Was ist eine Coinbase-Transaktion und wie funktioniert sie innerhalb von Bitcoin?
Was ist eine Coinbase-Transaktion?
Eine Coinbase-Transaktion ist die allererste Transaktion in jedem Bitcoin-Block. So erhält ein Miner die Belohnung für diesen Block. Diese Belohnung heißt Block Reward und besteht aus zwei Teilen: neu ausgegebene Bitcoin, die Block Subsidy, und die Transaktionskosten aller normalen Transaktionen, die der Miner in diesem Block aufgenommen hat.
Der Miner, der einen Kandidatenblock erstellt, setzt diese Transaktion immer an den Anfang des Blocks. Über die Outputs, also die Empfänger des Geldes, kann der Miner die Belohnung an eine eigene Adresse oder an eine Miningpool schicken lassen.
Wichtigste Erkenntnisse
- Eine Coinbase-Transaktion ist immer die erste Transaktion eines Bitcoin-Blocks.
- Miner nutzen diese Transaktion, um die Block Subsidy und Transaktionskosten zu beanspruchen.
- Full Nodes prüfen, ob die Coinbase-Transaktion den Bitcoin-Regeln entspricht.
- Eine Coinbase-Transaktion hat einen speziellen Input, der nicht auf einen früheren Bitcoin-Output verweist.
- Die Belohnung ist erst ab Blockhöhe h+100 ausgebbar.
Wie funktioniert eine Coinbase-Transaktion?
Ein Miner erstellt zuerst einen Kandidatenblock mit der Coinbase-Transaktion ganz oben und fügt danach gegebenenfalls Transaktionen aus der Mempool hinzu. Die Mempool ist einfach gesagt die Warteschlange mit Transaktionen, die bereits an das Netzwerk gesendet wurden, aber noch nicht in einem Block stehen.
Anschließend wählt der Miner aus, wohin die Belohnung gehen soll. Das kann eine eigene Bitcoin-Adresse sein, bei Miningpools steht dort aber oft ein Auszahlungs-Skript, das vom Pool festgelegt wird. Der Pool regelt danach selbst, wie die Teilnehmer bezahlt werden.
Im speziellen Coinbase-Input steht unter anderem die Blockhöhe, also die laufende Nummer des Blocks. Der Miner kann dort auch zusätzliche Daten einfügen, etwa eine zusätzliche Nonce. Eine Nonce ist ein Wert, den Miningsoftware beim Suchen nach einem gültigen Hash immer wieder verändert.
Warum ist das nützlich? Bei Proof of Work versucht der Miner sehr viele verschiedene Hashes, bis einer den Bitcoin-Regeln entspricht. Reicht die normale Nonce im Block-Header nicht mehr aus, um neue Versuche zu starten, kann der Miner die zusätzliche Nonce in der Coinbase-Transaktion anpassen.
Dadurch verändert sich die Transaktions-ID der Coinbase-Transaktion. Anschließend verändert sich auch die Merkle Root, eine Art zusammenfassender kryptografischer Fingerabdruck aller Transaktionen im Block. So erhält der Miner wieder viele neue Möglichkeiten, Hashes zu versuchen.
Die Coinbase-Transaktion zählt erst dann wirklich, wenn der Miner einen gültigen Block findet und Nodes diesen Block akzeptieren. Eine Node ist ein Computer, der die Bitcoin-Regeln prüft. Lehnt eine Node den Block ab, gehört auch die Coinbase-Transaktion nicht zur aktiven Bitcoin-Blockchain.
Was ist der Unterschied zwischen einer Coinbase-Transaktion und einer normalen Transaktion?
Der große Unterschied ist, dass eine normale Bitcoin-Transaktion bereits vorhandene Bitcoin ausgibt, während eine Coinbase-Transaktion die Blockbelohnung festlegt.
Eine normale Transaktion verwendet einen oder mehrere Inputs. Ein solcher Input verweist auf einen früheren, noch nicht ausgegebenen „Unspent Transaction Output“. Dieser nicht ausgegebene Output wird auch UTXO genannt. Einfach gesagt: Eine UTXO ist ein Stück Bitcoin, das noch zur Ausgabe bereitsteht.
Bei einer normalen Transaktion muss der Wert der Outputs gleich oder niedriger sein als der Wert der Inputs. Die Differenz ist die Transaktionsgebühr, die der Miner erhalten kann.
Eine Coinbase-Transaktion funktioniert anders. Sie hat genau einen speziellen Coinbase-Input. Dieser verweist bewusst nicht auf eine bestehende UTXO. Stattdessen enthält er einen Null-Hash als vorherige Transaktions-ID und den Index 0xffffffff.
Das bedeutet nicht, dass der Miner einfach beliebig Bitcoin erzeugen kann. Der Gesamtwert der Outputs darf höchstens der Subvention für diesen Block plus den Fees der anderen Transaktionen im selben Block entsprechen.
Außerdem gelten zwei einfache Blockregeln:
- Ein Block muss mit genau einer Coinbase-Transaktion beginnen.
- Später im selben Block darf keine zweite Coinbase-Transaktion stehen.
Noch ein Unterschied: Die Outputs einer Coinbase-Transaktion sind nicht sofort ausgebbar. Dafür gilt eine separate Wartezeit von 100 neuen Blöcken.
Welche Regeln gelten für eine Coinbase-Transaktion?
Eine Coinbase-Transaktion muss eine Reihe fester Bitcoin-Regeln erfüllen. Ist das nicht der Fall, wird der gesamte Block vom Netzwerk abgelehnt.
Die wichtigsten Regeln sind:
- Die Coinbase-Transaktion steht immer als erste Transaktion in einem Block.
- Die Transaktion hat einen speziellen Input.
- Dieser Input verweist nicht auf zuvor erhaltene Bitcoin, wie bei einer normalen Transaktion.
- Im Input wird unter anderem die Nummer des Blocks aufgenommen, auch Blockhöhe genannt.
- Der Miner darf sich nicht einfach eine beliebige Menge Bitcoin gutschreiben.
- Die gesamte Belohnung darf höchstens aus der Block Subsidy plus den Transaktionskosten aus dem Block bestehen.
Die Block Subsidy ist die Menge neuer Bitcoin, die beim Erstellen eines Blocks ausgegeben wird. Bitcoin begann mit einer Belohnung von 50 BTC pro Block. Nach jeweils 210.000 Blöcken wird diese Belohnung halbiert. Das geschieht ungefähr alle vier Jahre und wird als Bitcoin Halving bezeichnet. Miner können diese Belohnung also nicht selbst anpassen.
Wenn ein Block Transaktionen mit SegWit-Witness-Daten enthält, hat die Coinbase-Transaktion noch eine zusätzliche technische Funktion. Dann wird ein sogenanntes Witness Commitment in die Coinbase-Transaktion aufgenommen. Damit werden die Witness-Daten der Transaktionen kryptografisch mit dem Block verknüpft, sodass Nodes diese Daten prüfen können.
Warum hat eine Coinbase-Transaktion keine normalen Inputs?
Eine Coinbase-Transaktion hat durchaus einen Input, aber keinen normalen Input, der Bitcoin aus einem früheren Output ausgibt.
Das ist logisch: Die Block Subsidy wird über diese Transaktion zum ersten Mal verfügbar gemacht. Es gibt also noch keine frühere UTXO, auf die der Miner verweisen könnte. Auch die Transaktionskosten des neuen Blocks gelangen über diese Transaktion zum Miner.
Du kannst es als Abrechnung eines einzelnen Blocks sehen. Der Miner hat einen gültigen Block erzeugt und darf dadurch genau die Belohnung beanspruchen, die zu diesem Block gehört. Full Nodes prüfen anschließend, ob dieser Betrag stimmt.
Beispiel: Angenommen, die Block Subsidy und alle Fees zusammen ergeben einen bestimmten Höchstbetrag. Wenn ein Miner mehr als diesen Betrag in den Coinbase-Outputs einträgt, ist der Block ungültig. Der Miner erhält dann gar nichts, auch nicht den eigentlich erlaubten Betrag.
Der Coinbase-Input hat außerdem eine praktische Funktion beim Mining. Die vorgeschriebene Blockhöhe und eine eventuelle zusätzliche Nonce helfen Miningsoftware dabei, immer neue Proof-of-Work-Versuche zu machen.
Wie lange dauert die Bestätigung einer Coinbase-Transaktion?
Eine Coinbase-Transaktion erhält ihre erste Bestätigung, sobald der Block, in dem sie steht, Teil der aktiven Bitcoin-Blockchain wird.
Wie lange das dauert, steht vorher nicht fest. Der Miner muss zuerst einen gültigen Proof-of-Work-Block finden und das Netzwerk muss diesen Block akzeptieren. Proof of Work ist das System, bei dem Miner Rechenarbeit leisten, um einen Hash zu finden, der den Bitcoin-Regeln entspricht.
Der Coinbase-Output ist danach noch nicht sofort ausgebbar. Bitcoin schreibt vor, dass er erst ab Blockhöhe h+100 als Input verwendet werden darf, wobei h die Höhe des Blocks ist, in dem die Coinbase-Transaktion steht.
Steckt die Belohnung zum Beispiel in Block 500, dann darf sie erstmals in Block 600 ausgegeben werden. Es geht also um 100 neue Blöcke, nicht um eine feste Zeit in Stunden oder Minuten. Blöcke werden nämlich nicht immer genau zum selben Zeitpunkt gefunden.
Einige Krypto-Wallet-Apps zählen Bestätigungen auf dem Bildschirm etwas anders. Deshalb ist diese Regel am klarsten: Ein Coinbase-Output aus Block h wird in Block h+100 ausgabebereit.
Warum sind Coinbase-Transaktionen wichtig für Bitcoin?
Coinbase-Transaktionen sind wichtig, weil sie festlegen, wie neue Bitcoin nach den festen Bitcoin-Regeln ausgegeben werden und wie Miner ihre Transaktionskosten erhalten.
Die Block Reward gibt Minern einen Anreiz, Rechenleistung in Proof of Work zu stecken und gültige Blöcke zu erzeugen. Ohne Coinbase-Transaktion gibt es keine Standardmethode, um diese Belohnung innerhalb eines Blocks zuzuweisen.
Gleichzeitig hält Bitcoin die Geldmenge unter Kontrolle. Jede Full Node prüft selbst, ob die Coinbase-Transaktion nicht zu viel auszahlt. Versucht ein Miner, zusätzliche Bitcoin zu beanspruchen, akzeptieren die Nodes den Block nicht. Ein einzelner Miner kann also nicht allein die Regeln ändern oder zusätzliche Bitcoin erzeugen.
Auch fürs Mining selbst ist diese Transaktion nützlich. Wenn Daten wie eine zusätzliche Nonce verändert werden, verändert sich die Merkle Root und der Miner erhält mehr Hashes, die er ausprobieren kann.
Bei SegWit spielt die Coinbase-Transaktion außerdem eine Rolle bei der Speicherung von Witness-Daten. So sind diese zusätzlichen Transaktionsdaten kryptografisch mit dem Block verknüpft.
Welche Risiken und Einschränkungen haben Coinbase-Transaktionen?
Die wichtigste Einschränkung ist, dass die erhaltenen Bitcoin nicht sofort verfügbar sind. Ein Miner oder eine Miningpool muss warten, bis 100 neue Blöcke hinzugefügt wurden, bevor der Coinbase-Output ausgegeben werden kann. Das begrenzt vorübergehend die Liquidität.
Außerdem ist die Belohnung nur gültig, solange der Block in der aktiven Bitcoin-Blockchain steht. Wird ein Block nicht akzeptiert oder fällt er später durch eine Chain Reorganization aus der aktiven Chain heraus, ist der zugehörige Output nicht ausgabebereit.
Ein Miner muss auch beim Betrag sehr genau sein. Zu viel zu beanspruchen macht den gesamten Block ungültig. Weniger zu beanspruchen ist zwar erlaubt, solange die Obergrenze nicht überschritten wird, aber dann verzichtet der Miner selbst auf einen Teil der möglichen Einnahmen.
Die Coinbase-ScriptSig hat nur begrenzten Platz. Sie darf maximal 100 Bytes lang sein und muss mit der Blockhöhe beginnen. Dadurch bleibt nur wenig Raum für freien Text oder andere Metadaten.
Alles, was ein Miner dort einträgt, wird öffentlich sichtbar, sobald der Block aufgenommen wurde. Eine Miningpool kann zum Beispiel ein erkennbares Tag hinzufügen. Das kann Informationen darüber preisgeben, wer den Block erzeugt hat.
Zuletzt hängt auch diese Belohnung von einem korrekt eingerichteten Ausgabeskript und den richtigen Schlüsseln ab. Ist das Skript falsch konfiguriert oder sind die benötigten Schlüssel nicht mehr verfügbar, kann die Belohnung trotz der 100-Block-Regel unausgebbar bleiben.
Fazit
Eine Coinbase-Transaktion ist die spezielle erste Transaktion jedes Bitcoin-Blocks. Damit erhält der Miner maximal die Block Subsidy und die Transaktionskosten dieses Blocks.
Die Transaktion ähnelt einer normalen Bitcoin-Transaktion, hat aber einen besonderen Input, der nicht auf frühere Bitcoin verweist. Das ist nötig, weil die Block Subsidy über diesen Weg zum ersten Mal verfügbar wird. Gleichzeitig prüfen Nodes streng, wie viel der Miner beanspruchen darf.
Für dich als normalen Bitcoin-Nutzer ist eine Coinbase-Transaktion meist nicht direkt sichtbar. Aber unter der Haube ist sie ein wichtiger Bestandteil von Bitcoin: Sie verbindet Mining, Proof of Work, die Ausgabe neuer Bitcoin und Transaktionskosten miteinander.
