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Als Online-Casinos werden virtuelle Casinos bezeichnet, auf die über das Internet zugegriffen werden kann. Online-Casinos ermöglichen das Wetten und Spielen von Casinospielen über an das Internet angeschlossene Endgeräte (PC, Smart-TV, Tablet usw.). Regulierte Online-Casinos weisen üblicherweise die gleichen Gewinnchancen und Auszahlungsquoten wie stationäre Spielbanken an, wobei manche Betreiber, beispielsweise bei Slot-Machine-Spielen, höhere Rückzahlungsquoten zur Kundenrekrutierung anbieten. Bei vielen Anbietern finden sich die Rückzahlungsquoten der einzelnen Spiele auf deren Webseite.

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Kernprinzip einer Software für das Glücksspiel ist ein funktionierender Zufallszahlengenerator. Bei Tischspielen wie Blackjack ist der Hausvorteil durch die Regeln vorgegeben oder einprogrammiert. Casinosoftware kann von Betreiberfirmen auch geleast werden (Crypto Logic, International Game Technology und andere).

Aufgrund von steuerlichen und rechtlichen Vorteilen haben viele Betreiber von Online-Casinos ihren Sitz in Offshore-Finanzplätzen wie Gibraltar oder innereuropäischen Ländern wie Isle of Man, Zypern oder Malta. In der Regel bieten diese Länder staatlich kontrollierte und reglementierte Glücksspiellizenzen an. Web-basierte Casinos können direkt über einen Internet-Browser genutzt werden.

Das Herunterladen von Software ist hierbei nicht erforderlich. Lediglich bei einigen komplexeren Spielen konnte in der Vergangenheit die Installation von Zusatzprogrammen wie Java, Flash oder Shockwave notwendig sein, was jedoch seit der Obsoleszenz von Java Für die Ausführung dieser Spiele ist eine ausreichende Bandbreite bei der Internetverbindung notwendig, da alle Grafiken, Töne und Animationen über den Browser heruntergeladen werden müssen. Die meisten Online-Casinos verfügen mittlerweile über Spiele, die über ein HTML-Interface gesteuert werden können, was insbesondere für mobile Endgeräte wie Tablets und Smartphones sinnvoll ist, die kein Flash unterstützen. Zahlreiche Online-Casinos erforderten in der Vergangenheit den Download spezieller Software. Die Software verbindet sich mit dem Service-Provider des Casinos und verwaltet den Kontakt ohne zwischengeschalteten Web-Browser.

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Download-basierte Casinos arbeiten üblicherweise schneller, als die Web-basierten Äquivalente, da alle Komponenten auf der lokalen Festplatte abgespeichert sind und nicht erst heruntergeladen werden müssen. Auf der anderen Seite ist die Erstinstallation der Software oft zeitaufwändig und, wie bei jeder Installation von Programmen aus dem Internet, besteht das Risiko der integrierten Malware. Das Spielangebot in Online-Casinos lässt sich unterteilen in Spiele, die gegen den Computer getätigt werden – sogenannte virtuelle Casino-Spiele – und Spiele, bei denen ein Casino-Spiel real stattfindet, an dem der Spieler mithilfe von Live-Streaming Technologie in Echtzeit teilnehmen kann.

Bei virtuellen Casinospielen handelt es sich entweder um virtuelle Umsetzungen von Spielautomaten oder um Tischsspiele. Der Ausgang eines Spiels ist hier von Daten aus einem Pseudozufallszahlengenerator (englisch: pseudorandom number generator - PRNG) abhängig.   Diese Daten bestimmen beispielsweise die Reihenfolge der Karten in Kartenspielen, oder das Ergebnis eines Würfelwurfs oder Drehs am Roulette-Kegel.  

PRNGs basieren auf einer Reihe von mathematischen Regeln (PRNG-Algorithmus), die eine lange Sequenz von Zahlen generieren, die den Anschein von echter Zufälligkeit erwecken. Obwohl diese Methode keinen echten Zufall imitieren kann, da Computer ohne externen Input keinen echten Zufall imitieren können, genügen PRNGs den wichtigsten Kriterien, um die Fairness der Spiele zu gewährleisten. der Mersenne-Twister) gewährleistet, dass die Spiele sowohl fair als auch unvorhersehbar sind.

Die richtige Implementierung des PRNG-Algorithmus (z. Allerdings gewähren Online-Casinos keinen Einblick in die Funktionsweise der Software, weshalb die Spieler blind darauf vertrauen müssen, dass kein übermäßiger Hausvorteil implementiert wurde. Die Funktionsweise und der verwendete Algorithmus wird bei regulierten Online-Casinos von externen Instanzen überprüft, um zu gewährleisten, dass die Gewinnmargen des Anbieters mit den Chancen der Spiele übereinstimmen. Eine weitere Methode zur Überprüfung des Fairplay von Onlinecasinos besteht in der Seed-key-Generierung durch den Casino-Server vor der Anzeige der Ergebnisse, und die Veröffentlichung der Prüfsumme dieses Werts.

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Nach dem Ausgang des Spiels, kann der Spieler den Seed key über ein Webinterface überprüfen und damit sicherstellen, dass der Ausgang des Spiels nicht manipuliert wurde. Diese Methode funktioniert bei Multiplayer-Spielen (wie beispielsweise Poker) allerdings nicht. Die Aktionen durch den Spieler erfolgen über eine Konsole auf dem Bildschirm und die Kommunikation mit dem Dealer erfolgt über ein Chatfenster. Die erforderlichen Spielparameter werden über Optical Character Recognition (OCR - Software, die Bildmaterial erkennt und in Daten umwandelt) zu Daten verarbeitet, die von der Software verwendet werden kann. Die Spieler können mit dem Spiel in derselben Weise interagieren, wie in einem regulären virtuellen Casinospiel, allerdings ist der Ausgang des Spiels nicht von Zufallszahlengeneratoren abhängig, sondern von physischen Interaktionen. Für die Betreiber solcher Spiele ist der finanzielle Aufwand um einiges größer, als das Angebot einfacher virtueller Casinospiele. Für den Betrieb werden mindestens ein Livestudio mit einem oder mehreren Kameramännern und einigen Croupiers, ein Server- und Softwareraum und ein Analysestudio benötigt.

Zusätzlich muss ein Pit-Boss als Schiedsrichter für Meinungsverschiedenheiten und Regelverstößen und ein IT-Manager für die reibungslose Funktion der Casinosoftware engagiert werden. Der hohe finanzielle Aufwand beim Betrieb solcher Casinos ist der Grund, warum Live-Dealer-Casinos nur die populärsten Spiele, wie Roulette, Blackjack, Sic Bo und Baccarat in diesem Format anbieten.