Nonce

Was ist der Nonce?

Nonce, kurz für „number used only once“, ist entscheidend für die Schwierigkeit des Bitcoin-Minings. Es ermöglicht Minern, einen Hash aus einem Blockheader zu generieren, der das Schwierigkeitsziel des Netzwerks erfüllen muss, und trägt so zur Integrität und Sicherheit der Blockchain bei.

Wenn der resultierende Hash (eine hexadezimale Zahl) einen Wert ergibt, der kleiner oder gleich dem Schwierigkeitsziel des Netzwerks ist, wird der Block des Miners zur Blockchain hinzugefügt. Ein neuer Block wird geöffnet und der Vorgang beginnt von neuem.

Wichtige Erkenntnisse

• Ein Nonce ist eine 32-Bit-Zahl, die beim Bitcoin-Mining verwendet wird und sich mit jedem Versuch ändert, einen gültigen Block-Hash zu erzeugen.
• Der Nonce ist Teil des Blockheaders und wird zusammen mit anderen Elementen gehasht, um das Schwierigkeitsziel des Bitcoin-Netzwerks zu erreichen.
• Miner passen den Nonce, den Extra-Nonce und den Zeitstempel an, um einen Hash unterhalb des Schwierigkeitsziels zu finden, sodass etwa alle 10 Minuten ein Block geschürft wird.
• Der Nonce erhöht sich bei jedem fehlgeschlagenen Versuch um eins, bis er aufgrund seiner 32-Bit-Grenze überlaufen muss.
• Das Finden eines gültigen Hashs mit dem Nonce erfordert erhebliche Rechenleistung und ist zentral für den wettbewerbsintensiven Mining-Prozess.
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Wie Nonces beim Bitcoin-Mining funktionieren

Ein Bitcoin-Nonce ist eine 32-Bit- (oder 4-Byte-) Zahl, die Miner verwenden, um einen gültigen Hash zu generieren, um einen neuen Block in der Bitcoin-Blockchain zu erzeugen. Der Nonce ist eines der Felder im Blockheader, der auch Folgendes enthält:

Die Softwareversion

Der Hash des vorherigen Blocks

Ein Zeitstempel

Das Schwierigkeitsziel

Die Merkle-Wurzel

Im Bitcoin-Netzwerk konkurrieren Teilnehmer, sogenannte Miner, darum, einen Hash zu generieren, der kleiner oder gleich dem Netzwerkziel-Hash ist, indem sie den Nonce nach jedem fehlgeschlagenen Versuch wiederholt ändern.

Hashing bezeichnet den Prozess der Anwendung einer kryptografischen Hashfunktion auf Informationen. Die kryptografische Hashfunktion ist eine mathematische Operation, die Blockdaten nimmt und sie durch Verschlüsselung in einen eindeutigen Wert, eine Ausgabe fester Länge von hexadezimalen Zeichen, umwandelt.

Dieser Hashwert dient als kryptografischer Fingerabdruck des Blocks und stellt sicher, dass der Inhalt des Blocks unverändert bleibt. Miner können nur den Nonce im Blockheader ändern. Durch Ändern des Nonce ändert sich der Hash des Blocks, sodass Miner mögliche Lösungen finden können.

Zum Beispiel wurde der vorherige Absatz durch einen SHA-256-Hashing-Algorithmus geschickt:

acd691b23cc47b03addf7329b0467c6190e758ee763d7d648af75b5c5ae73e3a

Durch Hinzufügen einer Null (des Nonce) am Ende des Absatzes erhält man einen anderen hexadezimalen Wert:

Wenn Sie diese Null in eine Eins ändern, erhalten Sie Folgendes:

So wird der Nonce von der Bitcoin-Mining-Programmierung verwendet. Der Nonce-Wert wird bei jedem Versuch um eins erhöht, bis ein bestimmter Wert erreicht ist.

Der erste Miner, der einen gültigen Hash findet, erhält die Blockbelohnung. Sein Block wird mit dem Netzwerk geteilt, zur Blockchain hinzugefügt, und der Prozess startet neu.

Kurzer Fakt

Das Schwierigkeitsziel ist ein Maß dafür, wie schwierig es ist, einen gültigen Nonce zu finden. Es wird regelmäßig angepasst, um eine gleichmäßige Blockgenerierungsrate aufrechtzuerhalten.

Die Rolle von Extra-Nonces und Zeitstempeln

Sie werden feststellen, dass Nonces in einem Block-Explorer in der Regel nur in die Milliarden gehen. Beispielsweise betrug der Nonce für Block 841,948 1,614,498,317. Block 841,949 hatte einen Nonce von 4,218,083,700. Eine moderne Mining-Anlage kann in weniger als einer Sekunde viele weitere Hashes generieren.12

Der Nonce ist eine 32-Bit-Zahl, die ihn auf etwas über 4,29 Milliarden begrenzt. Aufgrund der extremen Hash-Geschwindigkeit des Netzwerks muss er nach Erreichen dieser Grenze überlaufen. Daher wurde eine zusätzliche Methode entwickelt, nachdem Bitcoin-ASIC-Miner begannen, die Blockchain zu durchforsten. Eine weitere Zahl, der sogenannte Extra-Nonce, wird zufällig generiert und im Coinbase-Datenfeld verwendet. Dieser Wert wird dem Coinbase-Transaktionsraum hinzugefügt, was die Merkle-Wurzel ändert.

Die Merkle-Wurzel ist Teil des Blockheaders, sodass sich der Blockheader-Hash ändert. Sowohl der Extra-Nonce als auch der Nonce helfen, die Lösung zu finden. Wenn dies fehlschlägt, passen die Miner den Zeitstempel an. Die Kombination dieser drei Werte ermöglicht es der Blockchain, ihr Ziel, etwa alle 10 Minuten einen Block zu schürfen, beizubehalten.3

Was bedeutet der Ausdruck „Nonce“?

„Nonce“ setzt sich aus dem Ausdruck „number used once“ zusammen. Es wird von der Bitcoin-Blockchain verwendet, um beim Mining eines Blocks einen Hash-Wert zu generieren.

Was ist das Konzept eines Nonce?

Ein Nonce ist in Blockchain-Begriffen eine einmal verwendete Zahl. In Bezug auf seine Verwendung in einer Blockchain ist es eine Zahl, die bei jedem Versuch, einen Hash zu generieren, der die Schwierigkeitskriterien des Netzwerks erfüllt, sequenziell erhöht wird.

Was ist ein Beispiel für einen Nonce?

Das beste Beispiel für einen Nonce ist ein Nonce, der zum Mining eines Blocks verwendet wurde. Der Nonce, der in Block 841,954 verwendet wurde, war 3,983,795,221.4 Das bedeutet nicht, dass der Miner nur 3,98 Billionen Versuche benötigte – er ist wahrscheinlich mehrere tausend Male überlaufen und wurde in Kombination mit den variablen Extra-Nonce- und Zeitstempel-Einträgen verwendet. Als 32-Bit-Zahl kann der Nonce nur auf etwas mehr als 4,29 Milliarden ansteigen.