Blockchain einfach erklärt: Definition, Beispiele und mehr

Lange Zeit war die Kryptowährung Bitcoins der einzige gefeierte Star auf der virtuellen Bühne. Dem eigentlichen Konzept, das den Bitcoins überhaupt den großen Auftritt ermöglichte, blieb lang im Verborgenen. Inzwischen tauchen aber auch die sogenannten Blockchains immer wieder in den Medien auf, sodass es sich durchaus lohnt, sich damit zu befassen. Bitcoins sind nämlich wahrscheinlich nur der Anfang von umwälzenden Veränderungen, die durch Blockchains entstehen könnten.

Was ist die Blockchain?

Bevor wir ins Detail gehen, sollten wir uns erst einmal den Begriff Blockchain näher anschauen und definieren, was die sogenannte Blockchain überhaupt ist.

Einfach übersetzt heißt Blockchain auf Deutsch Blockkette. Es handelt sich also um verschiedenen Bestandteile (Blöcke), die irgendwie mit einander zu einer Kette verbunden sind.

Blockchain – Was ist das? (Einfachste und verständlichste Erklärung überhaupt!) von Dr. Julian Hosp

Wie funktioniert die Blockchain

Die Funktionsweise einer Blockchain kann man mit dem Journal der Buchführung vergleichen (im Englischen ist die Blockchain-Technik deshalb auch unter dem Begriff „Distributed Ledger“ – übersetzt verteiltes Kontobuch – bekannt). Es ist eine dezentrale Datenbank, bei dem jeder Datensatz durch die Speicherung des Hashwertes des vorangehenden Datensatzes gesichert wird. Einen Hashwert kann man dabei als eine Art virtuellen Daumenabdruck sehen, der für jeden Datensatz eindeutig ist und sich somit für eine Integritätsprüfung eignet.

Dadurch, dass nun in einer Blockchain die Daten aufeinander aufbauend gespeichert werden, ist eine nachträgliche Änderung dieser nicht möglich, ohne die Integrität des Gesamtsystems zu beschädigen. Vorteil von einem solchen dezentralen Kontrollmechanismus, der praktisch automatisch und selbstständig die Integrität gewährleistet ist die Tatsache, dass so keine weitere vertrauenswürdige dritte Instanz nötig ist, um die Integrität von Transaktionen zu bestätigen. Gerade diese Instanz (z.B. Banken, Versicherungen …) war und ist es heutzutage immer noch, die Transaktionen teuer mach und diese auch verzögert. Mit Blockchains sollen diese Nachteile nun obsolet werden.

Blockchain technisch erklärt durch den Bitcoin-Erfinder im Paper Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System

Bestandteile einer Blockchain

Der kleinste und wichtigste Bestandteil einer Blockchain ist ein Block. Dieser Block wiederum setzt sich mindestens aus drei Komponenten zusammen: einem Index, einem Zeitstempel und ein Konsensverfahren, meist ist das der sogenannten Proof of Work.

Jeder Block enthält den Hash seines Vorgängers, dadurch sind die Blocks miteinander verknüpft. Dadurch, dass der Hash des Vorgängers in die Berechnung des eigenen Hash-Wertes einfließt, der wiederum im nächsten Block gespeichert ist, ist die Manipulation der Blockchain so schwierig. Man müsste jedes Mal die gesamte Kette ab den Angriffspunkt neu berechnen. Theoretisch ist dies möglich, praktisch erfordert das aber zu viele Ressourcen (Rechenpower und Zeit), weshalb es unattraktiv ist.

Um das bis hierher ohnehin schon sehr sichere System weiter abzusichern, kommt nun noch ein Konsensverfahren ins Spiel, häufig wird dabei auf den sogenannten Proof of Work zurückgegriffen. Im Grunde handelt es sich hierbei lediglich um eine Zahl (im Bitcoin-Jargon Nonce genannt), die schwer zu berechnen, aber leicht nachprüfbar ist. Dies kann so realisiert werden, dass ein Hash immer eine bestimmte Regel gehorcht, es beispielsweise eine Höchstgrenze seiner Größe gibt. Durch Anpassung dieser Regel, kann der Aufwand für die Hash-Berechnung gesteuert werden. Diese Berechnung erfordert Zeit und Ressourcen, daher leitet sich hiervon auch die Bezeichnung ab, da die Veröffentlichung eines neuen Blocks ein Nachweis für die geleistete Arbeit ist – engl. Proof of Work.

Da neue Blöcke so über dieses Konsensverfahren integer geschaffen und anschließend an die Blockchain angehangen werden können, entfällt die Notwendigkeit einer vertrauenswürdigen dritten Instanz.

Die Prüfung der Intaktheit der Blockchain gestaltet sich hingegen recht einfach. Es muss dafür lediglich der Hash jeden Blocks berechnet werden, mit dem Vorgänger-Hash im nächsten Block vergleichen und prüfen, ob die Nonce auch der Gültigkeitsbedingung entspricht.

Weitere Konsensnmethoden sind beispielsweise Proof-of-Stake, Proof-of-Burn oder Proof-of-Activity.

Äste in der Kette

Blöcke kann in einer öffentlichen Blockchain jeder selbst generieren. Das braucht zwar Rechenpower, dafür wird man aber für die Generierung neuer Blöcke entlohnt. Bei einer virtuellen Währung beispielsweise dadurch, dass man selbst eine gewisse Anzahl an Währungseinheiten bekommt. Nun kann es aber passieren, dass gleichzeitig mehrere mögliche neue Blöcke eintrudeln. Welcher Block wird nun in die Kette aufgenommen? In solch einem Fall kann ein sogenannter Fork entstehen. Bei einem Fork teilt sich die Blockchain in mehrere Äste auf. Auf Dauer bleiben diese Äste aber nicht bestehen. Sobald ein Ast länger wird, werden die kürzere Zweige aus der Blockchain entfernt. Mit ihnen werden auch die darin enthaltenen Transaktionen verworfen. In Bitcoin treten längere Forks normalerweise nicht auf, sodass man bei einer Transaktion in einem Block mit sechs Nachfolgern von einer sicheren Transaktion spricht. Spätestens dann werden auch entsprechende Aktionen im Zusammenhang mit dieser Transaktion, z.B. Geldüberweisung oder Warenauslieferung, durchgeführt.

Ebenfalls von einem Fork spricht man, wenn sich die Regeln für die Berechnung ändert. Ein Hard Fork bedeutet dabei keine Abwärtskompatibilität, während ein Soft Fork Abwärtskompatibilität bietet. Im Währungskontext würde ein Hard Fork beispielsweise die Schaffung einer neuen Währung bedeuten, die zwar die gleiche Basis besitzt, ab einem bestimmten Zeitpunkt aber anderen Regeln gehorcht.

Die Währung Bitcoin hat schon einige Forks hinter sich, hervorgegangen sind dadurch beispielsweise die Währungen Litecoin, SegWit2x, Bitcoin XT, Bitcoin Gold, Zcash usw.

Blockchain Beispiel

Doch wie funktioniert nun die Blockchain in der Praxis? Für das nachfolgende Beispiel nimmt man einmal an, Person A möchte Person 100 Euro schicken. Dafür stehen beispielsweise verschiedene Kryptowährungen bereit, die auf das Blockchain-Konzept zurückgreifen. Person A entscheidet sich für einer dieser Währungen und vollzieht damit die Überweisung des Geldes. Dieser Geldtransfer wird nun genau so in die Blockchain abgespeichert. Die Blockchain selbst liegt aber nun nicht an einem speziellen Ort, sondern verteilt auf Abermillionen Rechner rund um die Welt. Sogenannte Miner „schnüren“ dabei diese Blöcke, in dem sie ihre Rechenkraft zu Verfügung stellen. In solch einem von einem Miner kreierten Block steckt aber nun nicht nur die Geldtransaktion von A zu B drin, sondern beispielsweise auch wer wen gewählt hat, wer wen geheiratet hat, Aktiengeschäfte und vieles mehr. Dieser erstelle Block wird anschließend mit einem Zeitstempel versiegelt und bezieht sich ab diesem Zeitpunkt auf den vorherigen erstellen Block. Die Blockchain hat damit ein neues Glied in die Kette aufgenommen. Würde ein böser Angreifer C nun die Geldtransaktion zwischen A und B manipulieren wollen, sodass das Geld nicht bei B, sondern bei C angekommen sein sollte. Dann müsste dieser Angreifer nicht nur den Block „hacken“, in dem die Transaktion zwischen A und B gesichert ist, sondern alle anderen Blöcke auch, sprich die ganze Kette. Dies ist aber mit normaler Rechenkraft nicht möglich, sodass ein Blockchain als ziemlich sicher gilt.

Sicher ist sie die Blockchain und auch transparent. Doch möchte A überhaupt, dass jeder auf der Welt sehen kann, dass er B 100 Euro überwiesen hat? Wahrscheinlich nicht und hier kommt ein weiterer Vorteil der Blockchain ins Spiel. Zwar werden alle Transaktion transparent abgespeichert, wer aber die Teilnehmer dieser Transaktionen sind, das kann geheim bleiben. Dies ist beispielsweise bei der Kryptowährung Bitcoin der Fall. Jeder kann jederzeit ein virtuelles Konto eröffnen und von dort ganz anonym Bitcoins empfangen und senden.

Unterschied zwischen public und private Blockchain

Man unterscheidet zwischen öffentlichen (public) und privaten (private) Blockchains. Wo genau dieses Unterschiede liegen, erfährt man nachfolgend.

Public Blockchain

Eine öffentliche Blockchain (public Blockchain) ist eine Blockchain, wie sie schon weiter oben beschrieben wurde. Diese ist so konzipiert, dass sie ohne Mittelsmann auskommt, in dem auf Peer-To-Peer-Transaktionen in einem dezentralisierten Netz aufgebaut wird. Vorteile sind eine erhöhte Sicherheit, Nachteile hingegen, dass die Sicherheit zu Lasten der Geschwindigkeit geht. Außerdem beinhalten öffentliche Blockchains viel Overhead.
Ein Beispiel für eine öffentliche Blockchain ist die Kryptowährung Bitcoin.

Private Blockchain

Bei der privaten Blockchain existiert im Vergleich zur öffentlichen Blockchain ein Mittelsmann. Dieser schreibt und verifiziert jede Transaktion. Vorteile von solch einer privaten Blockchain ist eine größere Effizienz und damit auch eine schnellere Abwicklung der Transaktionen. Durch den Wegfall der Dezentralisierung entfällt aber auch ein gewisser Teil an Sicherheit. Insbesondere muss dem Mittelsmann vertraut werden. Private Blockchains findet man vor allem im geschäftlichen Bereich vor. Eine private Blockchain erstreckt sich im Normalfall nur im Netzwerk und auf den Rechnern der beteiligten Organisationen.

Beispiel einer privaten Blockchain von Daimler und LBBW bei Schuldschein-Transaktion im Video:

Blockchain Anwendungen

Blockchains kommen eigentlich immer dann zur Anwendung, wo Daten fortlaufend anfallen und manipulationssicher aufbewahrt werden müssen. Nachfolgend findet man exemplarisch einige Anwendungen von Blockchains im Überblick:

• Währungen (Bitcoins, Ether, …)
• Smart Contracts

Smart Contracts

Das Ethereum-Projekt, das ebenfalls auf der Blockchain aufbaut, bietet nicht nur die Kryptowährung Ether, sondern auch sogenannte Smart Contracts. Ziel von diesen schlauen Verträgen ist die Automatisierung von Geschäftsprozessen. Vieles ist dabei denkbar. So könnte beispielsweise die Wohnungsschlüsselübergabe bei einem digitalen intelligenten Schloss über einen Smart Contract geregelt werden.

Wichtig für einen Smart Contract ist nur, dass sich die Vertragsbedingungen in maschinenlesbaren Anweisungen abbilden lassen. Die Blockchain bietet dabei entscheidende Vorteile. Durch das herausfallen des bisher benötigten Mittelsmanns wird die Vereinbarung sobald alles stimmt sofort automatisch ausgeführt. Darüber hinaus fixiert die Blockchain die von den Vertragspartnern abgeschlossenen Klauseln dauerhaft und fälschungssicher.

Smart Contracts sind für nahezu alle Industrien interessant. Von der Finanzindustrie bis hin zum Energiemarkt. In der Finanzindustrie hat sich für Blockchain-Anwendungen der Begriff „Distributed-Ledger-Technologie“ eingebürgert.

Vorteile und Nachteile von Blockchains

Nachfolgend findet man die Vorteile und Nachteile von Blockchain im Mittelpunkt.

Vorteile von Blockchains

Nachteile von Blockchains:

Quelle und Verweise:

Nachfolgend findet man weitere Ressourcen im Internet rund um das Thema Blockchain.

Allgemein:

• https://bitcoin.org/bitcoin.pdf
• https://de.wikipedia.org/wiki/Blockchain
• c’t Ausgabe 23 vom 28.10.2017 – „Das macht Blockchain – Die Technik hinter Bitcoin und Co.

Podcasts:

• https://www.br.de/radio/bayern2/sendungen/zuendfunk/kolumnen-sendungen/generator/generator-wie-die-blockchain-technologie-die-welt-veraendern-will-100.html
• http://paymentandbanking.com/fintech-podcast-106-blockchain

Videos:

• https://media.ccc.de/v/%20c4.openchaos.2017.03.blockchain%20#video&t=4299

Bildquelle: Free-Photos/pixabay.com

Letzte Änderung des Artikels am 01.06.2018