Was sind Bitcoin-Knoten?

Im Bitcoin-Netzwerk erzeugen, empfangen oder übertragen Knoten Nachrichten. Der Betrieb eines vollständig validierenden Knotens trägt zur Gesundheit des Netzwerks bei, schützt vor Angriffen und Betrug und ermöglicht es Nutzern, ihr Geld ohne Drittparteien zu kontrollieren. Die Nodes der Miner sind für die Verarbeitung von Transaktionen und das Erstellen neuer Blöcke verantwortlich. In Kryptowährungs-Wallets integrierte SPV-Clients arbeiten mit minimalen Ressourcen und bieten eine vereinfachte Möglichkeit, Bitcoin-Transaktionen zu verifizieren, ohne die gesamte Blockchain herunterladen zu müssen. 

Grundlagen

Je nach Kontext kann ein Knoten als Verteilungspunkt oder als Kommunikationsendpunkt in Computer- und Telekommunikationsnetzen dienen. Typischerweise ist ein Knoten ein physisches Netzwerkgerät, aber in bestimmten Fällen können auch virtuelle Knoten eingesetzt werden.

Ein Bitcoin-Knoten ist ein Punkt innerhalb der Netzwerkinfrastruktur, an dem Nachrichten erzeugt, empfangen oder weitergeleitet werden können. Es gibt vier Typen von Bitcoin-Knoten: Full Nodes, Listening Nodes (Supernodes), Miner-Nodes und SPV-Clients.

Bitcoin-Knoten

Das verteilte System von Computerknoten ermöglicht es Bitcoin, als dezentrale Peer-to-Peer-Digitalwährung zu funktionieren. Blockchain-Knoten fungieren als Kommunikationspunkte, die verschiedene Aufgaben erfüllen und Transaktionen ohne Zwischeninstanzen vermitteln, wodurch das System zensurresistent wird.

Jedes Gerät, das sich mit der Bitcoin-Schnittstelle verbindet, kann als Knoten betrachtet werden, da sie miteinander kommunizieren und Informationen über Transaktionen und Blöcke innerhalb des verteilten Netzwerks über das Bitcoin-Peer-to-Peer-Protokoll übertragen. Allerdings hat jeder Knoten spezifische Funktionen, weshalb es unterschiedliche Arten von Bitcoin-Knoten gibt.

Full Nodes

Full Nodes spielen eine entscheidende Rolle bei der Sicherung des Netzwerks und der Gewährleistung seines ordnungsgemäßen Betriebs. Diese Knoten, auch als vollständig validierende Nodes bezeichnet, sind dafür verantwortlich, Transaktionen und Blöcke anhand der Konsensregeln des Systems zu prüfen. Zudem können sie neue Transaktionen und Blöcke an die Blockchain weiterleiten.

Obwohl Full Nodes üblicherweise eine vollständige Kopie der Bitcoin-Blockchain herunterladen, ist dies nicht zwingend erforderlich. Es ist möglich, eine reduzierte Kopie der Blockchain zu verwenden. Die am weitesten verbreitete Softwareimplementierung zum Einrichten eines Full Nodes ist Bitcoin Core, das einen Desktop- oder Laptop-PC mit einer aktuellen Version von Windows, macOS oder Linux erfordert.

Um einen Bitcoin Core Full Node zu betreiben, benötigen Sie mindestens 200 GB freien Festplattenspeicher, 2 GB Arbeitsspeicher und eine Hochgeschwindigkeits-Internetverbindung mit Upload-Geschwindigkeiten von mindestens 50 kB/s. Eine unlimitierte Verbindung oder eine mit hohen Upload-Limits ist vorzuziehen, da Online-Full Nodes bis zu 200 GB/Monat Upload und 20 GB/Monat Download verwenden können. Beim ersten Start Ihres Full Nodes müssen Sie etwa 200 GB Daten herunterladen.

Es wird empfohlen, Ihren Full Node mindestens sechs Stunden pro Tag laufen zu lassen, idealerweise jedoch kontinuierlich (24/7). Viele freiwillige Organisationen und Nutzer betreiben Full Bitcoin Nodes, um das Ökosystem zu unterstützen. Stand 2023 sind über 17.000 öffentliche Nodes im Bitcoin-Netzwerk aktiv. Beachten Sie, dass diese Zahl nur öffentliche, sichtbare und zugängliche Listening Nodes umfasst. Versteckte Nodes, auch nicht-listening Nodes genannt, sind für das Netzwerk nicht sichtbar und können hinter Firewalls betrieben werden oder Protokolle wie Tor nutzen, die anonyme Kommunikation im Internet ermöglichen.

Listening Nodes (Supernodes)

Full Nodes, die für andere Knoten im Netzwerk sichtbar und erreichbar sind, werden Listening Nodes oder Supernodes genannt. Diese Nodes fungieren als Datenquelle und Kommunikationsbrücken und sind dafür verantwortlich, die Blockchain-Historie und Transaktionsdaten an andere Knoten im Netzwerk zu übertragen. Im Wesentlichen sind Supernodes Verteilungspunkte, die Verbindungen zwischen Knoten herstellen helfen.

Supernodes benötigen in der Regel mehr Rechenleistung und eine zuverlässigere Internetverbindung als versteckte Nodes. Sie werden typischerweise 24/7 betrieben und haben mehrere etablierte Verbindungen, wodurch sie Informationen an jeden Knoten liefern können, der sich mit ihnen verbindet. Der Betrieb eines Supernodes trägt zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und Effizienz des Netzwerks bei.

Miner-Nodes

Um mit dem Bitcoin-Mining zu beginnen, muss spezialisierte Mining-Hardware und -Software angeschafft werden. Diese Mining-Programme sind getrennt von Bitcoin Core und arbeiten neben diesem, um Bitcoin-Blöcke zu schürfen. Miner können als Solo-Miner allein arbeiten oder einem Pool beitreten.

Solo-Miner nutzen ihre eigene Kopie der Blockchain auf ihren Full Nodes, während Pool-Miner ihre Rechenresourcen bzw. Hashpower kombinieren. In einem Mining-Pool muss nur der Pool-Administrator einen Full Node betreiben, auch bekannt als Full Node des Pool-Miners. 

SPV-Clients (Lightweight)

Kryptowährungs-Wallets verwenden oft Simplified Payment Verification (SPV)-Clients, auch Lightweight-Clients genannt, um auf das Bitcoin-Netzwerk zuzugreifen. Im Gegensatz zu Full Nodes führen SPV-Clients keine Kopie der Blockchain und übernehmen keine Transaktionsprüfung oder -validierung und tragen somit nicht zur Sicherheit des Netzwerks bei. Stattdessen verlassen sie sich auf andere Full Nodes (Supernodes), die Informationen über die Aufnahme einer Transaktion in einen Block bereitstellen. Im Wesentlichen fungieren SPV-Clients als Kommunikationsendpunkte und werden genutzt, um den Status von Transaktionen zu prüfen, ohne die gesamten Blockdaten herunterzuladen.

Client vs. Mining Nodes

Das Betreiben eines Full Nodes ist nicht dasselbe wie das Betreiben eines Full Mining Nodes. Im Gegensatz zum Mining können vollständig validierende Nodes von jedermann betrieben werden und erfordern keine teure Hardware oder spezielle Software.

Wenn ein Miner versucht, einen Block zu minen, sammelt er zunächst gültige, noch nicht bestätigte Transaktionen von Full Nodes. Dann fasst er die Transaktionen zu einem Kandidatenblock zusammen und beginnt mit dem Mining. Sobald eine gültige Lösung gefunden ist, sendet der Miner den Block an das Netzwerk, damit andere Full Nodes dessen Gültigkeit überprüfen. Die Konsensregeln werden vom verteilten Netzwerk der validierenden Nodes festgelegt und aufrechterhalten, nicht von den Minern.

Fazit

Bitcoin-Knoten kommunizieren über das Bitcoin-P2P-Netzwerkprotokoll miteinander und sichern so die Integrität des Systems. Unehrliche Knoten, die versuchen, falsche Informationen zu verbreiten oder sich daneben zu benehmen, werden von ehrlichen Knoten schnell erkannt und vom Netzwerk getrennt. Der Betrieb eines vollständig validierenden Nodes trägt zur Gesundheit des Netzwerks bei und bietet eine sicherere und vertrauenswürdigere Umgebung für Bitcoin-Transaktionen. Obwohl Full Nodes keine finanziellen Belohnungen bieten, garantieren sie, dass die Regeln des Netzwerks eingehalten werden, schützen vor Angriffen und Betrugsversuchen (wie Double-Spending) und ermöglichen es Nutzern, die Kontrolle über ihr Geld zu behalten, ohne sich auf Drittparteien verlassen zu müssen.