Welche Rolle spielt ein Bitcoin Full Node?

Was Sie lernen werden

1. Bitcoin Funktionen & Teilnehmer
2. Einen Full Node betreiben
3. Speichern der Blockchain
4. Weiterleitung von Transaktionen

In diesem Artikel werden wir die wesentlichen Systemfunktionen näher erläutern und uns dann den ersten der Netzwerkteilnehmer ansehen – einen Full Node. Full Nodes spielen eine entscheidende Rolle bei der Erfüllung der Kernfunktionen von Bitcoin und ermöglichen es anderen, sich mit dem Netzwerk zu verbinden.

Die Hauptfunktionen des Bitcoin-Geldsystems

Um ein funktionierendes Geldsystem ohne einen zentralen Vermittler zu schaffen, muss Bitcoin Folgendes leisten:

1. Ein genaues historisches Hauptbuch der Transaktionen und der nicht ausgegebenen Guthaben zu führen
2. Validierung neuer Transaktionen, die den Regeln entsprechen (Konsensmechanismus)
3. Hinzufügen dieser Vorgänge zum historischen Hauptbuch in der richtigen Datumsreihenfolge und im richtigen Datenformat
4. Ausgabe neuer Bitcoin zum festgelegten Kurs – derzeit 6,25 BTC pro neuem Block
5. Erlauben Sie Wallets, Transaktionen auszugeben und zu empfangen und mit dem Ledger zu synchronisieren
6. Als Service für externe Nutzer/Dienste fungieren, um Transaktionsdaten zu referenzieren
7. Weiterleitung von Informationen zwischen den Teilnehmern des Peer-to-Peer-Netzwerks

Satoshi Nakamoto kapselte diese Funktionen im ursprünglichen Referenzcode, den er im Jahr 2008 schrieb. Er wurde seither aktualisiert und ist in einem Referenz-Client verfügbar, der am häufigsten verwendete ist Bitcoin Core.

Bitcoin-Netzwerk-Teilnehmer

Im Bitcoin-Netzwerk gibt es keine Hierarchie, sondern verschiedene Arten von Nodes, die die erforderlichen Funktionen mehr oder weniger stark erfüllen.

• Vollständige Nodes: Alle Funktionen außer der Erstellung neuer Bitcoins
• Lightweight Nodes: Routing und Wallet ( 5 & 7)
• Schürfer: Ausgabe/Bestellung; Routing & vollständiges Hauptbuch (3,4 & 7)
• API Clients – Bereitstellung fertiger Verbindungen zu Bitcoin Core (6)
• Dienste von Drittanbietern: Verbindung zu Bitcoin Core über API Clients oder direkt zu Full Nodes, um externe Dienste zu betreiben

Jeder Teil des Bitcoin-Netzwerks bietet Ihnen die Möglichkeit, sich aktiv am Betrieb und der Erweiterung des Ökosystems zu beteiligen, aber der Full Node ist der wichtigste, der Bitcoin Core betreibt und standardmäßig alle Funktionen (außer Mining) in sich vereint.

Einen Full Node betreiben

Durch den Betrieb von Bitcoin Core kann jeder, der über eine bescheidene Computerausstattung und Kompetenz verfügt, ein Node im Bitcoin-Netzwerk werden und dazu beitragen, die wichtigen Funktionen zu erfüllen, sowie eine Brücke zu denjenigen bilden, die Dienste zur Erweiterung des Ökosystems und der Nutzerakzeptanz aufbauen wollen.

Es handelt sich um eine Open-Source-Software, die von einem freiwilligen Team gepflegt und entwickelt wird und verwirrenderweise den gleichen Namen trägt: Bitcoin Core.

Sie ist in C++ geschrieben und kann kostenlos von Bitcoin.org heruntergeladen werden. Die Synchronisierung wird mehrere Tage in Anspruch nehmen, da sie eine Kopie des Transaktionsbuchs, der so genannten Bitcoin-Blockchain, enthält.

Die vollständige Bitcoin Blockchain ist derzeit über 370 GB groß, aber sobald der Download abgeschlossen ist – bekannt als Initial Blockchain Downloading (IBD) – können Sie beginnen, eine direkte Rolle bei der Unterstützung des Bitcoin-Ökosystems zu spielen.

Einen Full Node zu betreiben bedeutet, eine ständig aktualisierte Aufzeichnung des Hauptbuchs der Bitcoin-Transaktionen, bekannt als Bitcoin-Blockchain, zu führen. Das bedeutet, dass für den Betrieb eines Full Node eine erhebliche Bandbreite erforderlich ist.

• Ein Full Node ist dafür verantwortlich, die Echtheit jeder digitalen Signatur zu überprüfen, bevor ein neuer Block zur Blockchain hinzugefügt wird.
• Ein Full Node hat die Befugnis, Transaktionen oder Blöcke abzulehnen, die nicht dem Protokoll entsprechen.

Pflege der Bitcoin-Blockchain

Die Bitcoin-Blockchain ist, wie der Name schon sagt, eine verknüpfte Kette historischer Bitcoin-Transaktionen, die in aufeinanderfolgenden Datenblöcken mit Zeitstempel aufgezeichnet werden. Dies ermöglicht die genaue Aufzeichnung der Abrechnungshistorie, die jedes Währungssystem benötigt.

Die Blöcke sind durch Zeitstempel und kryptografische Hashes miteinander verbunden und werden (über den Mining-Prozess) in Abständen von etwa 10 Minuten erstellt, wobei der Schwierigkeitsgrad alle zwei Wochen angepasst wird, um dies zu erreichen (siehe unten).

Jeder Transaktionsblock ist mit einem Hash versehen, der die Integrität des vorangegangenen Blocks bestätigt, wodurch ein sequentielles Muster von Blöcken, die sogenannte Blockchain, entsteht.

Der erste Block im Bitcoin-Netzwerk wird als Genesis-Block bezeichnet, da er sich nicht auf einen vorherigen Block bezieht. Stattdessen wurde er von Satoshi fest in den Quellcode programmiert.

Jeder Block ist nicht größer als 1 MB und kann etwa 4.000 Transaktionen aufnehmen (jede Transaktion hat eine durchschnittliche Größe von 250 Byte). Die Größenbeschränkung ist für das Ziel der Dezentralisierung von entscheidender Bedeutung, denn jede Vergrößerung des Speichers macht die IBD größer.

Eine zu große IBD schränkt den Kreis der Teilnehmer ein, was das Gegenteil von Offenheit und Inklusivität ist. Dies wird umso mehr Sinn machen, je mehr Details wir über die Systemteilnehmer erfahren, die Blöcke erzeugen, Transaktionen validieren und verifizieren.

So wie eine Datenbank modelliert ist, funktioniert das Bitcoin-Netzwerk wie eine replizierte Datenbank, in der jeder die gleiche Liste früherer Bitcoin-Transaktionen enthält. Full Nodes verbreiten diese „Transaktionsdaten“ (Zahlungen) und „Blockdaten“ (Ergänzungen zum Ledger).

Die Komplexität der Bitcoin-Architektur besteht darin, dass die Knoten unabhängig voneinander agieren und gleichzeitig ein äußerst sicheres und anonymes Netzwerk aufrechterhalten. Obwohl nicht alle Kryptowährungen der Bitcoin-Netzwerkarchitektur folgen, ist es das erste erfolgreiche und derzeit größte Kryptowährungsnetzwerk und wurde als Modell für viele nachfolgende Kryptowährungen verwendet, wobei seine Regeln und Funktionen angepasst wurden.

Weiterleitung und Speicherung von Transaktionen

Ein Full Node validiert jede Transaktion, die an ihn gesendet wird, da er eine vollständige Kopie der Bitcoin-Blockchain enthält – siehe oben. Sobald eine Bitcoin-Transaktion an einen beliebigen Knoten gesendet wird, der mit dem Bitcoin-Netzwerk verbunden ist, wird die Transaktion von diesem Knoten validiert.

Die Validierung ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Integrität des gesamten Systems, weshalb der Betrieb eines Full Node Bitcoin aktiv unterstützt. Validierung bedeutet, einen Konsens zu gewährleisten:

• Die Anzahl der Bitcoin, die jeder Block erzeugen kann. (Derzeit 6,25 BTC)
• Transaktionen mit korrekten Signaturen für die auszugebenden Bitcoins.
• Transaktionen/Blöcke, die im richtigen Datenformat stattfinden.
• Keine Transaktionsausgabe wird innerhalb der Blockchain doppelt ausgegeben.

Wenn eine Transaktion gültig ist, wird jeder Knoten die Transaktionen an die anderen Knoten weiterleiten, mit denen er verbunden ist, und je nach Gültigkeit der neuen Transaktionen wird entweder eine Erfolgs- oder eine Fehlermeldung synchron an den Urheber zurückgesendet.

Sobald eine gültige Transaktion nachgewiesen ist, gibt der Knoten die Transaktion an andere Knoten weiter, die schließlich von einem Miner abgeholt und – nachdem der erforderliche Arbeitsnachweis erbracht wurde – dem nächsten Block hinzugefügt wird.

Diese Struktur verhindert Spamming, Denial-of-Service-Angriffe oder andere lästige Angriffe auf das Bitcoin-System. Kurz gesagt, jeder Knotenpunkt validiert unabhängig jede Transaktion, bevor sie weitergegeben wird.

Kommunikation mit Bitcoin Core & Steuerung von Funktionen

Bitcoin Core agiert wie ein Server, was bedeutet, dass alle verschachtelten Funktionen – wie oben aufgelistet – vom Client angesprochen und gesteuert werden können. Full Nodes tun dies, indem sie Befehle im JSON-RPC (Remote Procedure Calls) Format verwenden, die in einer ganzen Reihe von Sprachen verfügbar sind. Die Chancen stehen also gut, dass Sie mit Bitcoin Core kommunizieren und Funktionen entwickeln können, wenn Sie über Programmierkenntnisse verfügen.

Da Bitcoin Core die komplette Blockchain enthält – das gesamte historische Hauptbuch der Bitcoin-Transaktionen und -Salden – sind die möglichen Verwendungen dieser Informationen nur durch Ihre Vorstellungskraft und Ihre Programmierkenntnisse begrenzt.

Hier ist eine Liste von Möglichkeiten, mit Bitcoin Core zu kommunizieren.

• Python;
• Ruby;
• Erlang;
• PHP;
• JAVA;
• Perl;
• Go;
• .Net; JS;
• Deno;
• Befehlszeile;
• C;
• Clojure;
• C##

Alle Details können im Bitcoin-Wiki gefunden werden. Es gibt jedoch eine Abkürzung, die von der Vermittlungsschicht (manchmal auch Client-Schicht genannt) der vorgefertigten APIs bereitgestellt wird, die die schwere Arbeit für Sie erledigen wird.

Vorteile eines Bitcoin-Knotens

Das Betreiben eines vollständigen Bitcoin-Knotens bringt zwar keine Münzprämien mit sich, hat aber einige immaterielle Vorteile. Sie beinhalten:

1. Das Betreiben eines Full Bitcoin Nodes erhöht die Sicherheit einer Transaktion. Wenn Sie mehrere BTC-Transaktionen pro Tag durchführen, können Sie aktuelle Informationen zu Ihren Transaktionen direkt von der Bitcoin-Blockchain abrufen.
2. Indem Sie einen vollständigen Knoten betreiben, können Sie die Konsensregeln von Bitcoin durchsetzen und haben die Befugnis, eine Transaktion abzulehnen, die gegen die Regeln verstößt. Und je mehr Kopien der Bitcoin-Blockchain existieren, desto stabiler ist die Plattform. Sie tragen also nicht nur zur Verbesserung der Sicherheit bei, sondern stärken auch das Bitcoin-Netzwerk.
3. Wenn Sie ein Händler oder Inhaber sind, haben Sie sofortigen Zugang zu großen Transaktionen, die den Markt bewegen können. In der Tat empfiehlt ein von Lennart Ante veröffentlichtes Forschungspapier, dass Händler selbst einen Bitcoin-Knoten betreiben sollten, um den Markt zu beurteilen.
4. Außerhalb der Nodes werden Bitcoin-Transaktionen über eine dritte Partei abgewickelt. Menschen, die sehr auf ihre Privatsphäre bedacht sind, sollten eigene Bitcoin-Knoten betreiben, um die Vorteile des Bitcoin-Datenschutzsystems voll auszuschöpfen.
5. Im Falle einer Hard Fork haben Bitcoin Full Nodes die Möglichkeit zu wählen, welcher Kette sie beitreten wollen. Wenn Sie also einen vollen Bitcoin-Knoten betreiben, können Sie sich an der Steuerung des Bitcoin-Protokolls beteiligen.

Betreiben eines Knotens

Indem Sie einen Knoten betreiben, können Sie aktiv an der Krypto-Revolution teilnehmen und ein alternatives Geldsystem mitgestalten. Bevor Sie mit dem Prozess beginnen, müssen Sie die Risiken und Anforderungen kennen, die mit dem Betrieb eines Bitcoin-Knotens verbunden sind. Lassen Sie uns das näher betrachten.

1 – Sichern Sie Ihr Wallet

Wenn Sie einen Bitcoin-Knoten betreiben, können Sie Ihre Bitcoins in der Bitcoin-Core-Wallet aufbewahren; ergreifen Sie jedoch Sicherheitsmaßnahmen wie bei jeder anderen Krypto-Wallet.

2 – Mindestanforderungen für einen vollständigen Node

• Desktop oder Laptop mit einer aktuellen Version der Betriebssystemsoftware
• 200 GB freier Festplattenspeicher mit einer minimalen Lese-/Schreibgeschwindigkeit von 100 mb/s.
• 2 GB Arbeitsspeicher mit wahlfreiem Zugriff
• Eine schnelle Internetverbindung mit einer Mindestgeschwindigkeit von 500 KB/Sekunde
• Eine nicht gebührenpflichtige Verbindung oder eine Verbindung mit hohen Upload-Limits sowie eine Verbindung, die keine Upload-Limits hat.
• Mindestens sechs Stunden pro Tag, damit Ihr Knoten läuft.

3 – Probleme, die auftreten können

• Rechtliches: Stellen Sie sicher, dass Ihr Land Bitcoin nicht verboten hat.
• Bandbreitenlimit: Überprüfen Sie die Datenbandbreite Ihrer Internetverbindung bei Ihrem Dienstanbieter. Das Ziel ist es, den Bitcoin-Knoten am Laufen zu halten.
• Firewall-Zugang: Wie bei jeder Blockchain versuchen auch Spammer, die Bitcoin-Blockchain zu schädigen. Aber seien Sie versichert, dass das Bitcoin-Netzwerk sicher ist und Ihre Hardware nicht beeinträchtigen wird. Einige Antivirenprogramme können die Ausführung des Bitcoin-Knotens erschweren. Überprüfen Sie daher die Antivirensoftware in Ihrem System, bevor Sie mit dem Prozess beginnen.
• Ziel-Risiken: Hacker oder Spammer, die das Bitcoin-Netzwerk unterwandern wollen, sind ständig auf der Suche nach Angriffen auf einen vollständigen Bitcoin-Knoten. Treffen Sie also zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen, um sicherzustellen, dass Ihre Hardware nicht angegriffen wird.

Optionen für den Betrieb des Bitcoin-Knotens

Es gibt drei Optionen, um einen Bitcoin Full Node zu betreiben:

1. Betreiben Sie ihn in einem virtuellen privaten Netzwerk (VPN).
2. Betreiben Sie ihn auf einer ‚out of the box‘ Lösung, wie Lighting In A Box, Raspiblitz, Nodl, Casa Node, etc.
3. Führen Sie es auf einer angepassten Lösung aus, wie z.B. Raspberry PI 4- ein Minicomputer, der die Kapazität hat, ganze Knoten im Bitcoin-Netzwerk zu betreiben.
4. Nun der Prozess, um einen Bitcoin-Knoten auf einem Computer mit VPN zu betreiben

Schritt 1: Der erste Schritt besteht darin, Ihre Hardware für den Betrieb des Bitcoin-Knotens vorzubereiten.

Schritt 2: Wählen Sie das Betriebssystem, das Sie für den Betrieb des Bitcoin-Knotens verwenden möchten. Einige Optionen sind Windows-Distributionen (7, 8 oder 10), Linux-Distributionen (Debian, Ubuntu, etc.) und Mac OS.

Schritt 3: Installieren Sie Bitcoin auf Ihrer Hardware anhand dieser Schritt-für-Schritt-Anleitung.

Schritt 4: Folgen Sie diesen Schritten, um Ihren Router so zu konfigurieren, dass er Port 8333 zulässt:

1) Melden Sie sich bei Ihrem Router an und suchen Sie nach dem Abschnitt „Portweiterleitung“ (Virtual Server). Sie finden ihn unter dem Abschnitt „NAT“.
2) Geben Sie Ihre IP-Adresse ein.
3) Geben Sie „8333“ sowohl bei „Internal Port Start“ als auch bei „External Port Start“ ein.
4) Wählen Sie TCP/UDP im Abschnitt „Protokoll“.
5) Klicken Sie auf Übernehmen/Speichern

Schritt 5: Überprüfen Sie mit Webseiten wie „earn.com“ um sicherzustellen, dass Ihr Bitcoin-Knoten erreichbar ist.

Helfen, Bitcoin Core zu bauen und zu warten

Wenn Ihr Interesse nicht so sehr darin besteht, am Ökosystem teilzunehmen, sondern die Infrastruktur dahinter zu bauen, ist das genauso genehmigungsfrei.

Bitcoin Core wird von einem freiwilligen Team von Mitwirkenden gepflegt, und jeder kann Änderungen vorschlagen, Code testen, überprüfen und Kommentare abgeben. Größere Änderungen an Bitcoin Core werden in so genannten BIPs vorgeschlagen – Bitcoin Improvement Proposals. Diese erfordern einen formalen Prozess von Vorschlag, Diskussion und Genehmigung. Einige der größten Chancen für Bitcoin, einschließlich Segwit – als Ergebnis des sogenannten Block Size War – kamen durch BIPs

Kleinere Fehlerbehebungen und Wartungsarbeiten müssen nicht den formellen BIP-Prozess durchlaufen, da es sich in seltenen Fällen um Behebungen von bedeutenden Schwachstellen handelt. Dies war 2018 der Fall, als ein Patch erforderlich war, der zur Schaffung von Bitcoin über die festgelegte Angebotsobergrenze hinaus hätte führen können, was das Vertrauen in das gesamte System zerstört hätte.

Sie müssen nicht unbedingt ein Entwickler sein, um bei der Verbesserung von Bitcoin Core zu helfen. Sie können helfen, die Dokumentation zu verbessern, Übersetzungen anzufertigen, Prozessänderungen oder Verbesserungen an der Benutzeroberfläche vorzuschlagen.

Als Alternative zum Aufbau und zur Pflege von Bitcoin Core gibt es völlig separate Implementierungen des Bitcoin-Protokolls, wie z.B. Libbitcoin, die als Sammlungen von Open-Source-C++-Bibliotheken zur Erstellung von Bitcoin-Anwendungen dienen.

Erfahren Sie mehr über contributing to Bitcoin Core, aber beachten Sie bitte, dass es sich um einen Support-Kanal für Bitcoin handelt.