Blockchain einfach erklärt

Viele Menschen standen und stehen der Blockchain-Technologie skeptisch gegenüber, da sie lautstark als Allheilmittel zur Lösung aller Probleme der Welt angepriesen wurde. Natürlich haben sie daraus den Schluss gezogen, dass diese neue Technologie unbedingt als reiner Hype abgetan werden muss. In diesem Artikel werden wir Ihnen erklären, warum das definitiv nicht der Fall ist!

Obwohl Blockchain natürlich keine magische Lösung darstellt, so bietet sie doch einen revolutionären Durchbruch in der Art und Weise, wie Menschen auf eine sozialere Art und Weise interagieren können. Es muss einfach nur richtig definiert und verstanden werden.

So, was ist eine Blockchain?

In ihrer grundlegendsten Form ist die Blockchain eine Datenbank. Es ist eine Datenbank, welche über ein Netzwerk von sogenannten Nodes verteilt ist. Nodes sind Netzwerkteilnehmer, die Computer repräsentieren, welche über den gesamten Globus verteilt sind. Auf all diesen Computern läuft die Software der Blockchain, ein programmiertes Protokoll, das als eine Art Sprache fungiert, mit der diese Computer miteinander kommunizieren. Aufgrund dieser Eigenschaft wird die Blockchain meist auch als Distributed Ledger Technology (DLT) bezeichnet.

So sieht ein Blockchain-Netzwerk aus: Computer sprechen miteinander.

Natürlich sprechen die Computer nicht miteinander, so wie wir Menschen miteinander sprechen. Sie "tratschen" vielmehr und verbreiten Informationen unter allen Knoten, diese Knoten interagieren also via Peer-to-Peer-Weise miteinander.

Die Informationen, welche geteilt werden, haben die Form von Ledger-Updates. Aber was genau muss in einer Blockchain aktualisiert werden? Es ist die Transaktionshistorie des Netzwerks, die jeder einzelne Knoten nachverfolgt, wie vom Blockchain-Protokoll programmiert.

Eine unveränderliche Geschichte der Transaktionen

Innerhalb der Blockchain wird eine kryptografische Verschlüsselung verwendet, um Transaktionen und deren Erstellungsdaten aufzuzeichnen. Transaktionen werden in Blöcken gebündelt und diese dann mit einem Hash versehen.

Ein Hash ist eine mathematische Funktion, die einen Wert in einen anderen umwandelt. Das Hashing von Daten ist eine gängige Praxis in der Informatik und wird für verschiedene Zwecke verwendet. Bei Blockchains werden sogenannte Einweg-Hash-Funktionen verwendet. Das sind Funktionen, die einen eindeutigen Fingerabdruck einer Eingabe erzeugen. Es gibt keine Möglichkeit zur ursprünglichen Eingabe zurückzukehren. Wenn die Eingabe gleich bleibt, so ist auch der Hash immer gleich. Ändert sie sich dagegen auch nur um ein Zeichen, ist der ausgegebene Hash völlig anders.

Hashes sind ein wichtiger Bestandteil der Transaktionen in einer Blockchain. Jeder Block von Transaktionen wird mit einem Hash markiert, der auf seinen Vorgängerblock zurückverweist. Auf diese Weise entsteht eine vollständige Transaktionshistorie. Jetzt wissen Sie auch, woher die "Blockchain" ihren Namen hat.

Diese Transaktionshistorie (bzw. Kette von Blöcken) ist auf allen Rechnern innerhalb des Netzwerks identisch. Wenn ein neuer Eintrag in die Transaktionshistorie eingefügt wird, so wird sofort eine aktualisierte Version an jeden einzelnen Knoten im Netzwerk propagiert. Oder technischer ausgedrückt: Sobald eine Änderung in einem Ledger auftritt und nicht der Mathematik hinter dem Programmcode widerspricht, wird der Zustand des Ledgers auf jedem einzelnen Computer automatisch entsprechend aktualisiert. Auf diese Weise ist das gesamte Netzwerk immer synchron.

Die neuesten Blöcke der Bitcoin-Blockchain, wie Sie auf mempool.space sehen können.

Da jeder Block (und damit jede einzelne Transaktion) gehasht, d.h. über seinen eindeutigen digitalen Fingerabdruck mit dem vorhergehenden Block verbunden ist, würden Änderungen der Transaktionshistorie sofort mit der letzten Aktualisierung des Ledgers von allen Rechnern erkannt werden.

Wenn der Inhalt einer einzelnen Transaktion nachträglich angepasst wird, ändert sich die Identifikationsnummer oder der Hash dieses Blocks, was eine Diskrepanz zur Hash-Nummer des nächsten Blocks erzeugt. Die Knoten innerhalb des Systems würden sofort bemerken, dass die Hashes innerhalb der Transaktion nicht mehr zusammenpassen. Jeder Angreifer der versucht, eine Transaktion doppelt auszugeben, würde auf frischer Tat ertappt werden. So ist eine Blockchain vor Manipulationen geschützt.

Die Arbeit der Miner

Doch wie werden neue Blöcke überhaupt in die bestehende Kette eingefügt und wer sorgt dafür, dass diese gültige Transaktionen enthalten? Hier kommen die sogenannten Miner oder Validierer ins Spiel.

Im Wettbewerb um das Anhängen eines neuen Blocks an die Blockchain versucht jeder Miner, mit seiner Rechenleistung, möglichst schnell einen neuen Block zu erzeugen, welcher dem Algorithmus der Blockchain entspricht. Nach einem bestimmten Zeitintervall, welches sich von Blockchain zu Blockchain unterscheidet, bekommen die Miner als Entschädigung für ihre Arbeit den nativen Token der Blockchain ausgezahlt.

Nicht alle Miner bekommen immer alle Belohnungen. Es herrscht ein harter Wettbewerb und nur derjenige Miner, welcher zuerst eine Lösung für ein vom Algorithmus der Blockchain vorgeschlagenes Problem findet, wird belohnt.

Zur Veranschaulichung könnten wir uns vorstellen, dass die Miner einer Blockchain eine Trillion Mal einen Würfel werfen. Der Miner, welcher zuerst hundertmal hintereinander eine Sechs würfelt, gewinnt das Rennen. Er wird die Lösung den anderen Minern präsentieren, die dann das Ergebnis überprüfen und so sicherstellen, dass nur gültige Blöcke in die Blockchain integriert werden. Sobald ein Block verifiziert ist, widmen sich alle Miner dem nächsten Block und versuchen ihr Glück erneut.

Blockchain Miner, künstlerischer Eindruck.

Dieser Vorgang wird Proof-of-Work genannt. Da eine Blockchain vom Design her keinen zentralen Buchhalter hat, welcher das Ledger aktualisiert, garantiert Proof-of-Work, dass das Ledger von einer Vielzahl verschiedener Akteure dauerhaft gepflegt wird. Letztendlich können die Miner als die dezentralen Buchhalter einer Blockchain angesehen werden. Als solches ist Proof-of-Work ein Mechanismus, der dem System hilft, kontinuierlich einen Konsens zu finden, der es jedem ermöglicht, zu überprüfen, welche Transaktionen in welcher Reihenfolge durchgeführt wurden. Das bedeutet, dass es immer einen Konsens - eine Übereinkunft wenn Sie so wollen - darüber gibt, wer was und wann im Netzwerk besitzt.

An dieser Stelle könnte man fragen: Wie kann man überhaupt etwas in einem Blockchain-Netzwerk "besitzen"? In der Tat besitzt niemand wirklich jemals den native Token einer Blockchain. Im wahrsten Sinne des Wortes hat man Anspruch auf Einträge im Ledger, wenn man den entsprechenden privaten Schlüssel zum Entsperren solcher Einträge besitzt.

Asymmetrische Kryptographie, ein kryptographisches System, das Schlüsselpaare verwendet, die aus öffentlichen Schlüsseln (die öffentlich geteilt werden können) und privaten Schlüsseln (die geheim gehalten werden müssen) bestehen, ist ein weiterer wichtiger Bestandteil jeder Blockchain. Jeder einzelne öffentliche Schlüssel wird von einem privaten Schlüssel abgeleitet und letzterer kann verwendet werden, um auf die nativen Token einer Blockchain zuzugreifen und diese zu bewegen. Dies wird im nächsten Kapitel ausführlicher erklärt.

Freier Ein- und Austritt

Ein weiteres erwähnenswertes Definitionsmerkmal einer Blockchain ist die Offenheit. Eine öffentliche Blockchain (im Gegensatz zu einer privaten Blockchain, dazu kommen wir gleich) ist offen für jeden, oder anders ausgedrückt: erlaubnisfrei. Das bedeutet, dass niemand daran gehindert werden kann, den Quellcode einer Blockchain herunterzuladen und das Protokoll auf seinem Computer laufen zu lassen. Auf diese Weise kann jeder ein Knoten im Netzwerk werden.

Gleichzeitig kann auch niemand von der Nutzung einer permissionless Blockchain ausgeschlossen werden. Ein öffentliches und privates Schlüsselpaar kann frei und ungehindert erstellt und anschließend genutzt werden, um die Funktionalitäten einer Blockchain zu nutzen.

Doch damit ist es nicht getan: Eine Blockchain zeichnet sich auch dadurch aus, dass ihr Programmiercode Open Source ist. Jeder Entwickler kann einen Blick in den Quellcode werfen und bekommt so einen Einblick in das Herzstück einer Blockchain aus erster Hand. Das hat zur Folge, dass alles was eine Blockchain behauptet, von jedem überprüft werden kann.

Zusätzlich - und das ist ebenso wichtig - ist der open Ledger einer Blockchain von vornherein öffentlich, was den Benutzern die Möglichkeit gibt, diesen gründlich zu überprüfen. Ökonomische Variablen wie der Token-Vorrat, die Anzahl der Transaktionen und die Adresssalden sind als On-Chain-Daten offen verfügbar. Im Vergleich zu anderen Institutionen ist eine solche Transparenz über den aktuellen Zustand eines Ledgers / Finanzbuchs beispiellos.

Sorgfältig gestaltetes Zusammenspiel

Wie wir sehen können, besteht die Blockchain-Technologie in ihrer revolutionärsten Form aus vielen verschiedenen Teilen. Während die Blockchain selbst technisch gesehen nur das Hashing (das Verbinden) von Transaktionsblöcken ist, müssen viele verschiedene Teile zusammenkommen, damit eine Blockchain ihr Potenzial entfalten kann. Das Ganze ist also wirklich mehr als die Summe seiner Teile. Die folgenden Punkte sind die bestimmenden Merkmale der heute führenden öffentlichen Blockchains:

• Verkettung (oder Hashing) von Daten: die eigentliche Blockchain oder Timechain
• Digitale Signaturen, erzwungen durch asymmetrische Public/Private-Key-Kryptografie
• Eine Datenbank, die auf einer großen Anzahl von Computern geteilt wird: ein verteiltes Ledger
• Incentivierung der Miner durch den Proof-of-Work-Mechanismus
• Volle Transparenz in einem Peer-to-Peer-Netzwerk dank Open-Source-Software

Aufgrund all dieser Eigenschaften kann eine Blockchain als eine wirtschaftliche oder institutionelle Ordnung betrachtet werden, die auf einer gut durchdachten Anreizstruktur basiert. Die vielen Anreize machen es möglich, dass sich Benutzer, Miner, Entwickler, Unternehmen und alle anderen Benutzer gegenseitig in Schach halten.

Permissionless versus permissioned

Alles, was bis jetzt erwähnt wurde, sind definierende Merkmale einer öffentlichen Blockchain. Die prominentesten Beispiele dafür sind Bitcoin und Ethereum. Neben den öffentlichen Blockchains sind in den letzten Jahren auch permissioned Blockchains wie private oder föderierte Blockchains entstanden.

Wie der Name "permissioned" schon andeutet, haben die Knoten in einer privaten Blockchain als identifizierbare Teilnehmer Zugang erhalten. Bei einer privaten Blockchain gibt es in der Regel ein einzelnes Unternehmen, welches als zentrale Autorität des Netzwerks agiert und den Zugang gewährt oder verweigert. Bei einer föderierten Blockchain beaufsichtigt ein Konsortium von Akteuren das Netzwerk und autorisiert den Zugriff. In beiden Fällen können nur autorisierte Teilnehmer als Validierungsknoten fungieren, die das Ledger der Blockchain verifizieren und validieren.

Öffentliche Blockchains sind die wahren Blockchains

Das Problem mit privaten Blockchains? Sie untergraben genau das, was eine Blockchain sein soll: dezentral, zensur- und beschlagnahmungsresistent, unveränderlich, erlaubnisfrei, offen. Daher ist es fraglich, ob diese technologischen Ansätze überhaupt den Namen Blockchain verdienen.

Wahrscheinlich ist aber, dass der Lauf der Zeit die permissioned blockchain ohnehin nach und nach in Vergessenheit geraten lässt. Sie werden wahrscheinlich das gleiche Schicksal erleiden wie Intranets. Während diese in den 90er Jahren als vielversprechende Technologie angepriesen wurden, wurden sie schließlich durch das offene Internet ersetzt. Auf die gleiche Weise werden öffentliche Blockchains eines Tages wahrscheinlich permissioned Blockchains zu einer Sache der längst vergangenen Zeit gemacht haben.

Ob es nun das Internet der Kommunikation in Form des Internets ist, wie wir es heute kennen, oder das Internet der Werte, das durch öffentliche Blockchains eingeläutet wird, Informationen wollen einfach frei sein, frei geteilt werden können und offen verfügbar sein.

Schließlich ist dies der Punkt, an dem eine öffentliche Blockchain wirklich Sinn macht und ihr wahres, revolutionäres Potenzial entfalten kann. Öffentliche Blockchains existieren und sind wie geschaffen für die Disintermediation, Deinstitutionalisierung und Enthierarchisierung. Mit anderen Worten: für die Demokratisierung.

Das bedeutet nicht, dass etablierte Institutionen und Unternehmen die Blockchain-Technologie nicht nutzen können oder durch sie sogar ganz verschwinden könnten. Es bedeutet aber, dass sie sich anpassen und lernen müssen, wie sie die Sicherheiten einer öffentlichen Blockchain gewinnbringend nutzen können.