Was ist eine Transaktionsformbarkeit und wie wurde sie in Bitcoin behandelt?

Verständnis der Transaktionsformbarkeit in Bitcoin

1. Die Formbarkeit einer Transaktion bezieht sich auf die Fähigkeit, die eindeutige Kennung einer Transaktion (Transaktions-ID oder TXID) zu ändern, ohne ihre wirtschaftliche Wirkung zu ändern, z. B. den Absender, den Empfänger oder den übertragenen Betrag von Bitcoin. Dies liegt daran, dass bestimmte Teile einer Bitcoin-Transaktion, insbesondere das Signaturskript (auch als scriptSig bekannt), vor der Bestätigung geändert werden können, während die Transaktion weiterhin vom Netzwerk als gültig betrachtet wird.

2. Da die TXID aus dem Hashing der gesamten Transaktionsdaten abgeleitet wird, führt jede Änderung des Signaturformats – auch wenn es kryptografisch gültig bleibt – zu einem anderen Hash. Dies bedeutet, dass jemand eine Transaktion abfangen, ihre Signaturstruktur geringfügig ändern, sie erneut senden und Verwirrung darüber stiften könnte, ob die ursprüngliche Transaktion bestätigt wurde oder nicht.

3. Dieses Problem führte zu erheblichen Problemen für Börsen und Wallet-Dienste, die auf die Verfolgung unbestätigter Transaktionen mithilfe von TXIDs angewiesen waren. Wenn ein Benutzer beispielsweise eine Auszahlung veranlasst und die Transaktions-ID aus Gründen der Formbarkeit geändert wurde, geht das System möglicherweise fälschlicherweise davon aus, dass die Transaktion fehlgeschlagen ist, und lässt eine weitere Auszahlung zu, was möglicherweise zu doppelten Ausgaben oder Abrechnungsfehlern führt.

4. Die Sicherheitslücke wurde bei mehreren aufsehenerregenden Vorfällen ausgenutzt, darunter bei Angriffen auf Mt. Gox im Jahr 2014. Die Börse machte Verluste aufgrund der Flexibilität von Transaktionen geltend, obwohl eingehendere Untersuchungen darauf hindeuteten, dass internes Missmanagement eine größere Rolle spielte. Dennoch verdeutlichte der Vorfall die realen Risiken, die mit formbaren Transaktionen verbunden sind.

Wie getrennte Zeugen das Problem lösten

1. Die effektivste und am weitesten verbreitete Lösung für die Formbarkeit von Transaktionen kam mit der Einführung von Segregated Witness (SegWit) im August 2017. SegWit trennte (oder segregierte) die Zeugendaten – Signaturen – von den Haupttransaktionsdaten und verschob sie in eine separate Struktur, die keinen Einfluss auf die Berechnung der Transaktions-ID hatte.

2. Durch das Entfernen von Signaturen aus den Eingaben bei der Berechnung der TXID stellte SegWit sicher, dass Änderungen an der Signatur den Hash der Transaktion nicht mehr veränderten. Dies machte Transaktionen in Bezug auf ihre Identifikatoren nach der Übertragung unveränderlich, wodurch die Formbarkeit durch Dritte praktisch ausgeschlossen wurde.

3. Neben der Verbesserung der Formbarkeit bot SegWit weitere Vorteile wie eine erhöhte Blockkapazität durch eine neue Blockgewichtsberechnung und verbesserte Skriptfunktionen. Es legte auch den Grundstein für Second-Layer-Lösungen wie das Lightning Network, die auf stabilen und vorhersehbaren Transaktions-IDs basieren.

4. Die Einführung erforderte einen Soft Fork, also abwärtskompatible Änderungen am Protokoll. Knoten, die nicht aktualisiert wurden, konnten weiterhin Blöcke validieren, aber diejenigen, die SegWit-Regeln durchsetzen, lehnten manipulierte Versionen von Transaktionen ab. Im Laufe der Zeit haben große Wallets, Börsen und Mining-Pools SegWit übernommen und so seine Wirksamkeit im gesamten Netzwerk gesteigert.

Alternative Ansätze vor SegWit

1. Vor SegWit versuchten Entwickler, die Formbarkeit durch Best Practices und Teilkorrekturen zu verringern. Ein Ansatz bestand darin, die Verwendung ausschließlich kanonischer Signaturkodierungen zu fördern und nicht standardmäßige Formate, die eine einfache Manipulation ermöglichten, abzulehnen.

2. Einige Wallet-Software begann mit der Suche nach bekannten Formbarkeitsvektoren und lehnte Transaktionen ab, die nicht DER-codierte Signaturen verwendeten oder unnötige Stack-Elemente enthielten. Hierbei handelte es sich eher um vorbeugende Maßnahmen als um Lösungen auf Protokollebene.

3. Eine weitere vorgeschlagene Idee bestand darin, von allen Transaktionen zu verlangen, dass sie sich in den Ausgaben an ihre genauen Eingabeskripte binden, sodass jede Änderung die Ausgaben ungültig macht. Dies hätte jedoch einen Hard Fork erfordert und Komplexität mit sich gebracht, weshalb es nicht weiterverfolgt wurde.

4. Es gab auch Diskussionen über die Einführung neuer Transaktionsformate oder Versionsnummern, um den Schutz der Formbarkeit zu signalisieren, aber keine gewann an Bedeutung, bis SegWit eine umfassende Lösung innerhalb eines einsetzbaren Frameworks anbot.

Häufig gestellte Fragen

Was macht eine Bitcoin-Transaktion formbar? Die Formbarkeit von Transaktionen entsteht, weil die Signaturdaten im Eingabeskript auf eine Weise geändert werden können, die unter den Konsensregeln von Bitcoin gültig bleibt, aber den gesamten Transaktions-Hash ändert. Beispiele hierfür sind das Hinzufügen von Null-Bytes zu Signaturen oder das Ändern der Pushdata-Opcodes.

Beseitigt SegWit die Formbarkeit von Transaktionen vollständig? Ja, SegWit eliminiert die Formbarkeit von Transaktionen durch Dritte, indem sichergestellt wird, dass die Transaktions-ID berechnet wird, ohne die veränderbaren Signaturdaten einzubeziehen. Nur der Ersteller einer Transaktion kann ihre ID ändern und so verhindern, dass externe Akteure TXIDs manipulieren.

Können Nicht-SegWit-Transaktionen weiterhin manipuliert werden? Ja, ältere Bitcoin-Transaktionen, die SegWit nicht verwenden, sind weiterhin anfällig für Formbarkeit. Mit zunehmender SegWit-Akzeptanz nehmen jedoch die Verbreitung und der Einfluss der Formbarkeit im breiteren Netzwerk weiter ab.

Warum hat Bitcoin die Formbarkeit nicht früher behoben? Das Problem wurde schon Jahre vor SegWit erkannt, aber die Implementierung einer Lösung erforderte eine sorgfältige Koordination, um Kettenspaltungen zu vermeiden. Das Entwerfen einer abwärtskompatiblen Lösung wie SegWit nahm Zeit in Anspruch, insbesondere angesichts der dezentralen Natur der Bitcoin-Entwicklung und der Notwendigkeit eines breiten Konsenses.