Was ist eine Blockchain?

Der folgende Artikel erklärt was eine Blockchain ist. Mir geht es nicht darum zu erklären was Bitcoin ist, sondern ganz allgemein um die darunter liegende Technologie. Mein Ziel ist es, dass ein interessierter Laie nach Lektüre des Artikels versteht warum von Innovation und technologischer Revolution die Sprache ist, wenn es um Blockchains geht.

Das einzige was ich voraussetze ist, dass Sie sich für Blockchains interessieren.

Blockchain ist die Lösung – doch für welches Problem?

Bitcoin ist bekannt als digitale Währung. Ähnlich wie Euros oder Dollar, können Bitcoins über eine Art E-Banking an jemanden verschickt werden. Der Versand passiert in Form einer Transaktion. Das besondere an Transaktionen ist, dass sie nach dem Prinzip „Ganz oder gar nicht“ funktionieren. Es kann nicht passieren, dass ich versuche 50€ zu überweisen aber nur 23€ beim Empfänger ankommen.

Bei alt bekannten Währungen wie Euros, stellen Banken sicher, dass das funktioniert. Es gibt vieles zu kontrollieren wie zB. ob genug Geld am Konto ist oder ob der Empfänger existiert. Geht irgendetwas schief, so bleibt das Geld auf meinem Konto. Funktioniert es, wird es von meinem Konto abgebucht und beim Empfänger aufgebucht.

Das sieht auf den ersten Blick einfach aus. Allerdings verteilt sich das Banksystem auf die ganze Welt und auf viele Sender und Empfänger die gleichzeitig Transaktionen durchführen wollen. Durch diese Gleichzeitigkeit und Größe des Netzwerks ist es schwierig zu verhindern, dass etwas schiefgeht und zB. derselbe Euro zweimal ausgegeben wird oder noch schlimmer: Der Nachbar meinen Euro ausgibt.

Die Bank sitzt dabei immer in der Mitte und entscheidet was funktioniert und was nicht. Sie muss kontrollieren wer das Konto besitzt, sie muss Ausweise kontrollieren, sie muss TAN-Codes und PIN-Codes austeilen und auf viele andere Dinge achten.

Eine Blockchain ermöglicht es, das gleiche zu tun – nur vollkommen ohne Bank. Sie macht es möglich, sicher und transparent, Kontostände und Transaktionen zu speichern und die Informationen über die ganze Welt zu verteilen.

Blockchain – erklärt in fünf Minuten

Eine Blockchain ist ein Verzeichnis. Dieses Verzeichnis besteht aus lauter Tabellen. Eine jede Tabelle besteht aus mehreren Spalten. Diese Spalten halten fest, wer wem was gesendet hat.

Tabellen sind nicht unendlich groß. Wenn das Ende erreicht wird, wird eine neue Tabelle angelegt. Eine jede Tabelle enthält außer ihren Transaktionszeilen noch zusätzliche Informationen. Dazu zählen eine eindeutige Tabellen-ID und ein Zeiger auf die vorherige Tabelle.

Tabellen nennt man in einer Blockchain Blöcke. Durch den Verweis auf die vorherige Tabelle wird daraus eine Kette. Diese Blockketten nennt man im Englischen Blockchains.

Die Transaktionszeilen in einer Tabelle enthalten außer den Feldern die zeigen, wer wem was gesendet hat, eine weltweit einzigartige Identifikationsnummer – kurz ID. Zusätzlich enthalten sie Zusatzinformationen, die es absolut jedem erlauben zu prüfen, ob die Tabellen und die Transaktionen gültig sind.

Die Überprüfung funktioniert auf Basis einer spezieller Mathematik – der Kryptographie. (Davon stammt der Begriff „Crypto-Währung“ ab.)

Bitcoins werden ge-mined – was hat das mit Bergbau zu tun?

Bitcoin ist die bekannteste Blockchain und bei Bitcoin höre und lese ich häufig etwas von „mining“. Tatsächlich ist es ähnlich zum echten Bergbau, denn so wie Bergleute mit viel Mühe Gold aus Goldminen holen, können Bitcoins mit Rechenleistung geschürft werden.

Öffentliche Blockchains – Minen ist des Bitcoiners Lust

Diese Möglichkeit gibt es in Bitcoin, damit sichergestellt wird, dass neue Blöcke in der Blockchain erstellt werden. „Mining“ in Bitcoin besteht darin, Transaktionen zu überprüfen, neue Blöcke zu erstellen und für Blöcke Prüfnummern zu berechnen. Jeder der möchte, kann diese Arbeit übernehmen.

Da es keine zentrale Stelle gibt, die die Blöcke bestimmt und jeder gleichermaßen eingeladen ist mitzumachen, spricht man von einer öffentlichen Blockchain. Es kann absolut jeder beginnen, Blöcke zu erstellen und sich an der Blockchain zu beteiligen.

Da jeder mitmachen kann, gilt der Grundsatz: Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser. Es muss in einer öffentlichen Blockchain jeder beweisen, dass die von ihm erstellten Blöcke vertrauenswürdig sind.

Dafür gibt es verschiedene Ansätze. Im Falle von Bitcoin nennt man diesen Beweis „Proof of Work“ – also Beweis durch Leistung. Bei anderen Blockchains gibt es andere Beweisarten wie zB. „Proof of Stake“ oder „Proof of Time“.

Private Blockchains – Alles geht, nichts muss

Private Blockchains heißen privat, da sie nicht öffentlich zugänglich sind. Es ist auch nicht klar definiert wer Daten eingliedern darf, wer wie Blöcke erstellt und wer diese lesen darf. All das wird vom Blockchain-Hersteller bestimmt.

Ripple ist zB. eine Blockchain die es Banken erlaubt verschiedene Crypto-Währungen über ihre Blockchain auszutauschen. Dabei schließen Banken und andere Unternehmen Verträge mit der Firma hinter der Ripple-Blockchain ab und sind anschließend dazu bemächtigt solche „Mining“-Knoten im Netzwerk aufzustellen. Diese überprüfen Transaktionen und erstellen Blöcke.

Die Blockchain selbst ist öffentlich.

Sicherheit in Blockchains

Die Technologie, die es möglich macht ein global verteiltes System wie eine Blockchain sicher zu machen, basiert auf asymmetrischer Kryptographie (Public-Key-Verfahren) und Einwegprüfnummern (Hashes). Das Tolle an diesen zwei Verfahren ist, dass die Ergebnisse sehr schwer zu fälschen, aber sehr einfach zu überprüfen sind.

Dadurch kann eine jede Transaktion so markiert werden, dass man beweisen kann, dass sie wirklich vom echten Absender geschickt wurde. Außerdem kann man beweisen, dass der Absender zum Zeitpunkt des Versands tatsächlich das Versandte besessen hat. Auch die Blöcke werden so markiert und es können keine Transaktionen herausgenommen oder dazu geschummelt werden, ohne dass es auffällt.

Da es einfache Berechnungen sind, über die man das prüfen kann, kann jeder der die Blockchain sieht, prüfen ob sie korrekt ist oder ob sie manipuliert wurde.

Die Länge zählt

Was passiert wenn in einem globalen Blockchain-Netzwerk zwei Blöcke gleichzeitig erzeugt werden? Prinzipiell kann immer nur ein Block auf einmal an die Kette gehängt werden. Diejenigen, die neue Blöcke erstellen, müssen jedes Mal neu bestimmen wo sie den neuen Block anhängen wollen. Die Auswahl passiert dadurch, dass jeder Teilnehmer im Netzwerk immer nur den Block akzeptiert, der an der Spitze der längsten Blockkette sitzt.

Werden zwei Blöcke gleichzeitig erzeugt, beginnt ein Wetteifern darum, welche Kette schneller neue Blöcke eingehängt bekommt. In der Praxis gewinnt eine Kette nach spätestens drei Blöcken das Wettrennen.

Im Falle von Bitcoin werden zB. alle 10 Minuten Blöcke erstellt. Für diese Blockchain gilt die Daumenregel, dass eine Transaktion als abgeschlossen gilt, wenn sie eine Stunde alt ist. Dann gibt es mindestens vier neue Blöcke und jedes etwaige Wettrennen ist bereits gewonnen.

Anwendungen mit Blockchains

Blockchains sind dazu geeignet völlig dezentral Daten in einem riesigen Netzwerk zu verteilen und sicherzustellen, dass die Daten korrekt und manipulationssicher sind. Das kostet allerdings Zeit und Rechenleistung. (Das Ethereum-Blockchain Mining benötigt zB. mehr Strom im Jahr als Zypern!)

Im Vergleich zu den technischen Systemen von Banken, die teilweise länger als zwei Tage für eine Überweisung brauchen, sind sie dennoch relativ schnell. Insgesamt handelt es sich dabei um eine großartige und innovative Erfindung. Das Spannende dabei ist, dass es noch lange nicht am Ende angekommen ist. Es bietet viel Potential für Erweiterungen und Weiterentwicklungen wie automatische Vertragsabwicklungen (Smart Contracts) oder Abhörsicherheit (zB. zcash).

Falls etwas unklar ist, bitte nehmen Sie mit mir Kontakt auf! Schreiben Sie Ihre Fragen einfach als Kommentar unter diesen Beitrag.

Prinzipiell neugierig und mit starkem Hintergrund in Informatik, bin ich Software-Entwickler bei Tag und Krypto-Enthusiast bei Nacht.

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