Blöcke und die Timechain

Jeder Bitcoin-Block ist ein Paket aus Transaktionen, versiegelt durch Proof of Work und kryptographisch an seinen Vorgänger gekettet. Diese Kette — die Timechain — ist Bitcoins unveränderliches Kassenbuch. Einmal geschrieben, für immer gültig.

Was ist ein Block?

Ein Block besteht aus zwei Teilen:

1. Block Header — 80 Bytes, die den gesamten Block identifizieren
2. Transaktionsliste — alle Transaktionen, die der Miner in diesen Block gepackt hat (typisch: 2.000–4.000 Stück)

Der Header ist das Herzstück. Er enthält alles, was für Mining, Verkettung und Verifizierung nötig ist — in nur 80 Bytes.

Die 6 Felder des Block Headers

Summe: 80 Bytes. Das ist alles. Ein Miner hasht diese 80 Bytes mit SHA-256d und prüft, ob das Ergebnis unter dem Target liegt. Wenn nicht, ändert er die Nonce und hasht erneut — milliardenfach pro Sekunde.

Erkunde den Block Header selbst

Die Verkettung: Vom Block zur Timechain

Das Feld Previous Block Hash ist der Schlüssel zu allem. Jeder Block enthält den SHA-256d-Hash seines Vorgängers. Dadurch entsteht eine lineare Kette, die bis zum Genesis Block (Block 0, 3. Januar 2009) zurückreicht.

graph LR
    B0["Block 0\nGenesis\n03.01.2009"]:::genesis --> |"Hash₀"| B1["Block 1"]
    B1 --> |"Hash₁"| B2["Block 2"]
    B2 -.-> |"···"| BN["Block N\n~894.000"]:::current

    classDef genesis stroke:#98971a,stroke-width:2px,color:#98971a
    classDef current stroke:#fe8019,stroke-width:2px,color:#fe8019

Warum die Kette unveränderlich ist

Stell dir vor, jemand will eine Transaktion in Block 800.000 ändern. Was passiert?

1. Die Transaktion ändert sich → der Merkle Root ändert sich
2. Der Merkle Root ändert sich → der Block-Hash ändert sich (Lawinen-Effekt)
3. Block 800.001 enthält aber den alten Hash als Previous Block Hash → ungültig
4. Also muss auch Block 800.001 neu berechnet werden → neuer Proof of Work nötig
5. Und Block 800.002, und 800.003, und jeder folgende Block…

Der Angreifer müsste also nicht nur den einen Block, sondern alle nachfolgenden Blöcke schneller neu berechnen als das gesamte ehrliche Netzwerk neue Blöcke findet. Bei der aktuellen Hashrate von über 700 EH/s ist das physikalisch unmöglich.

Je älter ein Block, desto sicherer ist er. Jeder neue Block, der oben drauf kommt, macht die Manipulation aller darunter liegenden Blöcke exponentiell teurer. Deshalb gelten Transaktionen nach 6 Bestätigungen (≈ 60 Minuten) als praktisch irreversibel.

Merkle Trees: Tausende Transaktionen in 32 Bytes

Ein Block kann tausende Transaktionen enthalten. Wie fasst man die in einem einzigen Hash zusammen? Mit einem Merkle Tree — einer binären Baumstruktur aus Hashes:

1. Jede Transaktion wird gehasht → die Blätter des Baums
2. Je zwei benachbarte Hashes werden zusammengehängt und erneut gehasht → eine Ebene höher
3. Das wiederholt sich, bis nur noch ein einziger Hash übrig ist: der Merkle Root

                  Merkle Root
                 /           \
            H(AB)             H(CD)
           /     \           /     \
        H(A)    H(B)     H(C)    H(D)
         |       |         |       |
        TX A    TX B      TX C    TX D

Merkle Root: 
Blätter:     —
Ebenen:      —

Warum Merkle Trees genial sind

Merkle Proofs und SPV

Nicht jeder Bitcoin-Nutzer betreibt einen Full Node, der alle Transaktionen speichert. Leichtgewichtige Clients (SPV — Simplified Payment Verification) können mit einem Merkle Proof verifizieren, dass eine bestimmte Transaktion in einem Block enthalten ist, indem sie nur den Pfad vom Blatt zum Root kennen — nicht den gesamten Baum.

Der Genesis Block

Block 0 ist besonders: Er hat keinen Vorgänger. Satoshi Nakamoto hat ihn am 3. Januar 2009 erzeugt und in der Coinbase-Transaktion eine Nachricht hinterlassen:

"The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks"

Eine Schlagzeile der London Times — ein Zeitstempel und eine Absichtserklärung in einem.

Blockgröße und SegWit

Seit dem SegWit-Upgrade (2017) wird die Blockgröße nicht mehr in Bytes gemessen, sondern in Weight Units (WU). Das Maximum beträgt 4 Millionen WU pro Block (≈ 1–2 MB an Daten). SegWit-Transaktionen nutzen den Platz effizienter, weil die Witness-Daten (Signaturen) mit einem Rabatt von 75 % gewichtet werden.

Durch diese Begrenzung entsteht ein natürlicher Gebührenmarkt: Wenn mehr Transaktionen gesendet werden als in einen Block passen, konkurrieren sie über die Gebühren um den begrenzten Platz.

Weiterführend

• Hashing und der Lawinen-Effekt — Warum eine minimale Änderung den gesamten Hash zerstört
• Mining und Proof of Work — Wie Miner diese Blöcke erzeugen
• Transaktionen Byte für Byte — Was in den Transaktionen steckt, die im Block landen