Die Blockchain-Technologie ist in aller Munde und verspricht disruptive Innovationen in vielen Branchen. Doch was steckt eigentlich dahinter? In diesem Artikel erklären wir, wie die Blockchain funktioniert und was ihre Besonderheiten sind.

Was ist die Blockchain?

Die Blockchain ist im Grunde eine dezentrale Datenbank, in der Transaktionen auf kryptographisch sichere Weise verifiziert und gespeichert werden. Statt die Daten an einem zentralen Ort zu speichern, werden sie auf vielen Rechnern in einem Peer-to-Peer-Netzwerk abgelegt.

Die Blockchain-Technologie

Jeder Teilnehmer dieses Netzwerks verfügt über eine identische Kopie der Blockchain, ähnlich wie bei bekannten Kryptobörsen wie Bitcoin Era. Wird diese mit neuen Daten erweitert, werden die neuen Informationen nahezu in Echtzeit an alle Teilnehmer weitergegeben. So bleiben alle Kopien der Blockchain stets auf dem aktuellsten Stand.

Die wichtigsten Merkmale der Blockchain:

  • Dezentralisierung: Die Blockchain hat keinen zentralen Speicherort. Stattdessen sind die Daten auf vielen Rechnern verteilt.
  • Transparenz: Jeder Teilnehmer hat Zugriff auf eine identische Kopie der Blockchain.
  • Unveränderbarkeit: Transaktionen können nicht gelöscht oder nachträglich manipuliert werden.
  • Konsensmechanismus: Änderungen an der Blockchain müssen von den Teilnehmern validiert werden.
  • Verschlüsselung: Die Daten sind kryptographisch gesichert und pseudonymisiert.

Wie funktioniert die Blockchain?

Die Blockchain besteht aus aneinandergereihten Blöcken, die jeweils Transaktionsdaten enthalten. Jeder Block verweist kryptographisch auf seinen Vorgänger und bildet so die Kette (engl. chain).

So wird ein neuer Block erstellt:

  1. Eine Transaktion wird angefordert. Zum Beispiel sendet Person A an Person B Bitcoin.
  2. Diese Transaktion wird zusammen mit anderen Transaktionen in einem neuen Block gesammelt.
  3. Die Teilnehmer (sogenannte Miner) versuchen durch einen kryptographischen Algorithmus einen gültigen Hash für den Block zu finden.
  4. Sobald ein Miner den gültigen Hash findet, wird der Block an die Blockchain angehängt.
  5. Der neue Block wird an alle Teilnehmer weitergegeben und damit Bestandteil ihrer Blockchain-Kopie.

Besonderheiten der Blockchain:

  • Die Blöcke sind miteinander verkettet und bilden eine lückenlose Kette.
  • Jeder Block enthält einen Zeitstempel.
  • Jeder Block verweist auf den vorherigen Block.
  • Transaktionen sind kryptographisch signiert und sicher.
  • Miner müssen einen Konsens über gültige Blöcke finden.

Dadurch ist die Blockchain fälschungssicher und Transaktionen sind nachträglich nicht mehr veränderbar.

Proof of Work und Mining

Damit ein neuer Block zur Blockchain hinzugefügt werden kann, müssen die Miner einen Konsens finden. Hier kommt das Proof of Work ins Spiel.

Beim Proof of Work müssen die Miner durch den Einsatz von Rechenleistung eine mathematische Aufgabe lösen. Wer als erster die richtige Lösung findet, darf den nächsten Block zur Blockchain hinzufügen.

So funktioniert das Mining:

  • Die Miner bekommen einen Datensatz aus noch unbestätigten Transaktionen.
  • Nun müssen sie durch Probieren einen gültigen Hash finden, der kleiner ist als ein von der Blockchain vorgegebener Wert.
  • Dafür werden Nonce-Werte durchprobiert. Der Nonce-Wert wird mit dem Datensatz verrechnet.
  • Sobald ein gültiger Hash gefunden ist, wird dieser zusammen mit den Transaktionsdaten und dem Nonce-Wert an die Blockchain gesendet.
  • Wenn die anderen Miner den Block für gültig erachten, wird er zur Blockchain hinzugefügt und der Miner erhält eine Belohnung in Form von Bitcoin.

Das Mining sorgt also dafür, dass Blöcke nicht einfach willkürlich angehängt werden können. Stattdessen muss dafür Rechenleistung aufgewendet werden. Je mehr Miner am Netzwerk beteiligt sind, desto höher ist die für das Mining erforderliche Rechenleistung.

Besonderheiten des Minings:

  • Verifizierung von Transaktionen durch Rechenleistung
  • Block Belohnung für erfolgreiche Miner
  • Schwierigkeitsgrad erhöht sich mit der Rechenpower im Netzwerk
  • Je mehr Miner, desto sicherer die Blockchain

Konsensverfahren

Damit die Blockchain funktioniert, müssen sich die Teilnehmer auf einen Konsens einigen. Es gibt verschiedene Konsensverfahren, von denen Proof of Work das bekannteste ist.

Alternative Konsensverfahren:

  • Proof of Stake: Die Validierung von Blöcken erfolgt durch Teilnehmer, die Kapital einsetzen. Je mehr Coins jemand hält, desto höher die Chance einen Block validieren zu dürfen.
  • Proof of Authority: Hier validieren nur autorisierte Teilnehmer Blöcke.
  • Proof of Burn: Teilnehmer “verbrennen” Coins, um Validierungsrechte zu erhalten.
  • Practical Byzantine Fault Tolerance: Hier stimmen die Validierer über jeden Block ab. Der Block kommt nur dazu, wenn 2/3 Zustimmung erreicht wird.

Vorteile unterschiedlicher Verfahren:

  • Proof of Work ist erprobt und dezentral. Aber es verbraucht viel Energie.
  • Proof of Stake ist weniger energieintensiv. Allerdings potenziell weniger dezentral.
  • Neue Verfahren versprechen Performanzvorteile. Sind aber oft nicht so erprobt.

Für die Sicherheit einer Blockchain ist der Konsensmechanismus essenziell. Es kommt auf die Anwendung an, welches Verfahren am besten geeignet ist.

Warum Transaktionen sicher sind

Die Blockchain kombiniert verschiedene kryptografische Verfahren, um Transaktionen sicher zu gestalten:

  • Öffentliche Schlüssel als Adressen
  • Private Schlüssel zur Signierung
  • Hashwerte als Fingerabdruck
  • Asymmetrische Verschlüsselung für Verification
  • Chain of Digital Signatures

So funktioniert die Absicherung:

  • Jeder Teilnehmer hat einen öffentlichen Schlüssel als Adresse und einen privaten Schlüssel.
  • Zum Signieren einer Transaktion wird der Private Key genutzt.
  • Über den öffentlichen Schlüssel lässt sich die Signatur verifizieren.
  • Jeder Block enthält einen Hashwert aller Transaktionen als Fingerabdruck.
  • Transaktionen werden mit dem Public Key des Empfängers verschlüsselt.
  • Jeder neue Block validiert die Transaktionen des vorherigen Blocks.

Dadurch sind Transaktionen fälschungssicher und können nachträglich nicht mehr verändert werden.

Anwendungsbeispiele für die Blockchain

Die Blockchain-Technologie kann für viele Anwendungsfälle genutzt werden:

Finanzen:

  • Kryptowährungen wie Bitcoin
  • Zahlungsabwicklung
  • Handel mit Wertpapieren
  • Verwahrung digitaler Vermögenswerte

Logistik:

  • Lieferkettenverfolgung
  • Herkunftsnachweise für Lebensmittel etc.

Energie:

  • Dezentrale Energieversorgung
  • Handel mit Energie aus Erneuerbaren

Gesundheit:

  • Verwaltung elektronischer Patientendaten
  • Medikamentenfälschungsschutz

Verwaltung:

  • Digitale Identitäten
  • Verwaltung von Grundbuchakten
  • Elektronische Abstimmungen

Medien:

  • Schutz von Urheberrechten
  • Micropayments

Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten zeigen das disruptive Potenzial der Blockchain-Technologie für viele Branchen und Anwendungsfelder.

Fazit

Die Blockchain ist eine bahnbrechende Technologie, die unsere Wirtschaft und Gesellschaft nachhaltig verändern kann. Ihre dezentrale Struktur in Kombination mit kryptographischen Verfahren erlaubt es, Transaktionen fälschungssicher zu speichern und zu übertragen.

Obwohl die Technologie noch am Anfang steht, werden immer mehr Anwendungsfälle für die Blockchain erschlossen. Insbesondere in den Bereichen Finanzen, Logistik und Verwaltung kann sie ihre Stärken ausspielen.

Mit diesem Artikel haben wir versucht, die Funktionsweise der Blockchain einfach und verständlich zu erklären. Sollten noch Fragen offen sein, zögern Sie nicht uns zu kontaktieren. Unsere Experten helfen Ihnen gerne weiter.

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