Die Blockchain verständlich erklärt, Teil 1
Die Blockchain-Technologie stellt gewissermaßen fälschungssichere Datenbanken zur Verfügung. Was einmal in einer Blockchain erfasst ist, bleibt dauerhaft und unveränderlich darin stehen. Gleichzeitig bildet die Blockchain die Grundlage für Kryptowährungen und ermöglicht, digitale Unikate in Form von Non-Fungible Tokens (NFTs) zu erstellen.
Allerdings ist die Blockchain regelmäßig auch Gegenstand von Diskussionen. Die Befürworter halten die Technologie für revolutionär und sprechen ihr ein enormes Potenzial zu.
Die Kritiker hingegen sehen in der Blockchain eine bedenkliche Blase, die keinen echten Mehrwert bietet und zudem auch noch die Umwelt belastet.
Wer sich für Kryptowährungen und neue, digitale Finanzprodukte interessiert, kommt an der Blockchain nicht vorbei. Und im digitalen Zeitalter hält die Technologie in immer mehr Bereiche Einzug.
Wissen über die Blockchain und ein Verständnis ihrer Funktionsweise ist deshalb wichtig. Wir erklären die Blockchain ausführlich und verständlich!:
Inhalt
Was ist eine Blockchain genau?
In jüngerer Vergangenheit ist die Blockchain vor allem durch den Bitcoin und andere Kryptowährungen zu einem großen Thema geworden. Das Konzept ist aber schon über 30 Jahre alt.
Im Jahr 1991 beschrieben zwei Kryptographen namens Stuart Haber und Scott Stornetta die Blockchain als eine Möglichkeit, um digitalen Dokumenten einen Zeitstempel zuzuweisen, damit deren Authentizität geprüft und nachgewiesen werden kann. Doch was genau heißt das?
Wie der Name schon andeutet, ist die Blockchain eine Kette aus Blöcken. Chain ist das englische Wort für Kette. In den einzelnen Blöcken werden viele verschiedene Informationen wie zum Beispiel Transaktionsdaten oder Angaben zum Ersteller und Eigentümer gespeichert. Dies erfolgt in Form von speziellen Prüfziffern, den sogenannten Hashwerten.
Ein Hashwert ist mit einem digitalen Fingerabdruck vergleichbar, der eigens für die Information, die gespeichert werden soll, berechnet und erzeugt wird. Und wie ein echter Fingerabdruck ist auch ein Hashwert einmalig.
Jeder Block in der Kette kennt seinen eigenen Hashwert und bekommt zusätzlich dazu den Hashwert seines Vorgängers. Auf diese Weise entsteht eine Kette.
Zum besseren Verständnis ein vereinfachtes Beispiel
[Grafik Blockchain]
Die Grafik zeigt einen Ausschnitt einer Blockchain, der aus den drei Beispielblöcken D, E und F besteht. Der Hashwert von Block D ist grün, Block E hat einen roten und Block F einen blauen Hashwert.
Weil Block F neben seinem eigenen Hashwert auch den roten Hashwert von Block E kennt, kann er auf diese Weise seine korrekte Position innerhalb der Kette überprüfen und sicherstellen. Auch die anderen Blöcke kennen jeweils ihre eigenen und die Hashwerte der vorgehenden Blöcke.
Dadurch kann eine unendlich lange Kette gebildet werden, in der jeder Block weiß, wo seine korrekte Position ist.
Warum ist eine Blockchain sicher?
Der Ansatz mit den Hashwerten schützt sowohl die Blöcke als auch die ganze Kette vor Veränderungen. Denn sobald ein Nutzer nachträglich eine Information innerhalb eines Blockes ändert, würde sich damit automatisch auch der Hashwert des Blocks verändern und die Kette würde logisch nicht mehr zusammenpassen.
Nun könnte ein Angreifer aber natürlich mit viel Rechenleistung versuchen, alle folgenden Blöcke zu fälschen, indem er deren Hashwerte neu berechnet.
Gäbe es nur eine Kopie der Blockchain, könnte dieser Plan aufgehen und die Fälschung würde vielleicht nicht auffallen. Um dieses Risiko zu minimieren, kommen bei Blockchains aber weitere Sicherheitsmechanismen zum Einsatz.
Zu diesen Sicherheitsmechanismen gehören die Dezentralisierung und die Distributed-Ledger-Technologie, kurz DLT. Dafür wird die gesamte Blockchain kopiert und in einem Peer-to-Peer-Netzwerk verwaltet. Ein Peer-to-Peer-Netzwerk (oder kurz P2P-Netzwerk) ist ein offenes, verteiltes Netzwerk, das alle Teilnehmer direkt miteinander verbindet und jedem Teilnehmer die gleichen Informationen und Rechte bereitstellt.
Jeder Teilnehmer hat eine komplette Kopie der vollständigen Blockchain. Diese Kopie nennt sich Node. Weil alle Teilnehmer ebenbürtig verbunden sind, überwachen sie sich gegenseitig.
Soll die Blockchain um einen neuen Block erweitert werden, muss die Mehrheit der Teilnehmer diesen Block verifizieren und bestätigen. Dies erfolgt, indem die Nodes der Teilnehmer vollautomatisch miteinander abgeglichen werden. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der neue Block korrekt ist.
Der neue Block und alle darin enthaltenen Informationen werden erst dann in jede Kopie der Blockchain eingefügt, wenn sich die Teilnehmer des P2P-Netzwerks einig sind. Gleichzeitig bleibt so der Konsens der kompletten Blockchain erhalten.
Damit eine Manipulation nicht auffällt, müsste ein Angreifer demnach nicht nur jeden nachfolgenden Block der Kette ändern, sondern diese Änderung auch in einer Vielzahl der Kopien im Netzwerk durchführen. Denn nur so wäre der Konsens nicht gefährdet. Dazu müsste der Angreifer aber noch einmal wesentlich mehr Rechenleistung aufwenden, was in aller Regel wirtschaftlich keinen Sinn mehr hätte.
Konsensmodelle zur Sicherheit
Zusätzlich dazu greifen Blockchains mit Konsensmodellen noch auf einen weiteren, sehr wichtigen Sicherheitsmechanismus zurück. Zu den beiden bekanntesten Konsensmodellen, die zum Beispiel Bitcoin und Ethereum nutzen, gehören der Proof of Work (PoW) und der Proof of Stake (PoS).
Konsensmodelle bezwecken, dass die Blockchain Transaktionen eigenständig und automatisch bestätigen kann, indem sie dafür sorgt, dass alle Informationen verifiziert sind und im gesamten Netzwerk zwischen allen Teilnehmern ein Konsens besteht.
Beim Proof of Work passiert das durch eine Art Rechenaufgabe. Um die Rechenaufgabe zu lösen, ist Rechenleistung und damit Arbeit, auf Englisch Work, notwendig. Die Arbeit wird von speziellen Servern gestellt, die Miner heißen. Jeder Teilnehmer, der ein entsprechendes Endgerät hat und dem Netzwerk zur Verfügung stellt, kann ein Miner werden.
Für regelmäßige Kritik sorgt der Umstand, dass die Rechenleistung einen sehr hohen Energieverbrauch mit sich bringt. Nur macht eben die Rechenleistung, die für das Lösen der Aufgaben aufgewendet wird, die Blockchain auch sicherer.
Damit ist der Einsatz von Energie eine Investition in die Sicherheit und Qualität der Blockchain. Das berühmteste Beispiel für eine Blockchain auf Basis des PoW-Konsens-Algorithmus ist die Bitcoin-Blockchain.
Wesentlich weniger Energie verbraucht der Konsensmechanismus Proof of Stake. Hier muss keine Rechenleistung aufgebracht werden, um eine Aufgabe zu lösen. Stattdessen kann jeder Teilnehmer, der die zur Blockchain gehörige Kryptowährung besitzt, Coins einsetzen (englisch to stake). Dadurch wird der Teilnehmer zum Validator und hilft dabei, neue Blöcke zu verifizieren.
Als Absicherung dient die eingesetzte Kryptowährung. Denn wenn der Validator einen fehlerhaften Block verifiziert, bekommt er eine Strafe und kann seine Coins verlieren.
Andersherum wird der Validator durch das Verifizieren von korrekten Blocks mit neuen Coins belohnt. Ethereum erhofft sich durch die geplante Umstellung auf PoS, den Energieverbrauch für den Betrieb der Blockchain um weit über 90 Prozent zu senken.
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Thema: Die Blockchain verständlich erklärt, Teil 1
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