Cryptocurrencies - Cheatsheet

Geschichte und Entwicklung von Bitcoin

Definition:

Erster dezentralisierter cryptocurrency, eingeführt 2009.

Details:

• 2008: Whitepaper von Satoshi Nakamoto veröffentlicht
• 2009: Genesis Block (erster Block von Bitcoin) erstellt
• 2010: Erste reale Transaktion (10.000 BTC für eine Pizza)
• 2011: Andere Kryptowährungen entstehen (z.B. Litecoin)
• 2013: Bitcoin erreicht Marktkapitalisierung von $1 Milliarde
• 2017: Bitcoin erreicht $20.000
• 2020: Erste Unternehmen investieren in Bitcoin (z.B. MicroStrategy)

Konsensmechanismen: Proof of Work vs. Proof of Stake

Definition:

Unterscheiden sich hauptsächlich durch ihren Ansatz zur Verifizierung von Transaktionen im Blockchain-Netzwerk.

Details:

• Proof of Work (PoW): Miner lösen komplexe Rechenprobleme zur Verifizierung und erhalten eine Belohnung. Hoher Energieverbrauch.
• Vorteile PoW: Hohe Sicherheit, erprobt.
• Nachteile PoW: Sehr energieintensiv, teuer.
• Proof of Stake (PoS): Validierer werden basierend auf der Anzahl ihrer gehaltenen Coins ausgewählt. Niedrigerer Energieverbrauch.
• Vorteile PoS: Energieeffizient, umweltfreundlicher.
• Nachteile PoS: Gefahr der Zentralisierung, weniger erprobt.
• Belohnung PoS: Transaktionsgebühren und neue Coins werden proportional zum Einsatz verteilt.

Programmierung von Smart Contracts mit Solidity

Definition:

Programmierung von Smart Contracts auf Basis der Ethereum-Blockchain, Verwendung der Programmiersprache Solidity.

Details:

• Smart Contracts: Selbst-ausführende Verträge mit Vertragsbedingungen in Code.
• Solidity: Objektorientierte Programmiersprache für Smart Contracts.
• Datentypen: string, uint, address, bool, etc.
• Funktionen: Definition mittels keyword ```function```.
• Zugriffsmodifikatoren: public, private, internal, external.
• Veranstalter: Ethereum Virtual Machine (EVM) führt den Code aus.
• Sicherheit: Kritisch, häufig Ziel von Angriffen - Verwendung von ```require```, ```assert``` und ```revert``` zur Fehlerbehandlung.
• Events: Logging und Kommunikation mit DApp.
• Deployment: Bereitstellung des Smart Contracts auf der Blockchain.

Zero-Knowledge-Proofs und Datenschutz

Definition:

Zero-Knowledge-Proofs (ZKP) erlauben es, die Richtigkeit einer Information zu beweisen, ohne die Information selbst offenbaren zu müssen.

Details:

• Nachweis, dass man ein Geheimnis besitzt, ohne dessen Inhalt preiszugeben
• Wichtige Eigenschaften: Vollständigkeit, Solidität, Zero-Knowledge
• Vollständigkeit: Wenn die Aussage wahr ist, kann der Beweisführer den Prüfer überzeugen
• Solidität: Wenn die Aussage falsch ist, wird der Beweisführer den Prüfer nicht täuschen können
• Zero-Knowledge: Der Prüfer lernt nichts über die Information außer deren Wahrheitsgehalt
• Wichtige Anwendungen in Kryptographie, wie Kryptowährungen (z.B. zk-SNARKs in Zcash)
• \textit{Beispiel}: \textbf{zk-SNARK} (\textit{Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge})

Off-Chain Skalierungslösungen: Lightning Network

Definition:

Off-Chain Skalierungslösung für schnellere und günstigere Bitcoin-Transaktionen.

Details:

• Ermöglicht Mikrotransaktionen durch Zahlungskanäle.
• Transaktionen werden außerhalb der Blockchain durchgeführt.
• Nur Eröffnungs- und Abschluss-Transaktionen werden in der Blockchain verankert.
• Reduziert die Belastung und Transaktionskosten des Bitcoin-Netzwerks.
• Verwendung von Hash-Time-Locked Contracts (HTLCs) zur Sicherstellung der Zahlungen.
• Kann theoretisch Millionen von Transaktionen pro Sekunde verarbeiten.
• Erfordert beide Parteien, um einen Zahlungskanal zu erstellen und abzuschließen.

Hashfunktionen und deren Bedeutung

Definition:

Hashfunktionen transformieren beliebige Daten in einen festen Wertebereich. Wesentlich für die Sicherheit und Integrität von Kryptowährungen.

Details:

• Deterministisch: Gleiche Eingabe liefert immer gleiche Ausgabe
• Effizient berechenbar
• Kollisionsresistenz: Unterschiedliche Eingaben liefern unterschiedliche Ausgaben
• Vorabbildresistenz: Ausgabe soll nicht auf Eingabe zurückzuführen sein
• Hochsicherheit: Verwendet in Transaktionen und Blockchains (z.B. SHA-256)
• Integrität und Authentizität der Daten

Kryptographische Grundlagen: Symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung

Definition:

Grundlagen der Kryptographie: Symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung.

Details:

• Symmetrische Verschlüsselung:
  • Ein Schlüssel für Ver- und Entschlüsselung
  • Schneller, aber Schlüsselverteilung problematisch
  • Beispiel: AES
• Asymmetrische Verschlüsselung:
  • Öffentlicher Schlüssel zum Verschlüsseln, privater Schlüssel zum Entschlüsseln
  • Sicherere Schlüsselverteilung, aber langsamer
  • Beispiel: RSA

Dezentrale Anwendungen (dApps) Entwicklung

Definition:

Entwicklung von Programmen, die auf dezentralen Netzwerken wie Blockchains laufen und Transparenz sowie Sicherheit bieten.

Details:

• Laufen meist auf Blockchains wie Ethereum.
• Verwenden Smart Contracts für die Ausführung von Logik.
• Dezentralisiert, keine zentrale Kontrollinstanz.
• Erfordern \textit{Web3}-Technologien für die Interaktion.
• Verwenden Token oder Kryptowährungen für Zahlungen und Anreize.
• Code ist oft Open Source.
• Popularität steigt in Fintech, Gaming und DeFi.
• Kernkonzepte: \textit{Immutabilität}, \textit{Transparenz}, \textit{Sicherheit}.