Die Blockchain-Technologie, die hinter Kryptowährungen wie Bitcoin steht, ist in den letzten Jahren stark in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt. Aber worum geht es bei der Blockchain eigentlich und wie funktioniert diese Technologie? Das Buch “Blockchain verständlich – Die Technologie hinter Bitcoin” von Jörg Molt gibt einen umfassenden Einblick in dieses spannende Thema.
Was ist die Blockchain?
Die Blockchain ist im Grunde ein dezentrales, digitales Register, in dem Transaktionen aufgezeichnet werden. Dies geschieht allerdings nicht zentral bei einer Behörde oder Bank, sondern auf vielen Rechnern gleichzeitig, die alle eine Kopie der Blockchain besitzen.
Dadurch ist die Blockchain fälschungssicher: Angreifer müssten nicht nur einen Rechner, sondern die Mehrheit aller Rechner im Netzwerk gleichzeitig hacken, um die Blockchain zu manipulieren. Dies ist in der Praxis nahezu unmöglich, sodass die Integrität der Blockchain gewährleistet ist.
Wie funktioniert die Blockchain?
Die Blockchain besteht aus digitalen Blöcken, die jeweils Transaktionen enthalten. Jeder neue Block enthält einen kryptografischen Hash des vorherigen Blocks. Somit sind alle Blöcke miteinander verkettet und bilden die Blockchain.
Wenn ein neuer Block an die Kette angehängt wird, wird dieser an alle Teilnehmer des Netzwerks weitergegeben. Diese überprüfen dann, ob der Block gültig ist. Ist dies der Fall, akzeptieren sie den Block und hängen ihn an ihre lokale Kopie der Blockchain an.
Was ist Bitcoin?
Bitcoin ist die erste und bekannteste Kryptowährung, die auf der Blockchain-Technologie basiert. Hier werden in den Transaktionsblöcken keine allgemeinen Informationen, sondern ausschließlich Bitcoin-Transfers gespeichert.
Das Bitcoin-Netzwerk wird durch sogenannte Miner betrieben. Das sind Rechner, die neue Blöcke mittels Proof of Work erzeugen. Als Belohnung für ihre Rechenleistung erhalten die Miner neue Bitcoins, die sie beispielsweise auf Börsen wie BitAlpha AI handeln können. So werden kontinuierlich neue Coins generiert und das Netzwerk am Laufen gehalten.
Vorteile der Blockchain
Die Blockchain bietet einige interessante Vorteile:
- Dezentralisierung: Es gibt keine zentrale Kontrollinstanz
- Transparenz: Jeder kann die Blockchain einsehen
- Unveränderbarkeit: Transaktionen können nicht mehr rückgängig gemacht werden
- Fälschungssicherheit: Durch kryptografische Verfahren geschützt
- Automatisierung: Smart Contracts führen Abläufe automatisch aus
Anwendungsbeispiele für die Blockchain
Die Blockchain-Technologie hat das Potenzial, viele Prozesse in Wirtschaft und Verwaltung effizienter und fälschungssicher zu gestalten. Folgende Anwendungsfälle sind denkbar:
- Finanzen: Zahlungen, Wertpapiere, Rückversicherungen
- Energie: Stromhandel, E-Mobilität, Micro Grids
- Logistik: Lieferketten, PfandSysteme, Warenverfolgung
- Gesundheit: Elektronische Patientenakten, Arzneimittelsicherheit
- Verwaltung: Ausweise, Grundbücher, Abstimmungen
Die Zukunft der Blockchain
Blockchain-Lösungen müssen sich erst noch in der Praxis bewähren. Besonders die Themen Skalierbarkeit, Interoperabilität und Energiebedarf gilt es zu lösen, bevor die Technologie ihr volles Potenzial entfalten kann.
Trotzdem gehen Experten davon aus, dass die Blockchain in den nächsten Jahren in immer mehr Bereichen der Wirtschaft und des täglichen Lebens Einzug halten wird. Sie könnte dabei helfen, viele Prozesse effizienter, transparenter und sicherer zu machen.
Funktionsweise der Blockchain
Die Blockchain ist ein faszinierendes Konzept, das unser Verständnis von Transaktionen und Vertrauen revolutionieren könnte. Aber wie funktioniert diese Technologie eigentlich auf technischer Ebene?
Blöcke
Die Blockchain besteht aus aneinandergereihten Blöcken, die jeweils Transaktionen enthalten. Bei der Bitcoin Blockchain sind dies beispielsweise Überweisungen von Bitcoins zwischen Teilnehmern.
Jeder Block enthält dabei einen Header und einen Body. Im Header befindet sich u.a. ein Hash des vorherigen Blocks, im Body die Transaktionsdaten.
Hashes
Die Verkettung der Blöcke wird mithilfe kryptografischer Hashes bewerkstelligt. Ein Hash ist eine Art digitaler Fingerabdruck, der aus den Transaktionsdaten eines Blocks berechnet wird.
Selbst die kleinste Änderung in den Daten eines Blocks würde zu einem völlig anderen Hash führen. So kann man prüfen, ob ein Block unverändert ist, indem man den neu berechneten Hash mit dem im Header gespeicherten Hash vergleicht.
Konsensfindung
Die Blockchain existiert auf vielen Rechnern (Knoten) gleichzeitig. UmKonsens darüber zu erzielen, welcher Block aktuell an die Kette angehängt werden soll, kommt ein Konsensverfahren zum Einsatz, beispielsweise Proof of Work oder Proof of Stake.
Hier erreichen die Knoten eine Einigung darüber, welcher Block als nächstes gültig ist. So entsteht auf Basis der verteilten Blöcke eine Reihenfolge von Blöcken (=Blockchain), die für alle Teilnehmer verbindlich ist.
Unveränderbarkeit
Ist ein Block erst Teil der Blockchain, kann er nicht mehr verändert werden. Eine Manipulation eines Blocks würde alle nachfolgenden Blöcke ungültig machen, da die Hashes nicht mehr zur unveränderten Kette passen würden.
Somit ist die Blockchain faktisch unveränderbar und gewinnt mit zunehmender Länge immer mehr an Unveränderbarkeit.
Kryptografische Methoden
Kryptografische Verfahren sind die Grundlage für die Sicherheit und Fälschungssicherheit der Blockchain. Sie ermöglichen es, digitale Informationen auf sichere Weise zu verschlüsseln und Signaturen zu erstellen. Welche kryptografischen Methoden kommen bei der Blockchain zum Einsatz?
Hashfunktionen
Hashfunktionen wie SHA-256 werden eingesetzt, um digitale Fingerabdrücke von Datenblöcken zu erstellen. Selbst minimale Änderungen an den Ausgangsdaten führen zu völlig unterschiedlichen Hashes.
So kann man leicht prüfen, ob ein Datensatz unverändert ist, indem man den neu berechneten Hash mit einem Referenzhash vergleicht. In der Blockchain werden Hashes verwendet, um Blöcke miteinander zu verknüpfen.
Public-Key-Kryptografie
Mithilfe von Public-Key-Verfahren wie RSA werden in der Blockchain digitale Signaturen erzeugt, um die Authentizität von Transaktionen sicherzustellen. Jeder Teilnehmer besitzt einen geheimen Schlüssel und einen öffentlichen Schlüssel.
Der geheime Schlüssel dient der Signaturerstellung, der öffentliche Schlüssel der Verifikation einer Signatur. So kann man Transaktionen autorisieren und fälschungssicher machen.
Verschlüsselungsverfahren
Symmetrische Verschlüsselungsverfahren wie AES werden eingesetzt, um private Schlüssel und Wallets zu schützen. Nur wer den korrekten Schlüssel besitzt, kann auf die verschlüsselten Informationen zugreifen.
Asymmetrische Verfahren wie RSA ermöglichen eine sichere Verschlüsselung zwischen zwei Parteien.
Konsensmechanismen
Damit alle Teilnehmer eines Blockchain-Netzwerks einen Konsens über den aktuellen Zustand der Blockchain erzielen, kommen Konsensmechanismen zum Einsatz. Diese regeln, welcher Teilnehmer den nächsten Block erzeugen darf. Die bekanntesten Verfahren sind Proof of Work und Proof of Stake.
Proof of Work
Bei Proof of Work erzeugen sogenannte Miner durch massive Parallelrechnungen neue Blöcke. Dabei müssen sie eine kryptografische Aufgabe lösen, nämlich einen Block-Hash mit einer bestimmten Anzahl führender Nullen finden.
Dies erfordert enorm viele Versuche und damit hohen Rechenaufwand. Der Teilnehmer, dem dies als erstes gelingt, darf den Block erzeugen und an die Chain anhängen. Er wird dafür mit neuen Coins belohnt.
Proof of Stake
Bei Proof of Stake wird der Ersteller des nächsten Blocks nach dem Zufallsprinzip bestimmt. Die Wahrscheinlichkeit ist dabei abhängig vom Anteil der Coins, die der Teilnehmer am Gesamtvolumen hält (“Stake”). Je mehr Coins jemand besitzt, desto höher ist seine Chance, den nächsten Block zu erzeugen.
Im Gegensatz zu Proof of Work ist hier kein hoher Rechenaufwand erforderlich. Proof of Stake gilt daher als energieeffizienter und skalierbarer.
Smart Contracts
Neben der Abbildung von Transaktionen können in der Blockchain auch Smart Contracts hinterlegt werden. Das sind Programmcodes, die Bedingungen und Aktionen definieren und so automatisierte Prozesse auslösen.
Funktionsweise
Smart Contracts bestehen wie alle Einträge in der Blockchain aus Code. Sie definieren Regeln und Aktionen für bestimmte Bedingungen. Erfüllen Nutzer diese Bedingungen, werden die festgelegten Aktionen automatisch ausgeführt.
Anwendungsbeispiele
Smart Contracts haben vielfältige Anwendungsmöglichkeiten:
- Automatische Zahlungen bei Vertragserfüllung
- Digitales Rechtemanagement
- Token für Finanzanwendungen
- Supply Chain Management
Ihre “Intelligenz” beziehen Smart Contracts aus der korrekten Definition der Vertragsbedingungen. Die Ausführung erfolgt dann autonom über die Blockchain.
Mining verstehen
Eine essenzielle Komponente öffentlicher Blockchains wie Bitcoin und Ethereum ist das Mining. Aber wie funktioniert dieses Verfahren eigentlich genau und warum ist es so wichtig für die Sicherheit der Blockchain?
Aufgabe des Mining
Die Aufgabe des Minings ist es, neue Blöcke mithilfe kryptografischer Verfahren zu erzeugen und diese an die bestehende Blockchain anzuhängen. Miner konkurrieren darum, als erstes einen gültigen Block zu finden.
Proof of Work
Die meisten Public Blockchains verwenden einen Proof of Work Algorithmus für das Mining. Hier müssen Miner eine kryptografische Aufgabe lösen, indem sie einen Block-Hash mit einer bestimmten Anzahl führender Nullen generieren. Dies erfordert hohe Rechenleistung.
Belohnung für Miner
Als Anreiz für das Mining erhalten die Miner eine Belohnung in Form von Coins, z.B. Bitcoin oder Ether. Zusätzlich behalten sie in der Regel die Transaktionsgebühren der Transaktionen im gefundenen Block.
Sicherheit durch Mining
Das Mining macht Manipulationen an der Blockchain sehr schwierig, da die Rechenleistung des Netzwerks enorm hoch ist. Ein Angreifer müsste über 50% der Rechenleistung verfügen, um die Blockchain effektiv anzugreifen. Dies ist in öffentlichen Netzwerken praktisch unmöglich.
Limits der Blockchain
Die Blockchain ist eine vielversprechende Technologie, die unsere Wirtschaft und Gesellschaft verändern könnte. Doch die Technologie steht auch noch vor einigen Herausforderungen, die es zu meistern gilt.
Skalierbarkeit
Viele öffentliche Blockchains skalieren nur bedingt. Das Bitcoin-Netzwerk kann beispielsweise nur 7 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten. Im Vergleich dazu schafft Visa über 20.000 Transaktionen pro Sekunde.
Energieverbrauch
Proof of Work ist sehr energieintensiv. Das Bitcoin-Netzwerk verbraucht inzwischen so viel Strom wie ein kleiner Staat. Nachhaltigere Konsensus-Verfahren wie Proof of Stake könnten diesbezüglich Abhilfe schaffen.
Komplexität
Für Laien sind Blockchains oft schwer verständlich. Die Komplexität könnte einer breiten Adaption im Wege stehen. Eine einfachere Nutzererfahrung ist notwendig.
Regulierung
Ob und wie Staaten und Regierungen die Blockchain-Technologie regulieren werden, ist noch weitgehend offen. Dies schafft bei Unternehmen und Investoren noch Unsicherheit.
Fazit
Die Blockchain ist eine faszinierende und disruptive Technologie, die in den kommenden Jahren vieles verändern könnte. Die dezentrale Struktur, Transparenz und kryptografische Absicherung bieten großes Potenzial für verschiedenste Anwendungsfälle.
Allerdings gilt es, noch diverse technische und regulatorische Herausforderungen zu meistern. Wenn die Rahmenbedingungen stimmen, könnte die Blockchain zu einem Grundpfeiler der digitalen Wirtschaft und einer vertrauenswürdigen Gesellschaft werden.
Das Buch “Blockchain verständlich” bietet einen ausgezeichneten Überblick über die Funktionsweise dieser Schlüsseltechnologie und vermittelt das nötige Wissen, um die möglichen Auswirkungen besser einschätzen zu können. Gerade für Neueinsteiger in das Thema Blockchain ist das Buch bestens geeignet.