BTC 70] => A Block 4 T=12:00 Block 5 Block 6 T=12:10 T=12:20 T=12:30 C = [BTC 70] => B B = [BTC 70] => C Open Transaction Pool = MemPool ? ? Offene Transaktion Fee Timestamp Grösse A = [BTC 100] => B BTC 1 12:14 0.2 MB D = [BTC 10] => B BTC 2 12:12 0.5 MB B = [BTC 5] => C BTC 0.5 12:16 0.4 MB C = [BTC 100] => A BTC 2 12:17 0.3 MB
  • 17. Mining § Als Mining bezeichnet man die Erstellung von neuen Blöcken, bzw. das Schreiben von offenen Transaktionen in die Blockchain. § Als Belohnung für die Erstellung eines Blocks erhalten Miner die Fees aller Transaktionen die in einen Block integriert werden sowie einen Block Reward. B D A C Fee Block Reward Total 5 5 10 Fee Block Reward Total 5 5 10 Fee Block Reward Total 2.5 5 7.5 Fee Block Reward Total 3.5 5 8.5 Wer darf Minen? Bzw. Wer erhält 60k CHF?
  • 18. Proof of Work (1/3) § Die Miner erhalten eine rechenintensive Aufgabenstellung, welche sie so schnell wie möglich lösen müssen. Der erste Miner mit der richtigen Lösung darf den Block erstellen. § Aus dem Inhalt des Blocks wird per SHA256 ein entsprechender Hash berechnet. § Der resultierende Hash ist bei gleichbleibendem Inhalt immer derselbe.
  • 19. Proof of Work (2/3) § Die Chain entsteht durch die Integration des Hash aus dem vorausgehenden Block in die Berechnung des Hash im neuen Block. § Durch die Verknüpfung der Blöcke kann die Sicherheit erhöht werden. Hash Vorheriger Block + Hash Inhalt neuer Block + Timestamp +Nonce = Hash neuer Block
  • 20. Proof of Work (3/3) § Der Proof of Work besteht darin einen den Anforderungen entsprechenden Hash für den neuen Blöck zu berechnen. § Die Anforderungen = Komplexität der Rechnung wird dabei mit der Anzahl 0 zu Beginn des Hash gesteuert (Mehr 0 = Komplexer) § Ziel: eine konstante Anzahl Blöcke pro Zeitintervall Versuch No. Hash Vorheriger Block Hash Inhalt neuer Block Nonce Hash neuer Block 1 00b52063cd84097a 83d63d0e21fdc05f6 3 8asdf6a98sdf777fdr 2 00b52063cd84097a 83d63d0e21fdc05f6 345 0dsiosf88sdf8sdfhjh 3 00b52063cd84097a 83d63d0e21fdc05f6 234 00asdf89asdf77asfh 4 00b52063cd84097a 83d63d0e21fdc05f6 14 0fgdfgjs98sf7sdf67s 5 00b52063cd84097a 83d63d0e21fdc05f6 6 00002js98sf7sdf67s Beispiel: Komplexitätsvorgabe = 4 Nullen
  • 21.
  • 22.
  • 23.
  • 24. Propagation im Netzwerk / Verwaiste Blöcke § Getrennte oder Verwaiste Blöcke sind gültige Blöcke, die nicht Teil der Hauptkette sind. Sie können natürlich auftreten, wenn zwei Miner Blöcke zu ähnlichen Zeiten gemint haben. Oder sie können von einem Angreifer (mit genügend Rechenleistung) verursacht werden, der versucht Transaktionen rückgängig zu machen. C = [BTC 70] => B A = [BTC 20] => D D = [BTC 10] => A Block 1 D = [BTC 10] => B D = [BTC 5] => C A = [BTC 60] => A Block 2 D = [BTC 20] => B A = [BTC 30] => B C = [BTC 40] => D Block 3 A = [BTC 10] => D B = [BTC 33] => D C = [BTC 38] => D Block 3 A = [BTC 6] => B D = [BTC 2] => A B = [BTC 3] => C Block 4
  • 25. § Die Bitcoin Blockchain hat eine Grösse von ca. 175GB § Jeder kann die Full Node = Blockchain runterladen § Unterschieden wird zwischen Miner und Non-Miner Nodes Kann ich die Bitcoin Blockchain runterladen?
  • 26. Ist ab 2033 Schluss mit Bitcoin????
  • 27.
  • 28. A Bitcoin Hash: asd98sdf8 B Bitcoin Hash: 9sdf8s8d8 A = [$20] => B Mempool Neuer Block Miner Proof of Work