Die Definition eines Knotens kann je nach Kontext variieren. In Computer- oder Telekommunikationsnetzwerken können Knoten entweder als Umverteilungspunkt oder als Kommunikationsendpunkt fungieren. Normalerweise besteht ein Knoten aus einem physischen Netzwerkgerät, es gibt jedoch auch Fälle, in denen virtuelle Knoten verwendet werden.

Ein Netzwerkknoten ist ein Punkt, an dem eine Nachricht erstellt, empfangen oder übertragen werden kann. Hiermit werden wir die verschiedenen Arten von Bitcoin-Knoten besprechen: Vollknoten, Superknoten, Miner-Knoten und SPV-Clients.

Bitcoin-Knoten

Wenn wir uns mit Blockchains befassen, die als verteilte Systeme konzipiert sind, stellt sich heraus, dass das Netzwerk von Computerknoten es ermöglicht, Bitcoin als dezentrale Peer-to-Peer-Digitalwährung (P2P) zu verwenden. Als solche ist sie von Natur aus zensurresistent und erfordert keinen Mittelsmann für Transaktionen von Benutzer zu Benutzer (egal, wie weit diese auf der Welt voneinander entfernt sind).

Daher sind Blockchain-Knoten dafür verantwortlich, als Kommunikationspunkt zu fungieren, der verschiedene Funktionen ausführen kann. Jeder Computer oder jedes Gerät, das mit der Bitcoin-Schnittstelle verbunden ist, kann in dem Sinne als Knoten betrachtet werden, dass sie irgendwie miteinander kommunizieren. Diese Knoten können mithilfe des Bitcoin-Peer-to-Peer-Protokolls auch Informationen über Transaktionen und Blöcke innerhalb des verteilten Computernetzwerks übertragen. Jeder Computerknoten ist jedoch entsprechend seiner besonderen Funktionen definiert, sodass es verschiedene Arten von Bitcoin-Knoten gibt.

Vollständige Knoten

Vollständige Knoten sind diejenigen, die Bitcoin wirklich unterstützen und Sicherheit bieten, und sie sind für das Netzwerk unverzichtbar. Diese Knoten können auch als vollständig validierende Knoten bezeichnet werden, da sie Transaktionen und Blöcke anhand der Konsensregeln des Systems überprüfen. Außerdem können vollständige Knoten neue Transaktionen und Blöcke an die Blockchain weiterleiten.

Normalerweise lädt ein vollständiger Knoten mit jedem Block und jeder Transaktion eine Kopie der Bitcoin-Blockchain herunter. Dies ist jedoch keine Voraussetzung, um als vollständiger Knoten zu gelten (stattdessen kann eine reduzierte Kopie der Blockchain verwendet werden).

Ein vollständiger Bitcoin-Knoten kann durch verschiedene Softwareimplementierungen erstellt werden, aber die am häufigsten verwendete und beliebteste ist Bitcoin Core. Dies sind die Mindestanforderungen zum Ausführen eines vollständigen Bitcoin Core-Knotens:

• Desktop oder Laptop mit einer aktuellen Version von Windows, Mac OS X oder Linux.

• 200 GB freier Festplattenspeicher.

• 2 GB Arbeitsspeicher (RAM).

• Highspeed-Internetanschluss mit Upload-Geschwindigkeiten von mindestens 50 kB/s.

• Eine Verbindung ohne Datenlimit oder eine Verbindung mit hohen Upload-Limits. Online-Vollknoten können eine Upload-Nutzung von 200 GB/Monat und eine Download-Nutzung von 20 GB/Monat erreichen oder überschreiten. Sie müssen außerdem ca. 200 GB herunterladen, wenn Sie Ihren Vollknoten zum ersten Mal starten.

• Ihr vollständiger Knoten sollte mindestens 6 Stunden am Tag laufen. Noch besser ist es, wenn Sie ihn kontinuierlich (24/7) laufen lassen.

Viele Freiwilligenorganisationen und Benutzer betreiben vollständige Bitcoin-Knoten, um das Bitcoin-Ökosystem zu unterstützen. Ab 2022 laufen im Bitcoin-Netzwerk mehr als 10.000 öffentliche Knoten. Beachten Sie, dass diese Zahl nur die öffentlichen Knoten umfasst, d. h. die sichtbaren und zugänglichen Bitcoin-Knoten, die als Listening-Knoten bezeichnet werden.

Neben den öffentlichen Knoten gibt es viele weitere versteckte Knoten, die nicht sichtbar sind (nicht abhörende Knoten). Diese Knoten arbeiten normalerweise hinter einer Firewall, über versteckte Protokolle wie Tor oder einfach, weil sie so konfiguriert wurden, dass sie nicht auf Verbindungen warten.

Abhörknoten (Superknoten)

Im Wesentlichen ist ein Listening-Knoten oder Superknoten ein vollständiger Knoten, der öffentlich sichtbar ist. Er kommuniziert mit jedem anderen Knoten, der eine Verbindung mit ihm herstellt, und stellt ihm Informationen zur Verfügung. Ein Superknoten ist also im Grunde ein Umverteilungspunkt, der sowohl als Datenquelle als auch als Kommunikationsbrücke fungieren kann.

Ein zuverlässiger Superknoten läuft normalerweise rund um die Uhr und verfügt über mehrere etablierte Verbindungen, die den Blockchain-Verlauf und die Transaktionsdaten an mehrere Knoten auf der ganzen Welt übertragen. Aus diesem Grund benötigt ein Superknoten wahrscheinlich mehr Rechenleistung und eine bessere Internetverbindung als ein vollständiger Knoten, der versteckt ist.

Knotenpunkte der Bergleute

Um im aktuellen Wettbewerbsszenario Bitcoins schürfen zu können, muss man in spezielle Mining-Hardware und -Programme investieren. Diese Mining-Programme (Software) stehen nicht in direktem Zusammenhang mit dem Bitcoin Core und werden parallel ausgeführt, um zu versuchen, Bitcoin-Blöcke zu schürfen. Ein Miner kann wählen, ob er allein (Solo-Miner) oder in Gruppen (Pool-Miner) arbeiten möchte.

Während die Vollknoten der Solo-Miner ihre eigene Kopie der Blockchain nutzen, arbeiten Pool-Miner zusammen, wobei jeder seine eigenen Rechenressourcen (Hashpower) beisteuert. In einem Mining-Pool muss nur der Administrator des Pools einen Vollknoten betreiben – man kann dies als Vollknoten eines Pool-Miners bezeichnen.

Lightweight- oder SPV-Clients

Die Lightweight-Clients, auch bekannt als Simplified Payment Verification (SPV)-Clients, sind diejenigen, die das Bitcoin-Netzwerk nutzen, aber nicht wirklich als vollständiger Knoten fungieren. Daher tragen SPV-Clients nicht zur Sicherheit des Netzwerks bei, da sie keine Kopie der Blockchain aufbewahren und nicht am Prozess der Überprüfung und Validierung von Transaktionen teilnehmen.

Kurz gesagt ist SPV die Methode, mit der ein Benutzer überprüfen kann, ob einige Transaktionen in einem Block enthalten waren oder nicht, ohne die gesamten Blockdaten herunterladen zu müssen. Daher verlassen sich SPV-Clients auf die Informationen, die von anderen vollständigen Knoten (Superknoten) bereitgestellt werden. Die leichtgewichtigen Clients fungieren als Kommunikationsendpunkte und werden von vielen Kryptowährungs-Wallets verwendet.

Client vs. Mining-Knoten

Es ist wichtig zu beachten, dass das Ausführen eines vollständigen Knotens nicht dasselbe ist wie das Ausführen eines vollständigen Mining-Knotens. Während Miner in teure Mining-Hardware und -Software investieren müssen, kann jeder einen vollständig validierenden Knoten ausführen.

Bevor ein Miner versucht, einen Block zu minen, muss er ausstehende Transaktionen sammeln, die zuvor von den vollständigen Knoten als gültig akzeptiert wurden. Als Nächstes erstellt der Miner einen Kandidatenblock (mit einer Gruppe von Transaktionen) und versucht, diesen Block zu minen. Wenn es einem Miner gelingt, eine gültige Lösung für seinen Kandidatenblock zu finden, sendet er diese an das Netzwerk, damit andere vollständige Knoten die Gültigkeit des Blocks überprüfen können. Daher werden die Konsensregeln vom verteilten Netzwerk der Validierungsknoten und nicht von den Minern bestimmt und gesichert.

Abschließende Gedanken

Bitcoin-Knoten kommunizieren über das Bitcoin-P2P-Netzwerkprotokoll miteinander und gewährleisten so die Integrität des Systems. Ein Knoten, der sich schlecht verhält oder versucht, falsche Informationen zu verbreiten, wird von den ehrlichen Knoten schnell erkannt und vom Netzwerk getrennt.

Obwohl der Betrieb eines vollständig validierenden Knotens keine finanziellen Vorteile bietet, ist er sehr zu empfehlen, da er den Benutzern Vertrauen, Sicherheit und Privatsphäre bietet. Vollständige Knoten stellen sicher, dass die Regeln eingehalten werden. Sie schützen die Blockchain vor Angriffen und Betrug (wie Doppelausgaben). Darüber hinaus muss ein vollständiger Knoten anderen nicht vertrauen und ermöglicht dem Benutzer die vollständige Kontrolle über sein Geld.