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Know-How

Was ist ein Hash im Bitcoin-System und wozu dient er?

Bitcoin-Hash

Ein Hash kann für eine beliebige Datei berechnet werden und stellt eine Art Kennzahl für diese Datei dar. Im Bitcoin-System wird die Berechnung von Hashes als Teil des Sicherheitssystems der Buchhaltung verwendet.

Was genau ist ein Hash?

Der Ausgangspunkt für einen Hash ist eine Datei in digitaler Form. Der Inhalt der Datei kann aus Text, Ton oder irgendwelchen anderen Daten bestehen, digitale Dateien sind in allen Fällen eine Abfolge von Bits und damit also von Null und Eins.
Der Hash ist seinerseits eine Reihe von Bits, im Gegensatz zu den Dateien besitzt er allerdings eine konstante Länge. Im Bitcoin-System sind das 256 Bits. Dieser Hash zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus, die für seine Verwendung im Bitcoin-System wesentlich sind.

  • Auf allen handelsüblichen digitalen Geräten kann ein einzelner Hash auch für größere Dateien praktisch ohne merkliche Verzögerung berechnet werden.
  • Die Umkehrung dieser Berechnung ist aber auch auf Supercomputern nicht in vertretbarer Zeit durchführbar. Es ist also praktisch nicht möglich, für einen vorgegebenen Hash eine Datei mit ebendiesem Hash zu finden. Auch die Suche nach zwei verschiedenen Dateien mit demselben Hash wäre praktisch hoffnungslos.

Wozu wird ein Hash im Bitcoin-System verwendet?

Ganz allgemein findet ein Hash überall Verwendung, wo man Dateien eine mit hoher Wahrscheinlichkeit einzigartige Kennziffer zuordnen will. Im Bitcoin-System ist die Verwendung allerdings spezieller.
Die Buchhaltung von Bitcoin wird in der Form einer Blockchain geführt, also einer Kette von Datenblöcken von fester maximaler Länge. Diese Datenblöcke enthalten die Transaktionen in Bitcoin.

Jeder dieser Blöcke muss durch einen Hash mit einer bestimmten Eigenschaft bestätigt werden. Dazu wird ein solcher Block mit einer beliebig gewählten Zahl erweitert und der Hash des so erweiterten Blocks berechnet. Die geforderte Eigenschaft besteht aus einer minimalen Anzahl von Nullen, mit denen der Hash beginnen muss.

Eine direkte Berechnung einer dafür geeigneten Erweiterungszahl ist aufgrund der Eigenschaften des Hash nicht möglich. Der Prozess läuft also darauf hinaus, Erweiterungszahlen durchzuprobieren. Nachdem diese Erweiterungszahlen nach Belieben gewählt werden können, ist in diesem Prozess ein Zufallseffekt enthalten.

Ist der Prozess erfolgreich abgeschlossen, ist der neue Block bestätigt und wird Teil der Blockchain. Der damit erfolgreiche Miner wird durch eine Anzahl von Bitcoin für seine Rechenarbeit belohnt.
Diese Belohnung ist zusammen mit den anfallenden Transaktionsgebühren der Anreiz für Miner, diese Suche nach geeigneten Hashs durchzuführen.

Das Bitcoin-System läuft schon über 10 Jahre und in dieser Zeit hat die Computertechnologie beträchtliche Fortschritte gemacht. Trotzdem dauert es seit dem Start von Bitcoin im Durchschnitt etwa 10 Minuten, bis ein geeigneter Hash gefunden ist. Der Grund dafür liegt darin, dass die Anzahl der geforderten Nullen und damit die erforderliche Zahl von Versuchen an die verfügbare Rechenleistung angepasst wird.

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