Wie funktioniert Bitcoin

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Wie funktioniert Bitcoin

Die Funktionsweise von Bitcoin kurz zu erklären, ist nicht leicht. Doch ist dies eine der meist gestellten Fragen. In diesem Artikel erklären wir dir was dahinter steckt.

Die Bitcoin-Historie

Die ersten Versuche, Kommunikation durch kryptographische Methoden zu verschlüsseln, begannen bereits vor tausenden von Jahren. Die Historie reicht von ägyptischen Schriftgelehrten, die bereits 1900 v. Chr. ihre Hieroglyphen verschleierten, bis zur Veröffentlichung einer Verschlüsselungssoftware namens PGP (Pretty Good Privacy), von Phil Zimmerman aus dem Jahr 1991. Es wird deutlich, der Erhalt von Privatsphäre war schon immer ein wichtiger Aspekt.

In den 1990er Jahren taten sich Programmierer, mit Fokus auf Verschlüsselung, zusammen. Sie nannten sich “Cypherpunks” (Cypher zu deutsch Chiffre). Sie tauschten ihre Ansätze auf einer Mailingliste, um sich gegenseitig Feedback zu geben und sich zu verbessern.

In ihrem Manifest erforschen die Cypherpunks den Begriff der Privatsphäre:

Für eine offene Gesellschaft im elektronischen Zeitalter ist Datenschutz notwendig. Privatsphäre ist nicht gleichzusetzen mit Geheimhaltung. Eine private Angelegenheit ist etwas, von der man nicht möchte, dass die ganze Welt davon erfährt, hingegen ist eine geheime Angelegenheit etwas, von der man nicht möchte, dass überhaupt jemand davon erfährt. Privatsphäre ist also die Kraft, sich selektiv der Welt zu zeigen.

Die Veröffentlichung von Verschlüsselungssoftware wie PGP erfolgte zu einer Zeit, in der Regierungen mit der Massenüberwachung ihrer Bürger begannen. Und es wurde ihnen dank steigender Akzeptanz elektronischer Kommunikationssysteme leicht gemacht.

Cypherpunks beabsichtigten die Kommunikation und Transaktionen der Nutzer zu schützen. Ein Teil ihrer Arbeit widmet sich der Schaffung einer Möglichkeit Geld anonym zu transferieren, was dann zu einer anonymen, elektronischen Form von Geld führen sollte.

Ausgehend von ihrer Arbeit, wurde Bitcoin gegründet, ein unabhängiges, sicheres und leicht zugängliches elektronisches Geldsystem.

Zusammenfassung des Bitcoin-Whitepapers von Satoshi Nakamoto

Im Oktober 2008 wurde von einer unbekannten Person (oder Gruppe), namens Satoshi Nakamoto, in der Cypherpunk-Mailingliste, der Vorschlag für ein "Peer-to-Peer Electronic Cash System" veröffentlicht, das sogenannte Bitcoin-Whitepaper.

Die vielschichtige Arbeit diverser Cypherpunks, führte letztendlich zu dem genannten Bitcoin-Whitepaper, um ein privatsphäre-orientiertes, digitales Zahlungssystem zu schaffen. Wer genau hinter diesem Pseudonym steckt, blieb bisher geheim. Wir haben jedoch ein paar Theorien zusammengetragen, wer sich dahinter verbergen könnte.

Grundlagen und Merkmale von Bitcoin

Bitcoin entstand zum Zeitpunkt der Finanzkrise, als die Menschen weltweit ihr Vertrauen in die zentralen Finanzbehörden der Regierungen verloren. Die Menschen sollten von daher erfahren, dass es eine transparente Alternative gibt.

Das Bitcoin-Whitepaper stellte ein alternatives Finanzsystem vor und traf damit den Nerv der Zeit. Im Grunde schließt es Mittelsmänner aus, indem das transparente, anonyme, dezentralisiertes Peer-to-Peer-Netzwerk die Transaktionen validiert. Dies geschieht auf Grundlage eines konsensgesteuertem Algorithmus.

Bitcoin ist kein physisches Geld, der Austausch der Kryptowährung erfolgt nur online. Darüber hinaus gibt es keine zentrale Autorität, welche die Bitcoin an die Menschen ausgibt.

Bitcoin wurde von vornherein auf 21 Mill. Einheiten begrenzt. Die Ausgabe erfolgt an die Netzwerkteilnehmer, die bis Anfang 2018 über 17 Mill. Bitcoin erzeugt haben. Über mathematische Mechanismen wird die Ausgabe konstant gehalten, um so den Wert über einen langen Zeitraum zu gewährleisten.

Bitcoin-Supply-Chart zeigt, dass bereits über 17 Mio. Bitcoins generiert wurden Verfolge hier interaktiv die aktuelle Bitcoin-Menge

Seine Preisbildung hängt vom Interesse der Nutzer ab und wird durch Angebot und Nachfrage bestimmt. Die im Bitcoin-Protokoll definierte Knappheit, soll den Wert langfristig absichern.

Diese erwähnte Knappheit ist ein wichtiges Merkmal von Bitcoin, welches ihn somit von Fiat-Währungen unterscheidet. Beispielsweise stieg die Menge des Euro seit 2015 um 5 % jährlich und ein Ende dieser Entwicklung ist nicht in Sicht. Solch ein steigender Zuwachs der Menge, hat unter anderem zur Wirtschaftskrise beigetragen. Obwohl Bitcoin derzeit eine hohe Volatilität (Preisschwankungen) aufweist, steht er durch sein begrenztes Angebot, im direkten Gegensatz zu den Fiat-Währungen.

Euro Supply-Chart zeigt 5 % Anstieg pro Jahr

Hier kann die ausgegebene Euro-Menge und weitere Infos eingesehen werden

Bitcoin hat damit ein grenzenloses Zahlungssystem geschaffen und ermöglicht es allen Menschen mit einem Internetzugang Zahlungen weltweit durchzuführen und am Weltmarkt teilzuhaben.

Was ist die Blockchain-Technologie?

Eine der hinter Bitcoin steckenden Technologien ist die der Blockchain. Die Blockchain kann man als ein verteiltes, also dezentrales Kassenbuch, in dem alle Zu- und Abgänge festgehalten werden, verstehen. Alle Bitcoin-Zahlungen werden also unveränderlich in der Blockchain gespeichert. Dieses Kassenbuch ist öffentlich und wird in Echtzeit geführt. Jeder kann sich die Blockchain auf seinen Computer herunterladen und somit den gesamten Transaktionsverlauf bis zum ersten Block in der Bitcoin-Blockchain (Genesis-Block), speichern und einsehen. Zur Verwendung von Bitcoin, für den Normalverbraucher, ist ein Download der gesamten Blockchain aber nicht nötig.

Hex-Version des Genesis-Blocks mit einer Schlagzeile der The Times Hex-Version des Genesis-Blocks mit einer Schlagzeile der The Times, die Satoshi sowohl als Zeitmarke als auch politische Aussage (rechts) benutzt

Jeder Netzwerkteilnehmer, der sich die Blockchain, oder die aktuellsten Teile davon, heruntergeladen hat, wird Teil des Node-Netzwerks. Diese Nodes (Knoten) sind untereinander vernetzt und bilden ein Peer-to-Peer-Netzwerk. Die vielen Nodes validieren die Bitcoin-Zahlungen simultan und sichern damit die Netzwerksicherheit, da es keinen zentralisierten, übergeordneten Node gibt, der als Schwachstelle angegriffen werden könnte. Das macht die öffentliche Bitcoin-Blockchain sicherer als private Blockchains, die z. T. aus nur sehr wenigen Nodes bestehen.

Anstatt sich auf eine einzelne Institution zu verlassen, setzen die Bitcoin-Blockchain auf eine kryptografische, dezentrale Proof-of-Work-Lösungen, um so die chronologische Überprüfung gültiger Transaktionen sicherzustellen. Mit dem Proof-of-Work-Konsensus-Algorithmus der Bitcoin-Software hat jeder Miner (der auch einen Node besitzt) einen Anreiz, ehrlich am Bitcoin-Netzwerk teilzunehmen, da sein Betreiber dafür mit Bitcoin belohnt wird. Auf diese Weise funktioniert das dezentrale System ohne einer übergeordneten Instanz.

Die Bitcoin-Blockchain arbeitet mit einzigartigen sogenannten Zeitstempeln und Besitzerdaten, um sicherzustellen, dass jede Zahlung einen kryptografischen Eigentumsnachweis besitzt. Dadurch soll ein doppeltes Ausgeben von Bitcoin verhindert werden. Anders ausgedrückt, besitzt jeder Bitcoin eine einzigartige Zahlenfolge, die nicht dupliziert werden kann.

Bestimmte Teilnehmer der Bitcoin-Community heißen Miner. Jeder Miner hält die gesamte Bitcoin-Blockchain vor, die er sich aus dem Netzwerk herunterlädt. Tausende von Minern aktualisieren ständig die Blockchain, daher ist es sehr schwer, die Bitcoin-Blockchain zu manipulieren oder Änderungen an ihr vorzunehmen, eine solche Attacke würde sofort auffallen.

Wie bereits erwähnt, beinhaltet die Bitcoin-Blockchain neben den neuen Transaktionen, auch die gesamte bisherige Transaktionshistorie und macht es somit sehr schwer die Daten zu verändern. Um die Transaktionshistorie zu beeinflussen, wäre eine unrealistisch hohe Rechenleistung nötig, dieser Fakt macht die Blockchain so sicher.

Die Einführung der Blockchain-Technologie, durch Bitcoin, hat in vielen Sektoren eine Innovationswelle ausgelöst und unvorhergesehene Anwendungsfälle geschaffen. Dank der Blockchain-Technologie kann, auch über den Finanzsektor hinaus, in vielen Branchen auf einen Intermediär (Mittelsmann) verzichtet werden und so Transparenz und Sicherheit verbessert werden. Anwendungsbeispiele gibt es bereits bei der Verwaltung von Lieferketten, der Datenspeicherung, der Sharing Economy (bei der Güter untereinander geteilt werden), bei Regierungsinstitutionen und bei der Optimierung von Vertragsstrukturen (Stichwort: Smart Contract). Zusätzlich kann die Blockchain-Technologie im globalen Kampf gegen Korruption eine entscheidende Rolle spielen.

Was ist Bitcoin-Mining?

Oberflächlich ausgedrückt, bezeichnet das Mining, das Hinzufügen neuer Blöcke an die Blockchain. Das geschieht ca alle 10 Minuten. Ein Block enthält Informationen zum vorangegangenen Block und alle neuen Transaktionen.

Der Miner startet zunächst den Proof-of-Work-Algorithmus. Anhand seiner kostenintensiven Rechenleistung, versucht er als Erstes eine, von der Bitcoin-Software, definierte Zahl zu finden. Hat er diese Zahl (Nonce) gefunden, gibt er die Lösung dieser Aufgabe an die anderen Nodes weiter. Die anderen können sofort prüfen, ob alle Regeln vom Miner eingehalten wurden, erst dann erhält er seine Belohnung, in Form von Bitcoin.

Dieser Proof-of-Work-Algorithmus prüft und verarbeitet also alle Transaktionen der Bitcoin-User. Alle Nodes kontrollieren sich gegenseitig, somit gibt es keine zentrale Instanz.

Daten über die bisher erstellten Blöcke und der nächsten Halbierung der Mining-Belohnung

Hier gibt es mehr Statistiken über die Bitcoin-Blockchain. Die gezeigten Daten im Bild stammen vom 11.06.2018

Diese Belohnung, welche Miner für ihre Rechenleistung erhalten, setzt sich aus Transaktionsgebühren und neu erzeugten Bitcoins zusammen. Transaktionsgebühren werden von den Usern, pro Transaktion, bezahlt. Die Menge an Bitcoins, die neu erzeugten werden, sinkt mit der Zeit. Darum wird in Zukunft den Transaktionsgebühren, der steigenden Akzeptanz und der Mining-Optimierung eine größere Aufmerksamkeit zukommen.

In den ersten Jahren des Bitcoin-Minings erhielt der Miner 50 Bitcoins pro Block. Das Bitcoin-Protokoll halbiert, ungefähr alle vier Jahre (alle 210.000 Blöcke), die Belohnung. Dieser Vorgang wird “Halving” bezeichnet und soll mitunter den Bitcoin-Preis stabil halten.

Was ist eine Bitcoin-Adresse?

Eine Bitcoin-Adresse ist wie eine traditionelle Bankkontonummer zu verstehen. Sie beginnen entweder mit der Nummer 1 oder 3 und sehen so aus: 1snowqQP5VmZgU47i5AWwz9fsgHQg94Fa

Der Unterschied zu einer traditionelle Bankkontonummer besteht darin, dass eine einzelne Bitcoin-Wallet mehrere Adressen für die Ein- und Auszahlung besitzen kann und ihnen ist kein Benutzername zugeordnet.

Du kannst natürlich auch immer dieselbe Adresse verwenden, es wird jedoch empfohlen, immer eine andere zu verwenden, um einer Verfolgung der Bitcoin-Ströme und die Zuordnung zu einer Person zu erschweren. Neuere Wallets machen dies automatisch und erschweren es damit, dass eine Person in der öffentlichen Blockchain ein Zahlungsverhalten ausspionieren kann. Und keine Angst, es stehen fast unendlich viele Zahlenkombinationen bereit um auch für kleine Beträge immer eine neue, unbenutzte Adresse für Ein- oder Auszahlungen zu verwenden.

Bitcoin-Wallets

Eine Bitcoin-Adresse kann mit anderen Bitcoin-Usern geteilt werden und erfüllt damit die gleiche Funktion wie eine IBAN.

Bitcoin die in der Wallet angezeigt werden, liegen technisch gesehen auf der dezentralen Blockchain und nicht auf der Wallet selbst. Eine Wallet enthält nur einen privaten Schlüssel (privat key) und einen öffentlichen Schlüssel (public key) und ist in der Regel durch ein persönlich vergebenes Passwort geschützt.

Darum ist es außerordentlich wichtig, den privaten Schlüssel gut zu sichern und ihn mit niemand anderem zu teilen. Mit dem private key kann man von überall wieder Zugang zu seinen Bitcoin erhalten, auch wenn einmal die Wallet oder das Zugangspasswort verloren geht.

Um Bitcoin aus einer Wallet zu senden, werden sie mithilfe des privaten Schlüssels signiert. Du autorisiert somit, dass du einverstanden bist Bitcoin auszugeben, weil du den geheimen privaten Schlüssel besitzt.

Diese Signatur ist auch für die Miner wichtig, sie validieren nur Transaktionen, bei denen die Signatur zum entsprechenden privaten Schlüssel passen. Ein Betrug ist nicht möglich.

Der öffentliche Schlüssel der Wallet ist für die Erzeugung der unzähligen Bitcoin-Adressen zuständig, weil die Zahlenfolge dieses Schlüssels auch zu lang wäre. Technisch gesprochen, wird der öffentliche Schlüssel “gehashed” und es entsteht eine kürzere Adresse.

“Hashen” bedeutet im Grunde, die mathematische Umwandlung von Informationen. Was in eine Richtung einfach funktioniert, jedoch umgekehrt nahezu unmöglich ist. Diese Adressen kannst du mit anderen Usern teilen und so Bitcoin empfangen.

Obwohl die Technologie dahinter sehr kompliziert ist, kann der Ansatz leicht zusammengefasst werden: Achte stets gut auf deinen privaten Schlüssel und teile nur deine Adressen, die aus dem öffentlichen Schlüssel gehashed wurden.

Es gibt verschiedene Arten von Wallets, die sich hinsichtlich Funktionalität und Sicherheit unterscheiden. Bitcoin Wallets umfassen Desktop-, Mobile-, Web-, Papier- und Hardware-Wallets. Wir empfehlen, diesen umfassenden Leitfaden zu Kryptowährungs-Wallets zu lesen, um mehr darüber zu erfahren, was am besten für dich funktioniert.

Was ist ein Fork?

Ein Fork bezeichnet meistens eine Aktualisierung der Bitcoin-Software, anders ausgedrückt, es wird ein neues Protokoll, mit neuem Code, erstellt. Die meisten Entwickler arbeiten dann mit dem neuen Protokoll, um es weiterzuentwickeln, das alte Bitcoin-Protokoll finden dann keine Beachtung mehr.

Wie wir bereits kennengelernt haben, sind es die Miner, mit ihren Nodes und ihrer Rechenleistung, die kontinuierlich neue Blöcke der Blockchain hinzufügen und so die Transaktionen validieren.

Eine Aktualisierung tritt also auf, wenn sich die Miner dazu entscheiden, Rechenprobleme mit einem neuen Protokoll zu lösen. Es kann vorkommen, dass nicht alle Miner einer Aktualisierung zustimmen möchten, dann spaltet sich die Blockchain in zwei Chains. Nun gibt es eine Gruppe die dem alten Protokoll anhängt und eine die dem neuen folgt. Ein bekanntes Beispiel für solch einen Fork (Hard-Fork) ist die Abspaltung von der Bitcoin-Blockchain zur Bitcoin-Cash-Blockchain.

Bitcoin-Cash ist aus der Bitcoin-Blockchain am 1. August 2017 hervorgegangen. Ursache dieses Forks war, die vorangegangene Debatte über die Steigerung der Transaktionen pro Block. Bitcoin-Cash nahm letztendlich Änderungen am ursprünglichen Bitcoin-Protokoll vor und vergrößerte die Blockgröße, um so mehr validierte Transaktionen in einen Block zu stecken.

Zu damaligen Zeitpunkt erhielt jeder, der Bitcoins hielt, die entsprechende Menge an Bitcoin-Cash. Voraussetzung über die Verfügung darüber ist, dass man seinen privaten Schlüssel selbst verwaltet und er nicht auf einer Exchange-Plattform hinterlegt ist.

Wer seine Kryptowährungen nicht in einer Wallet, sondern auf einer Exchange belässt, wo er sie gekauft hat, überlässt in der Regel den privaten Schlüssel den Exchange-Verwaltern. Dies ist nicht zu empfehlen.

Bitcoin hat eine maximale Blockgröße von 1 MB, während Bitcoin-Cash zunächst eine maximale Blockgröße von 8 MB hatte, die weiter auf 32 MB gesteigert wird. Die gesteigerte Blockgröße ermöglicht eine schnellere Verarbeitung von Transaktionen und sorgt für niedrige Gebühren. Jedoch ist das Bitcoin-Cash-Netzwerk zentralisierter als das Bitcoin-Netzwerk, das aufgrund seiner großen Anzahl von Minern stärker dezentralisiert ist.

Marktkapitalisierung der Kryptowährungen

Hier findest du mehr Statistiken über Kryptowährungen. Die gezeigten Daten im Bild stammen vom 23.07.2018

Wie kann Bitcoin verbessert werden?

Ein Problem, an dem stetig gearbeitet wird, ist die Skalierung von Bitcoin-Transaktionen. Im Laufe der Zeit hat sich gezeigt, dass es Schwierigkeiten mit der Geschwindigkeit und den Kosten gibt.

Um Änderungen am Bitcoin-Protokoll vorzunehmen, muss ein Konsens erreicht werden. Diese Konsensfindung, innerhalb des Bitcoin-Netzwerks, ist charakteristisch für ein dezentrales Netzwerk und zugleich eine der größten Herausforderungen.

SegWit

Ein erfolgreich durchgeführter Konsens, der zum einheitlichen Update des Protokolls führte, war SegWit. SegWit steht für Segregated Witness und wurde am 23. August 2017, mithilfe der Miner, eingeführt. SegWit bietet viele Lösungen an, die bei der Skalierung von Bitcoin helfen.

Das SegWit-Update ermöglichte es ein Teil der Datenmenge einer Transaktion auszugliedern, um so die MB-Anzahl zu verringern. Dies führt dazu, dass bis zu doppelt so viele Transaktionen in einen Block passen und so Transaktionskosten sinken.

Eine große Herausforderung, sind Micropayments, also das Senden von vielen, sehr kleinen Summen. Das Lightning-Netzwerk, welches durch SegWit erst ermöglicht wurde, versucht diese Aufgabe zu lösen, um so Geschwindigkeit und Kapazität weiter zu steigern.

Das Lightning-Netzwerk

Das Lightning-Netzwerk baut auf der Bitcoin-Blockchain auf, es funktioniert nur mit ihr zusammen. Es ermöglicht, wie bei der ursprünglichen Bitcoin-Blockchain, direkte Transaktionen zwischen zwei Parteien. Die zwei Parteien kreieren aber einen privaten Zahlungskanal, außerhalb der Bitcoin-Blockchain, zueinander.

Alle Zahlungen in diesem Kanal werden nicht direkt auf der Bitcoin-Blockchain verarbeitet. Die Parteien können sich also unendlich oft die kleinsten Summen hin- und herschicken. Dies geschieht in Echtzeit. Erst wenn sie den Kanal schließen, wird das Endsaldo der beiden auf der Blockchain validiert und in einem Block verarbeitet.

Die Miner müssen also nicht jede Transaktion im Kanal verarbeiten, sondern, einfach gesagt, nur die erste und letzte Zahlung. Die im Kanal stattfindenden Mikrotransaktionen werden in Sekunden oder sogar Millisekunden, mit sehr geringen oder keinen Transaktionsgebühren, durchgeführt, weil kein Miner für seine Rechenleistung entlohnt werden muss.

Dieser Lösungsansatz ist sehr vielversprechend, weil das Bitcoin-Netzwerk somit viel Kapazität sparen kann, um größere Zahlungen verarbeiten zu können und auf der anderen Seite schafft es die Möglichkeit tausende Transaktionen pro Sekunde durchzuführen.

Was ist der Wert von Bitcoin?

Wir müssen bei einer Bewertung zwischen dem jeweils aktuellen Preis und dem Wert, also den Nutzen für eine Problemlösung, unterschieden. Der Preis für Bitcoin wird am Markt, nach den Gesetzen von Angebot und Nachfrage, festgelegt.

Ende 2013 stieg der Bitcoin-Preis erstmals stark an und erreichte 1.000 Dollar. Bitcoin erfuhr mehr Aufmerksamkeit, über die folgenden Jahre und der Preis stieg weiter, insbesondere durch die Berichterstattung über den Onlinemarktplatz “Silkroad”, der Bitcoin-Diskussion im US-Kongress und der Popularität in China.

Im Dezember 2017 stieg der Preis plötzlich stark an und erreichte 20.000 US-Dollar. Viele kauften aus Angst etwas zu verpassen zu Höchstpreisen und andere verkauften rechtzeitig. Es wurde viel spekuliert und es war viel Angst im Markt, was letztendlich zu einer starken Korrektur des Marktes in 2018 führte.

Bitcoin ist noch sehr jung, im Vergleich zu den klassischen Märkten und sein eigentlicher Wert muss erst noch gefunden werden. Dann wird sich auch der Kaufpreis diesem Wert annähern und stabilisieren. Dass er einen Wert für die User hat, ist bereits unbestreitbar.

Bitcoin-Preis-Kurve vom Januar 2017 bis Juni 2018 Quelle: https://www.coindesk.com/price/bitcoin

Dieser Wert ergibt sich in erster Linie daraus, Geld von einer Wallet zur anderen, grenzüberschreitend, zu sehr günstigen Gebühren, zu versenden. Mit fortschreitender Globalisierung wird dieser Aspekt immer wichtiger, schließlich verschicken wir schon seit Jahren Güter um die ganze Welt. Das Finanzsystem scheint, im Vergleich dazu, noch sehr veraltet.

Wer sich einmal Bitcoin kauft, hat alleinige Verfügung darüber, sobald er auch den privaten Schlüssel dazu hält. Niemand anderes kann auf eigenen Bitcoin zugreifen, auch nicht der Wallet-Anbieter und eine Bank erst recht nicht. Dies führt zu einer völlig neuen Situation, in der jeder Einzelne völlige geldpolitische Unabhängigkeit erreicht.

Bitcoin ist auch die erste digitale Währung, die das Problem des Doppelten Ausgebens (double spending) löst. Vorherige Versuche, eine digitale Währung zu schaffen, scheiterten an dieser Problematik.

Die Bitcoin-Technologie bietet innovative Lösungen für Fragen zu Transparenz, Sicherheit, Finanzen, Logistik, Verwaltung und mehr.

Bitcoin und die dazugehörige Technologie haben ein neues, weltweit einzigartiges Peer-to-Peer-Netzwerk entwickelt, das Vertrauen ohne einer übergeordneten Autorität und viele neue Möglichkeiten schafft. Die Stärke der Kryptographie, das Engagement der Gemeinschaft, die Anwendungsmöglichkeiten und die Entwicklung des Protokolls sorgen dafür, dass Bitcoin eine Finanzrevolution angestoßen hat.

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