Bitcoin

gleichen Schlüssel bei Sender und Empfänger der Nachricht, blieb bei all diesen Systemen immer bestehen. Im Informationszeitalter nahm allerdings sowohl der Bedarf an sicherer Nachrichtenübermittlung als auch die Komplexität der Verschlüsselung zu. Aus der Kryptografie entwickelte sich deshalb der Forschungszweig der Informationssicherheit, deren Ziel die Schaffung von Informationssystemen ist, die gegen unberechtigtes Lesen und Verändern geschützt sind. Ein Durchbruch im Rahmen der Informationssicherheit war die Entwicklung asymmetrischer Verschlüsselungssysteme in den 1970ern.
    Bei einem asymmetrischen Kryptosystem wird ein Paar zusammenpassender Schlüssel eingesetzt. Ein öffentlicher Schlüssel, der zum Verschlüsseln von Nachrichten für den Schlüsselinhaber benutzt wird, und ein privater Schlüssel, der vom Schlüsselinhaber geheim gehalten werden muss und zur Entschlüsselung eingesetzt wird. So nutzen beispielsweise die im Internet weit verbreiteten Protokolle SSH, SSL/TLS oder auch HTTPS asymmetrische Kryptoverfahren. Bitcoin nutzt ebenfalls ein asymmetrisches Kryptosystem bzw. ein Public-Key-Kryptosystem, da unterschiedliche Schlüssel für die Ver- und Entschlüsselung eingesetzt werden. Ein Nutzer erzeugt ein Schlüsselpaar, das aus einem geheimen Teil (privater Schlüssel) und einem nicht geheimen Teil (öffentlicher Schlüssel) besteht. Der öffentliche Schlüssel ermöglicht es jedem, Daten, die für den Inhaber des privaten Schlüssels bestimmt sind, zu verschlüsseln oder dessen digitale Signaturen zu prüfen. Der private Schlüssel ermöglicht seinem Inhaber, mit dem öffentlichen Schlüssel verschlüsselte Daten zu entschlüsseln, digitale Signaturen zu erzeugen oder sich zu authentifizieren. Der private Schlüssel ist deshalb vergleichbar mit der persönlichen Unterschrift zur Freigabe von Dokumenten. Die digitale Signatur wird aus dem privaten Schlüssel und den zu signierenden Daten bzw. ihrem Hashwert berechnet. Ein Hashwert ist ein Wert fester Länge der typischerweise als hexadezimale Zeichenkette codiert ist und der aus beliebigen Eingabedaten gewonnen werden kann. Er wird durch einen Algorithmus berechnet, der eine große Eingabemenge auf eine kleinere Zielmenge abbildet. So ergibt z.B. der Satz „Das ist ein Passwort.“ durch die Berechnung mit dem MD5-Algorithmus den Hashwert „b6ea69ae42b92b4201056aa3c09e4735a873f48d1be3f2d0b8e4a058d49ad7b5“. Der Satz „Das ist kein Passwort.“ ergibt den völlig anders lautenden Hashwert „e687b134da0dd208a9b52e88d42eda73f7d9fff517e46a98fd3633868714c70b“, obwohl bei der Eingabe nur ein Buchstabe hinzugefügt wurde.
    Die wesentliche Eigenschaft eines aus Zahlen und Buchstaben bestehenden Hashwertes ist, dass durch ihn keine Rückschlüsse auf den ursprünglichen Eingabewert möglich sein dürfen. Aus einer bestimmten Zeichenfolge lässt sich zwar immer der gleiche Hashwert berechnen, aber umgekehrt kann aus dem Hashwert nicht wieder der ursprüngliche Eingabewert errechnen werden. Der Hashwert hat Einwegcharakter. Diese Eigenschaft macht Hashwerte für die Speicherung von Passwörtern und anderen sensiblen Daten interessant. Statt des Passwortes wird oft nur der Hashwert eines Passwortes für die Authentisierung abgespeichert. Wird das Passwort bei der Anmeldung an das System eingegeben, wird daraus der Hashwert errechnet und dieser mit dem abgespeicherten Hashwert verglichen. Sollten die Anmeldedaten in die Hände unberechtigter Dritter gelangen, ist es aufgrund des Einwegcharakters der Hashfunktion für den Angreifer schwieriger das ursprüngliche Passwort zu ermitteln. Hashwerte werden auch zur Überprüfung der Datenintegrität genutzt. Da eine Hashfunktionen mit gleicher Dateneingabe auch stets gleiche Hashwerte liefert, kann auf diese Weise überprüft werden, ob Daten bei einer Übertragung über ein unsicheres Netz verfälscht wurden. Dieses Prinzip wird auch bei digitalen Signaturen genutzt.
    Die digitalen Signaturen der Bitcoin-Währung sind Teil des asymmetrischen Kryptosystems, das öffentliche und private Schlüssel einsetzt. Der öffentliche Schlüssel ist mit einer Kontonummer vergleichbar, während der private Schlüssel wie eine TAN wirkt. Dadurch ist eine sichere Übertragung von Bitcoins möglich, wie der folgende Vorgang vereinfacht zeigt:
    Nutzer A schickt Nutzer B seinen öffentlichen Schlüssel.
    Nutzer B fügt den öffentlichen Schlüssel von Nutzer A mit dem Betrag, den er überweisen will, zu einer