Die Blockchain hat sich zu einem der wichtigsten Begriffe im Zusammenhang mit Kryptowährungen entwickelt. Auf der Blockchain-Technologie basieren Bitcoin, Ethereum und viele andere Netzwerke digitaler Vermögenswerte. Die Blockchain selbst hat jedoch ein weitaus breiteres Anwendungsspektrum. Sie kann zur Speicherung von Informationen, zur Bestätigung von Eigentumsverhältnissen, zur Abwicklung von Zahlungen oder zur automatischen Ausführung bestimmter Vorgänge genutzt werden.
Auch wenn die Blockchain technisch gesehen sehr komplex sein kann, lässt sich ihr Grundprinzip relativ einfach erklären. Anstatt alle Informationen in einer einzigen zentralen Datenbank zu speichern, die von einem bestimmten Unternehmen oder einer bestimmten Institution verwaltet wird, können die Daten in aufeinanderfolgenden Blöcken gespeichert und vielen Teilnehmern desselben Netzwerks zugänglich gemacht werden.
Wie genau funktioniert dieser Mechanismus? Warum lassen sich einmal gespeicherte Informationen später nur schwer ändern? Und was haben Kryptografie, Knoten und Konsensmechanismen damit zu tun?
Was ist die Blockchain?
Blockchain bedeutet wörtlich «Blockkette» und bezeichnet eine Art digitales Register, in dem Informationen in geordneter Reihenfolge gespeichert werden.
Die Daten werden in Blöcke gruppiert. Sobald ein Block erstellt und vom Netzwerk bestätigt wurde, wird er an die zuvor gespeicherten Blöcke angehängt. Auf diese Weise entsteht im Laufe der Zeit eine immer längere Transaktionshistorie.
Man kann dies mit einem Buch vergleichen, in das nacheinander neue Seiten hinzugefügt werden. Jede neue Seite ist mit der vorherigen verknüpft, sodass man die Reihenfolge der aufgezeichneten Ereignisse nachvollziehen kann.
Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass bei vielen Blockchains eine Kopie eines solchen Registers nicht ausschliesslich auf einem einzigen Server gespeichert ist. Sie kann von vielen am Netzwerk beteiligten Computern gespeichert werden.
Blockchain und herkömmliche Datenbank
Am einfachsten lässt sich die Besonderheit der Blockchain verstehen, wenn man sie mit einer herkömmlichen Datenbank vergleicht.
In einem klassischen System werden die Informationen in der Regel von einem einzigen Administrator verwaltet, bei dem es sich um eine Bank, ein Unternehmen, eine Behörde oder einen Plattformbetreiber handeln kann. Diese Stelle legt die Regeln für den Zugriff auf die Daten fest und kann diese ändern.
In einer Blockchain hingegen kann das Register von vielen unabhängigen Teilnehmern gemeinsam genutzt werden, und das Hinzufügen neuer Informationen erfolgt gemäss den im gesamten Netzwerk geltenden Regeln. Dies schränkt die Möglichkeit ein, den gespeicherten Verlauf einseitig zu ändern.
Das bedeutet jedoch nicht, dass die Blockchain immer die bessere Lösung ist. Herkömmliche Datenbanken sind oft einfacher, schneller, kostengünstiger in der Wartung und leichter zu verwalten. Die Blockchain bewährt sich vor allem dann, wenn mehrere unabhängige Parteien ein gemeinsames Register benötigen und die vollständige Kontrolle darüber nicht an eine einzige Stelle abgeben möchten.
Wie entsteht ein neuer Eintrag in der Blockchain?
Der genaue Ablauf hängt vom jeweiligen Netzwerk ab, das Grundprinzip ist jedoch ähnlich.
Stellen wir uns einen Nutzer vor, der Kryptowährung an eine andere Adresse senden möchte.
Zunächst erstellt er die Transaktion und bestätigt sie mit seiner Wallet. Anschliessend wird die Information an das Netzwerk übermittelt.
Die einzelnen Schritte können dabei wie folgt aussehen:
- Der Nutzer initiiert eine Transaktion
- Die Information wird an das Blockchain-Netzwerk übermittelt
- Die Netzwerkteilnehmer prüfen, ob die Transaktion den geltenden Regeln entspricht
- Gültige Transaktionen werden zusammengefasst
- Ein neuer Datenblock wird erstellt
- Der Block wird mit der bisherigen Historie verknüpft
- Der aktuelle Stand des Registers wird den Netzwerkteilnehmern zur Verfügung gestellt
Dadurch ist man nicht ausschliesslich auf eine zentrale Datenbank angewiesen, die allen anderen Nutzern den aktuellen Stand des Systems vorgibt.
Was befindet sich in einem Block?
Ein Block lässt sich als geordnete Sammlung von Daten definieren, die gemäss den Regeln einer bestimmten Blockchain gespeichert sind.
In einem Kryptowährungsnetzwerk kann ein Block unter anderem Informationen über durchgeführte Transaktionen sowie technische Daten enthalten, die für den Betrieb des Systems erforderlich sind.
Die einzelnen Blockchains können sich hinsichtlich der Art und Weise, wie Blöcke erstellt werden, ihrer Grösse oder der Art der gespeicherten Informationen erheblich voneinander unterscheiden.
Entscheidend ist jedoch die Verknüpfung der Blöcke untereinander.
Verknüpfung der aufeinanderfolgenden Blöcke
Der neue Block enthält einen Verweis auf den vorherigen Block. Dadurch fügen sich die Einträge des Registers zu einer chronologischen Kette zusammen.
Würde jemand versuchen, Daten in einem älteren Block zu ändern, würde sich dadurch auch seine Verknüpfung mit den nachfolgenden Blöcken verändern.
Genau deshalb ist es sehr schwierig, ältere Einträge in einer gut abgesicherten und weit verteilten Blockchain nachträglich zu verändern.
Was ist ein Hash?
Eines der wichtigsten Elemente der Blockchain-Technologie ist Hash, also ein kryptografischer Hashwert.
Es handelt sich um eine Zeichenfolge, die auf Grundlage bestimmter Daten erzeugt wird. Man kann sie sich als digitalen Fingerabdruck dieser Informationen vorstellen.
Wenn sich auch nur ein kleiner Teil der Daten ändert, entsteht ein anderer Hashwert. Dadurch lassen sich Versuche, den gespeicherten Inhalt zu verändern, erkennen.
Ein Hash ist jedoch nicht dasselbe wie eine Verschlüsselung.
Die Verschlüsselung dient in erster Linie dazu, Informationen vor Personen zu verbergen, die nicht über den entsprechenden Schlüssel verfügen. Ein kryptografischer Hashwert wird hingegen zur Überprüfung der Datenintegrität verwendet.
Warum sind Knoten für die Blockchain wichtig?
Eine Blockchain würde ohne Geräte, die innerhalb eines Netzwerks miteinander kommunizieren, nicht funktionieren. Diese werden als Knoten, also «Nodes», bezeichnet.
Knoten können:
- Informationen über neue Vorgänge weitergeben
- ihre Richtigkeit überprüfen
- Blockchain-Daten speichern
- Informationen an andere Teilnehmer weitergeben
Nicht alle Knoten müssen genau dieselbe Funktion erfüllen. Einige speichern die gesamte Blockchain-Historie, während andere nur einen kleineren Teil der Daten nutzen.
Die Verteilung von Informationen auf mehrere Geräte kann die Ausfallsicherheit des Systems erhöhen. Ein Problem mit einem einzelnen Computer muss nicht zwangsläufig zum Verlust des gesamten Verlaufs führen, wenn sich Kopien davon auch bei den anderen Teilnehmern befinden.
Was versteht man unter Dezentralisierung?
In einem herkömmlichen System gibt es in der Regel einen Administrator oder eine Stelle, die für die Datenbank verantwortlich ist.
Eine dezentrale Blockchain reduziert die Abhängigkeit von einem einzelnen Kontrollpunkt. Kopien des Registers können von vielen unabhängigen Teilnehmern gespeichert werden, während die Regeln für Aktualisierungen durch die Funktionsweise des gesamten Netzwerks bestimmt werden.
Dezentralisierung kann Folgendes stärken:
- Ausfallsicherheit
- die Möglichkeit einer unabhängigen Überprüfung der Daten
- Widerstandsfähigkeit gegen einseitige Manipulation
- Unabhängigkeit von einem einzigen Betreiber
Man sollte jedoch nicht davon ausgehen, dass jede Blockchain gleichermassen dezentralisiert ist.
Der Grad der Dezentralisierung hängt unter anderem von der Anzahl der Netzwerkteilnehmer, der Art und Weise der Transaktionsbestätigung sowie davon ab, wie die Kontrolle über das System verteilt ist.
Wie stellt die Blockchain fest, welche Daten korrekt sind?
Wenn viele unabhängige Teilnehmer in einem Netzwerk aktiv sind, braucht es eine Methode, um festzulegen, welche Version der Informationen als korrekt gilt.
Dazu dient der Konsensmechanismus.
Man kann es als eine Reihe von Regeln beschreiben, die es den Teilnehmern ermöglichen, sich über den aktuellen Zustand der Blockchain zu einigen.
Zu den bekanntesten Lösungen gehören:
Proof of Work
Ein Mechanismus, der auf der von Minern geleisteten Rechenarbeit basiert. Er kommt unter anderem im Bitcoin-Netzwerk zum Einsatz.
Proof of Stake
Ein Modell, bei dem die Teilnahme an der Validierung von Transaktionen mit dem Besitz und dem Sperren entsprechender Vermögenswerte verbunden ist.
Mechanismen privater Netzwerke
In geschlossenen Blockchains kann die Berechtigung zur Bestätigung von Daten nur bestimmten und zuvor zugelassenen Teilnehmern erteilt werden.
Konsensmechanismen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit, ihrer Kosten, ihres Energieverbrauchs und ihres Dezentralisierungsgrades.
Warum ist die Blockchain die Grundlage für Kryptowährungen?
Bei Kryptowährungen fungiert die Blockchain als Register, anhand dessen sich der Stand der digitalen Vermögenswerte sowie die Historie der durchgeführten Transaktionen ermitteln lassen.
Das Netzwerk kann so unter anderem prüfen, ob der Nutzer über die Mittel verfügt, die er ausgeben möchte, und ob er versucht, dieselben Vermögenswerte mehr als einmal zu verwenden.
Dabei sollte man bedenken, dass eine Kryptowährung nicht so im Wallet gespeichert ist, wie ein Foto oder ein Dokument im Speicher eines Smartphones.
Die Blockchain enthält Informationen, anhand derer sich feststellen lässt, welche Vermögenswerte den einzelnen Adressen zugeordnet sind.
Der Zugriff darauf wird durch kryptografische Schlüssel kontrolliert.
Eine öffentliche Adresse kann zum Empfangen von Mitteln verwendet werden.
Der private Schlüssel ermöglicht das Bestätigen von Transaktionen und sollte ausschliesslich dem Inhaber bekannt sein.
Öffentliche, private und Konsortial-Blockchains
Nicht alle Netzwerke funktionieren nach denselben Prinzipien. Einer der wichtigsten Unterschiede ist die Art und Weise, wie auf das System zugegriffen wird.
Öffentliche Blockchain
Ein öffentliches Netzwerk steht einer breiten Nutzergruppe offen. Je nach Aufbau des Netzwerks kann man den Transaktionsverlauf einsehen, Anwendungen nutzen oder einen eigenen Knoten betreiben.
Beispiele für öffentliche Blockchains sind Bitcoin und Ethereum.
Zu ihren wichtigen Merkmalen zählen Transparenz und die Begrenzung der Kontrolle durch einen einzelnen Akteur.
Private Blockchain
In einem privaten Netzwerk kann der Zugriff durch ein Unternehmen oder eine bestimmte Organisation kontrolliert werden.
Nicht jeder Nutzer muss alle Daten einsehen oder neue Vorgänge bestätigen können.
Diese Lösung kann dort zum Einsatz kommen, wo ein gemeinsam genutztes Register benötigt wird, gleichzeitig aber die Kontrolle über die Zugriffsrechte gewahrt bleiben muss.
Konsortial-Blockchain
Eine Zwischenlösung ist eine Blockchain, die gemeinsam von mehreren Akteuren verwaltet wird.
Anstatt die vollständige Kontrolle an eine einzige Organisation zu übertragen, können die beteiligten Unternehmen oder Institutionen gemeinsam die Verantwortung für den Betrieb des Systems übernehmen.
Warum ist es so schwierig, frühere Daten zu ändern?
Blockchain wird häufig als Technologie dargestellt, die Daten unveränderlich macht. In der Praxis ist es jedoch präziser, von einer sehr hohen Widerstandsfähigkeit gegen nachträgliche Änderungen zu sprechen.
Dazu gehören mehrere Faktoren:
- kryptografische Verknüpfungen zwischen Blöcken
- Speicherung von Informationen auf mehreren Geräten
- Konsensmechanismen
- Überprüfung neuer Transaktionen
- digitale Signaturen
In öffentlichen und entsprechend verteilten Netzwerken wird die Manipulation älterer Daten mit dem Hinzukommen weiterer Blöcke immer schwieriger.
Das bedeutet jedoch nicht, dass sie in jeder möglichen Situation absolut unveränderlich ist. Die Blockchain kann Protokollaktualisierungen, Reorganisationen oder Netzwerkspaltungen unterliegen.
Ist eine Blockchain vollkommen sicher?
Die Art, wie Daten gespeichert und miteinander verknüpft werden, kann ein hohes Sicherheitsniveau bieten, doch auch eine Blockchain beseitigt nicht alle Risiken.
Probleme können unter anderem in folgenden Bereichen auftreten:
- Anwendungen, die die Blockchain nutzen
- Krypto-Wallets
- Smart Contracts
- Aufbewahrung privater Schlüssel
Die Sicherheit hängt auch vom Aufbau des jeweiligen Netzwerks und von der Anzahl unabhängiger Teilnehmer ab, die zu seinem Betrieb beitragen.
Die Bezeichnung «blockchainbasiert» bedeutet daher nicht automatisch, dass eine Anwendung oder ein Dienst vollständig vor Fehlern geschützt ist.
Was sind Smart Contracts?
Smart Contract, also ein intelligenter Vertrag, ist ein Programm, das in der Blockchain läuft.
Es kann bestimmte Anweisungen automatisch ausführen, sobald zuvor festgelegte Bedingungen erfüllt sind.
Ein Smart Contract kann beispielsweise:
- digitale Vermögenswerte übertragen
- Token tauschen
- Guthaben auf mehrere Adressen verteilen
- bestimmte Bestandteile eines Kredits abwickeln
- das Abstimmungsergebnis erfassen
- digitales Eigentum verwalten
Der Begriff kann etwas irreführend sein, da ein Smart Contract nicht unbedingt ein Vertrag im rechtlichen Sinne sein muss. In der Praxis handelt es sich in erster Linie um ein Computerprogramm, das nach zuvor festgelegten Regeln funktioniert.
Die Automatisierung ist ein grosser Vorteil, doch ein Fehler im Code kann schwerwiegende Folgen haben. Deshalb erfordern komplexere Lösungen gründliche Tests.
Wo findet die Blockchain-Technologie ausserhalb des Bereichs der Kryptowährungen Anwendung?
Bitcoin hat dazu beigetragen, dass die Blockchain weithin bekannt geworden ist, doch digitales Geld ist nicht ihre einzige mögliche Anwendung.
Lieferketten
Ein gemeinsames Register kann dazu dienen, die einzelnen Produktions- und Transportschritte zu erfassen. Dadurch lassen sich Verlauf und Herkunft eines Produkts später leichter nachvollziehen.
Eigentumsnachweis
In der Blockchain können Informationen über Rechte an digitalen oder physischen Vermögenswerten erfasst werden.
Dokumente und Zertifikate
Im Netzwerk kann der kryptografische Hash eines Dokuments gespeichert werden. Später lässt sich damit seine Echtheit überprüfen, ohne den gesamten Inhalt veröffentlichen zu müssen.
Dezentrale Finanzen
DeFi-Anwendungen nutzen Smart Contracts für Vorgänge wie den Tausch digitaler Vermögenswerte, die Kreditvergabe oder die Zinsberechnung.
Abstimmungen und Governance
Die Blockchain kann dazu genutzt werden, Stimmen sowie die Ergebnisse von Beschlüssen der Mitglieder bestimmter Organisationen zu erfassen.
Übertragung digitaler Vermögenswerte
Einige Netzwerke ermöglichen es, Vermögenswerte zwischen Nutzern in verschiedenen Teilen der Welt zu übertragen. Kosten und Dauer hängen jedoch von der jeweiligen Blockchain ab.
Ist die Nutzung einer Blockchain anonym?
Eine öffentliche Blockchain bedeutet nicht zwangsläufig Anonymität.
In vielen Netzwerken kann jeder den Transaktionsverlauf einer bestimmten Adresse einsehen. Die Adresse selbst enthält in der Regel nicht direkt den Vor- und Nachnamen des Inhabers, doch unter bestimmten Umständen ist es möglich, sie mithilfe zusätzlicher Informationen einer bestimmten Person zuzuordnen.
Daher ist bei vielen öffentlichen Blockchains Pseudonymität die präzisere Bezeichnung als vollständige Anonymität.
Die wichtigsten Vorteile der Blockchain
Je nach Aufbau des Netzwerks kann die Blockchain-Technologie unter anderem Folgendes ermöglichen:
- Verringerung der Abhängigkeit von einem zentralen Administrator
- Möglichkeit, den Verlauf von Transaktionen nachzuvollziehen
- Datentransparenz in öffentlichen Netzwerken
- Widerstandsfähigkeit gegen den Ausfall eines einzelnen Servers
- Prozessautomatisierung durch Smart Contracts
- gemeinsame Nutzung des Registers durch unabhängige Teilnehmer
- Möglichkeit des weltweiten Zugriffs auf das Netzwerk
Allerdings ist nicht jeder dieser Vorteile in jeder Blockchain in gleichem Masse vorhanden.
Ist die Blockchain immer die beste Lösung?
Nein.
Wenn das System von einer einzigen vertrauenswürdigen Organisation betrieben wird, die lediglich eine leistungsfähige und einfach zu verwaltende Datenbank benötigt, bietet der Einsatz der Blockchain möglicherweise keine grossen Vorteile.
Die Blockchain-Technologie ist besonders dort interessant, wo die Teilnehmer eine gemeinsame Datenquelle benötigen, die Transaktionshistorie unabhängig prüfen möchten und gleichzeitig die vollständige Kontrolle über das Register nicht einem einzigen Administrator überlassen wollen.
Daher sollte man sich vor dem Einsatz der Blockchain zunächst die Frage stellen, welches Problem sie eigentlich lösen soll.
Zusammenfassung
Blockchain ist eine Technologie für gemeinsam geführte Informationsregister, die aus miteinander verknüpften Blöcken bestehen. Sie nutzt unter anderem Kryptografie, ein Netzwerk aus Knoten und Konsensmechanismen, mit denen sich die Teilnehmer auf den gültigen Datenstand einigen.
Die Blockchain bildet die Grundlage vieler Kryptowährungen, kann aber auch für Smart Contracts, Zahlungssysteme, digitale Eigentumsnachweise, Dokumente, Lieferketten oder dezentrale Finanzanwendungen eingesetzt werden.
Der grösste Vorteil der Blockchain liegt nicht in der reinen Speicherung von Daten. Entscheidend ist die Möglichkeit, ein Register zu erstellen, dessen Historie von vielen Teilnehmern unabhängig überprüft werden kann und das nicht einfach durch die Entscheidung eines einzelnen Administrators geändert werden kann.
Gleichzeitig ist die Blockchain nicht für jedes System die ideale Lösung. Sie beseitigt nicht alle Risiken, garantiert keine vollständige Anonymität und ist nicht immer besser als eine herkömmliche Datenbank. Ihr Einsatz ist vor allem dort sinnvoll, wo verteilte Kontrolle, Transparenz und die Möglichkeit zur Überprüfung der Historie tatsächlich von Bedeutung sind.
Häufig gestellte Fragen
Die Blockchain ist ein digitales Register, in dem Informationen in aufeinanderfolgenden Blöcken gespeichert werden, die zu einer geordneten Kette miteinander verbunden sind. In vielen Netzwerken werden Kopien des Registers von zahlreichen unabhängigen Teilnehmern gespeichert.
Der Nutzer initiiert einen Vorgang, der an das Netzwerk übermittelt wird. Anschliessend wird geprüft, ob er den Regeln der jeweiligen Blockchain entspricht. Bestätigte Vorgänge können in einen neuen Block aufgenommen werden, der anschliessend an die bisherige Historie angehängt wird.
Die einzelnen Blöcke sind durch kryptografische Mechanismen miteinander verknüpft. Eine Änderung der Informationen in einem älteren Block würde sich auf dessen Verbindung mit den nachfolgenden Blöcken auswirken. In grossen und dezentralen Netzwerken bieten Konsensmechanismen und zahlreiche Kopien des Registers zusätzlichen Schutz.
Eine herkömmliche Datenbank wird in der Regel von einem einzigen Administrator verwaltet. In einer Blockchain kann das Register von vielen Teilnehmern gemeinsam genutzt werden, wobei die Möglichkeit, Informationen hinzuzufügen und zu bestätigen, von den in dem jeweiligen Netzwerk geltenden Regeln abhängt.
Kryptowährungen nutzen die Blockchain, um Informationen über Transaktionen und den Stand digitaler Vermögenswerte zu speichern. Auf diese Weise kann das Netzwerk überprüfen, ob ein Nutzer über die entsprechenden Mittel verfügt und ob eine bestimmte Transaktion den Regeln des Netzwerks entspricht.
Nein. Es gibt öffentliche, private und konsortiale Blockchains. Der Grad der Dezentralisierung hängt unter anderem von der Anzahl der Teilnehmer, davon, wie Transaktionen bestätigt werden, und davon ab, wer die Kontrolle über das Netzwerk hat.
Nicht immer. In vielen öffentlichen Blockchains ist der Transaktionsverlauf, der einer bestimmten Adresse zugeordnet ist, öffentlich einsehbar. Die Adresse selbst muss keine personenbezogenen Daten enthalten, weshalb man bei solchen Netzwerken eher von Pseudonymität als von vollständiger Anonymität spricht.
Die Blockchain kann unter anderem für Smart Contracts, die Nachverfolgung von Lieferketten, Eigentumsnachweise, die Überprüfung von Dokumenten und Zertifikaten, dezentrale Finanzanwendungen sowie die Erfassung von Abstimmungen eingesetzt werden.
