Was ist Blockchain, und wie funktioniert sie?

Die Blockchain-Technologie ist eine Art von Distributed-Ledger-Technologie (DLT) und das Fundament der Kryptowährung. Einfach ausgedrückt ist die Blockchain-Technologie eine Datenbank, die Datenblöcke in chronologischer Reihenfolge speichert, wobei jeder Block mit dem vorhergehenden verknüpft ist und den Hash des letzten Blocks mit einem Zeitstempel versehen enthält. Außerdem wird ein Blockchain-Netzwerk von Computerknoten betrieben und gemeinsam genutzt, weshalb man es als dezentrales Netzwerk betrachtet.

Die Daten in einem Blockchain-Netzwerk werden chronologisch und dezentral gespeichert, was eine Manipulation der Daten sehr schwierig macht, so dass sie theoretisch unveränderlich sind.

Warum Blockchain-Technologie?

Blockchain begann 1991 als Forschungsprojekt von Stuart Haber und W. Scott Stornetta, die die Möglichkeit und Verwendung einer zeitgestempelten Datenbank untersuchten. Doch erst als ein Unbekannter namens Satoshi Nakamoto im Jahr 2009 Bitcoin erfand, konnten wir endlich eine weit verbreitete, praktische Anwendung dieser Technologie sehen.

Die Blockchain-Technologie und Kryptowährungen werden in den kommenden Jahren viele kreative Einsatzmöglichkeiten finden und sich noch weiter entwickeln. Um zu verstehen, warum die Menschen nicht aufhören können, über die Blockchain-Technologie zu sprechen, müssen wir Bitcoin und seine Funktionsweise verstehen.

Bitcoin ist eine digitale Währung und ein Peer-to-Peer-Electronic-Cash-System auf Basis der Blockchain-Technologie, das durch Kryptographie gesichert ist. Viele Menschen waren vor Bitcoin mit der Erfindung einer digitalen Währung gescheitert, weil das Problem der doppelten Ausgaben und der zentralisierten Autorität unvermeidlich war.

Im Gegensatz zu physischem Geld, bei dem man das Geld ausgibt, besteht die digitale Währung aus einer Reihe von Transaktions-Datensätzen; daher gehört denjenigen, die dieses Hauptbuch kontrollieren, technisch gesehen das gesamte Geld, da sie jeden Eintrag in den Transaktions-Datensatz ändern können. Einfach ausgedrückt: „Vertrauen“ ist das, was verhindert, dass digitale Währungen das traditionelle Geld vollständig ersetzen. Die Blockchain-Technologie könnte jedoch das Vertrauensproblem vollständig ausräumen.

Wie genau funktioniert die Blockchain?

Wir wissen jetzt, dass Blockchain auf der Distributed-Ledger-Technologie basiert, aber wie verbreitet sie sich? Was ist der Unterschied zu einer Backup-Datenbank?

Einer der entscheidenden Unterschiede zwischen einer Sicherungsdatenbank, auch bekannt als Datenbankspiegel, und einem Blockchain-Netzwerk besteht darin, dass die Knoten des letzteren in der Regel über verschiedene Standorte verteilt sind und sich in den Händen verschiedener Unternehmen befinden.

Jeder Knoten im Netzwerk verwaltet den gesamten Stamm der Blockchain, und sie müssen eine Konsensentscheidung durch ein Quorum erreichen. Mit anderen Worten: Keine einzelne Behörde/Einrichtung hat die vollständige Kontrolle über das Netz und die darin enthaltenen Daten. Im Falle einer typischen Datenbank würde daher nur ein einziger Tastendruck des Angreifers genügen, um alles zu löschen, unabhängig davon, wie viele Spiegelserver es gibt. Böswillige Akteure müssen jedoch mehr als 50 % der Blockchain-Netzknoten kontrollieren, um Aufzeichnungen in einem Blockchain-Netz zu ändern. Danach stellt sich die Frage, was wäre, wenn der böse Akteur mehr Knoten als die vorhandenen im Netz erzeugen könnte, um sie zu überstimmen? Würden sie nicht die Aufzeichnungen fälschen und einen Konsens mit diesen fälschlich erstellten Knotenpunkten erreichen? An dieser Stelle kommt der Konsensmechanismus ins Spiel.

Konsensmechanismus durch Kryptographie

Im Falle einer öffentlichen und erlaubnisfreien Blockchain, an der sich jeder weitgehend anonym beteiligen kann, ist ein Konsensmechanismus von entscheidender Bedeutung, um böswillige Manipulationen zu verhindern. Andernfalls könnten böswillige Akteure die meisten Blöcke mit neuen Hashes versehen und sie für gültig erklären und vom Netzwerk akzeptieren lassen, was mit der Rechenleistung der heutigen Technologie schnell zu bewerkstelligen wäre.

Nehmen Sie Bitcoin als Beispiel; das Bitcoin-Netzwerk verwendet den Proof-of-Work als Konsensmechanismus. Der Proof-of-Work ist eine Art kryptographischer Beweis, mit dem die Beweisführer nachweisen können, dass sie einen bestimmten Rechenaufwand betrieben haben. Im Fall von Bitcoin sind die Prüfer die Betreiber des Netzwerks, auch bekannt als die Miner. Die Miner müssen sich durch Berechnungen messen, um einen Block zu minen und ihn der Blockchain hinzuzufügen. Nur der Gewinner, der das mathematische Rätsel löst, hat dieses Recht. Zusätzlich erhält der Gewinner eine Coin (Bitcoin) als Prämie für seine Leistung.

Da jeder Knoten seine Rechenleistung in den Wettbewerb einbringt, müssen böswillige Akteure 50 % des Netzwerks außer Kraft setzen, um die Daten zu manipulieren, was bei einem großen Blockchain-Netzwerk oft unmöglich ist.

Der Schlüssel zur Unveränderlichkeit der Blockchain-Technologie liegt nicht darin, dass sie vor jedem böswilligen Versuch sicher ist, sondern darin, dass sie schlechte Akteure abschreckt. Die Kombination aus Proof-of-Work und der Notwendigkeit eines Konsenses zwischen den Knoten im Netzwerk hat dazu geführt, dass der Aufwand für die Überwindung des Blockchain-Netzwerks letztendlich den Zweck des Versuchs selbst zunichte macht.

So gut sich Proof-of-Work auf dem Papier auch anhört, es gibt erhebliche Nachteile, die mit dieser Sicherheitsstufe einhergehen. Wie wir wissen, erfordert das Proof-of-Work-Verfahren, dass die Netzwerkknoten rechnerisch miteinander konkurrieren. Je mehr Knoten das Netz hat, desto dezentraler ist es natürlich. Mehr rechnerischer Wettbewerb bedeutet aber auch einen höheren Energieverbrauch. Daher hat die Community immer nach einer Alternative gesucht, die ein ähnliches Maß an Sicherheit bietet, ohne dabei viel Energie zu verbrauchen. Der beste Konkurrent des Proof-of-Work war der Proof-of-Stake.

Einige der berühmten Blockchains, wie Cardano, Algorand und das baldige Ethereum 2.0, basieren auf dem Proof-of-Stake-Modell. Proof-of-Stake mag sich als Ersatz für Proof-of-Work etablieren, ist aber keineswegs perfekt, zumal sich diese Technologie ständig weiterentwickelt.

Blockchain ist mehr als Bitcoin

Obwohl die Blockchain ursprünglich zur Speicherung von Geldtransaktionen (Bitcoin) diente, kann sie auch beliebige Datensätze unveränderbar speichern. Derzeit befassen sich viele Unternehmen mit den verschiedenen Einsatzmöglichkeiten von Blockchain. So hat IBM beispielsweise eine Food Trust Blockchain entwickelt, um die Logistik von Lebensmitteln zu verfolgen und aufzuzeichnen. Die Blockchain könnte es Nutzern ermöglichen, den Weg eines Produkts sofort nachzuvollziehen, wenn beim Verzehr dieser Produkte ein gefährliches Ereignis eintritt. Alles in der Blockchain ist unveränderlich und transparent, so dass die Aufzeichnungen für jede Partei vertrauenswürdig sind. Anwendungen wie diese verbreiten sich wie ein Lauffeuer in verschiedenen Branchen, z. B. in Wahlsystemen, Lieferketten, im Gesundheitswesen usw.

Smart Contracts

Smart Contracts sind Programme, die automatisch ausgeführt werden, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Dieses Feature machte Blockchains zu etwas anderem als einem Hauptbuch; es ermöglichte dem Blockchain-Netzwerk, eine Reihe von Aktionen ohne einen Vermittler durchzuführen.

Ein wesentliches Merkmal der Smart Contracts in der Blockchain ist der Wegfall von Zwischenhändlern. Ein Smart Contract könnte beispielsweise ein Vermittler für Assets sein: Person A wird das Geld erst dann an Person B überweisen, wenn das Produkt geliefert wurde. In der Regel muss ein Dritter die Assets von Person A so lange aufbewahren, bis Person B ihren Teil der Abmachung erfüllt hat. Mit Hilfe von Smart Contracts könnte das Blockchain-Netzwerk die Assets automatisch und ohne die Bestätigung von Person A oder einer dritten Partei überweisen, sobald das Netzwerk bestätigt, dass Person B das Produkt an Person A überwiesen hat.

Es gibt Tausende von Live-Blockchains, so dass es unmöglich ist, alle Funktionen, Verwendungsmöglichkeiten und Unterschiede zwischen ihnen zu behandeln. Daher dient dieser Leitfaden nur als Einstiegshilfe in die Welt der Blockchain. Wir sind uns nur sicher, dass die Blockchain-Technologie die Grundlage dessen sein wird, was wir als Zukunft wahrnehmen.

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