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Blockchain

Was ist die Blockchain?

Der Bitcoin ist die erste rein digitale Währung, die 2009 ihren Anfang nahm und deren Wert sich seit Bestehen deutlich gesteigert hat. Der Bitcoin ist in aller Munde und immer mehr Menschen haben Interesse an der Kryptowährung. Dennoch kennen viele Nutzer nicht die Technologie, die hinter dem Bitcoin und anderen digitalen Währungen steht. In einer Blockchain (Blockkette)  werden alle Bitcoin-Transaktionen in eine Art von Journal verzeichnet. Im Detail handelt es sich um eine gigantisch große digitale Datenbank, die aus vielen einzelnen Blöcken besteht. Jeder Block ist mit dem Block vor und nach ihm durch eine Kette verbunden.

Die Technik hinter dem Bitcoin

Die Blockchain ist eine dezentral funktionierende Datenbank, die kontinuierlich wächst. In ihr befindet sich eine stetig wachsende Anzahl an Transaktionsdatensätze. Die digitale Datenbank wird auf eine chronologische und lineare Weise erweitert und dies lässt sich mit einer Kette vergleichen. Am unteren Ende dieser Kette werden beständig neue Kettenelemente hinzugefügt und aus diesem Grund trägt die Datenbank den Namen Blockkette. Sobald einer dieser Blöcke vollständig ist, wird sofort der nächste Block erzeugt. Jeder einzelne Block erhält eine komplette Prüfsumme des letzten Blocks. Konzipiert und entwickelt wurde das technische Modell im Rahmen der Erstellung des Bitcoins.

Die Blockchain fungiert für die beliebte Kryptowährung als ein dezentralisiertes, webbasiertes und öffentliches Buchhaltungssystem. In diesem befinden sich alle Transaktionen, die bisher mit der digitalen Währung getätigt wurden. Die Blockkette wächst beständig, da mit jeder neu abgeschlossenen Transaktion ein neuer Block hinzugefügt wird. Jeder Computer (Client), der mit dem Bitcoin-Netzwerk verbunden ist und entweder die bisher erzeugten Bitcoins verwaltet oder neue Bitcoins erzeugt, besitzt eine vollständige Kopie der gesamten Blockkette. Die Blockchain benötigt einen immer größeren Speicherplatz und war Ende des Jahres 2015 bereits rund 50 GB groß. Nur 2 Jahre später war die Blockkette 136 GB groß.

Erzeugung von Blöcken

Der erste Block, der sich in der Blockchain befindet, ist vorgegeben und trägt den Namen “Genesisblock”. Mittels einem rechenintensiven Prozess, der als Mining bezeichnet wird, werden neue Blöcke erzeugt. Nutzer, die neue Blöcke erzeugen, heißen Miner. Die neuen Blöcke werden nach der Erzeugung über das Netzwerk an alle Teilnehmer verbreitet. Mittels einem digitalen Signaturverfahren werden die Transaktionen von einem Block immer paarweise miteinander gehasht. Vermerkt wird dabei nur der Root-Hash (der letzte Hashwert). Dieser wird im Kopf (Header) des Blockes als Prüfsumme vermerkt. Mehrere Blöcke werden mithilfe dieser Prüfsumme miteinander verkettet. In jedem Block befindet sich im Kopfbereich die Prüfsumme des vorherigen Blockes und dadurch lässt sich die Reihenfolge der einzelnen Blöcke eindeutig festlegen.

Beim Erzeugen von einem Block kann es passieren, dass mehrere Teilnehmer des Netzwerkes zur gleichen Zeit einen gültigen Block erzeugen. Empfangen die Teilnehmer mehrere neue gültige Blöcke, können sie entscheiden, welchen erzeugten Block sie übernehmen wollen. In den meisten Fällen übernehmen sie den ersten empfangenen Block. In einem eher seltenen Fall kann eine Fork in der Blockkette auftreten. Bei einer solchen Abspaltung wird die Blockkette verzweigt und beide neuen Zweige werden mit den gültigen neuen Blöcken fortgesetzt. In naher Zukunft setzt sich der Zweig mit der längeren Blockkette durch, denn hinter diesem steht in der Regel die Mehrheit der Miner.

Transaktionen innerhalb der Blockchain

Ein nachträgliches Modifizieren der älteren Transaktionen ist damit so gut wie ausgeschlossen. Für einen solchen Fall müssten die Prüfsummen aller nachfolgenden Blöcke ebenfalls vollständig neu berechnet werden. Das Ganze muss zusätzlich noch in einem kurzen Zeitraum erfolgen und dies ist fast unmöglich. Jeder neu beigetretene Client (Bitcoin-Node) muss die ganze Blockkette auf seinen Rechner aus dem Internet laden. Dies ist ein sehr zeitaufwendiger Prozess. In der Bitcoin-Software befindet sich eine fest integrierte Liste mit allen bekannten Blöcken aus der Vergangenheit und diese müssen mit der heruntergeladenen Blockkette übereinstimmen. Nach dem Download wird die Blockchain im Hinblick auf ihre Gültigkeit überprüft. Da die Blockkette alle bisher erzeugten Blöcke enthält, lassen sich alle bisherigen Transaktionen bis zu den Anfängen des Bitcoins nachvollziehen.

Die erste Transaktion in einem neuen Block enthält stets die Überweisung der neu erzeugten Bitcoins inklusive der Transaktionsgebühren. Aktuell ist die Menge der neu erzeugten Coins auf einen maximalen Wert von 12,5 Bitcoins beschränkt. Mehr Bitcoin können in einen Block nicht aufgenommen werden. Sollte ein Teilnehmer mehr Coins minen als er haben darf, wird sein Block von den anderen Nutzern nicht akzeptiert. Früher wurden pro Block 50 Coins erzeugt. Nach rund 210.000 Blöcken (4 Jahren) halbiert sich diese Zahl. Maximal kann es 21 Millionen Bitcoins geben.

Bitcoins zwischen den Teilnehmern überweisen

In der Blockchain werden alle Überweisungen zwischen den einzelnen Teilnehmern als Transaktionen abgewickelt. Diese funktionieren im Grunde genommen ähnlich wie eine klassische Banküberweisung. Der Sender muss nur die Bitcoin-Adresse des Zahlungsempfängers kennen und nicht noch auf dessen Bestätigung warten. Damit die Transaktion durchgeführt werden kann, verbindet sich der Sender kurz mit dem Netzwerk. Eine Rückabwicklung der Transaktion ist nach deren Aufnahme in die Blockchain ausgeschlossen. Eine Art von Lastschriftverfahren, bei dem Guthaben von einem Konto eingezogen wird, ist mit der Blockchain nicht möglich.

Werden Bitcoins überwiesen, fallen Gebühren an. Aktuell kostet eine Transaktion in der Blockchain mindestens 1.000 Satoshi. Der Satoshi ist die kleinste Einheit des Bitcoins und wurde nach dessen Erfinder benannt. 1.000 Satoshi sind umgerechnet 0,00001 BTC. Die Transaktionsgebühren werden vor allen Dingen erhoben, damit die Miner eine Belohnung für das Durchführen der Transaktion erhalten. Zusätzlich sollen die Transaktionsgebühren verhindern, dass das Bitcoin-Netzwerk absichtlich mit Transaktionen überlastet wird. Je höher ein Teilnehmer die Gebühren festsetzt, desto schneller wird seine Transaktion bestätigt. Aus diesem Grund sind schnelle Transaktionen in der Blockchain um einiges teurer als Standardtransaktionen.

Vorteile der Blockchain

Ohne die Blockchain wären weder der Bitcoin noch viele andere Kryptowährungen, wie der Litecoin oder der Dogecoin, möglich. Die Blockchain gilt als sehr sicher und Manipulationen sind fast ausgeschlossen. Es wäre immens aufwendig die ganzen Hash-Werte von jedem Block neu zu berechnen. Da die Technik im Grunde wie eine Art weltweites Journal funktioniert, ist eine mehrfache Validierung und Speicherung von Datensätzen unmöglich. Zusätzlich gibt es eine weitere Hürde. Jeder Teilnehmer, der einen neuen Block berechnet, der muss eine bestimmte Aufgabe erfüllen. Diese wird in Fachkreisen als Arbeitsnachweis (proof of work) bezeichnet. Bei dieser schwierigen Aufgabe muss jeder Hash-Wert eine wichtige Bedingung erfüllen. Zum Beispiel müssen die ersten 5 Stellen des Wertes 0 sein. Da der Algorithmus unveränderlich ist, ist es erforderlich, dass ein Wert zu den vorhandenen Daten eines Blockes hinzugegeben wird. In Kombination mit den jeweiligen Daten muss dieser Wert den geforderten Hash-Wert ergeben.

Hat sich eine Transaktion in einem Block verankert und wurden bereits einige zusätzliche Blocks angehängt, gilt diese Transaktion definitiv als gesichert. Sie kann weder verändert noch ausgetauscht werden. Je länger die Transaktionen in der Blockchain gebunden sind, desto weniger wahrscheinlicher ist es, dass es Kriminelle schaffen die Kette bis zu dem Block zu entschlüsseln und Transaktionen zu manipulieren. Aufgrund ihrer Eigenschaften eignet sich die Blockchain nicht nur für den Finanzbereich. Sie funktioniert in jedem anderen Bereich, in dem Daten dauerhaft sicher und unveränderbar aufbewahrt werden müssen. Für viele Experten sind die bisherigen digitalen Währungen, die mit dieser Technologie möglich sind, nur die Spitze des Eisbergs.

Nachteile der Blockchain

Die Blockchain kann allerdings nur funktionieren, wenn alle Teilnehmer ehrlich sind und mit ihrer gesamten Rechenleistung zumindest 51 Prozent der gesamten Rechenleistung des Netzwerkes repräsentieren. Sollte es ein versierter Angreifer schaffen über einen längeren Zeitraum eine größere Rechenleistung zu stellen, ist der dazu in der Lage, die Blockchain rückwärts zu entschlüsseln. Dies geschieht, bevor neue Blöcke gefunden werden. Wurde ein Block entschlüsselt, ist seine Prüfsumme ungültig. Dies hat zur Folge, dass die Verkettung der Blöcke unterbrochen ist und der Angreifer die offengelegten Transaktionen gegen seine eigenen Transaktionen tauschen kann.

Für viele Nutzer ist der offene und anonyme Charakter der Blockkette eine gute Sache. Da die Blockchain jedoch öffentlich zugänglich ist, hat jeder Teilnehmer einen Einblick in alle Transaktionen. So kann ein Empfänger einer Transaktion zum Beispiel leicht herausfinden, wie viele Bitcoins der Sender insgesamt besitzt und wie er seine Coins bisher verwendet hat.

Es gibt viele Anwendungsgebiete für die Blockchain-Technologie

Der Bitcoin und die vielen anderen digitalen Währungen sind nur einige Beispiele für die Anwendungsmöglichkeiten der innovativen Technologie. Mit der Blockchain ist noch wesentlich mehr möglich. Viele Experten sind sich sicher, dass die Technik in Zukunft Banken und Notare ersetzen kann und den Alltag von vielen Menschen verändern wird. Ein denkbares Einsatzgebiet ist beispielsweise der Gesundheitsbereich. Hier kann die Blockchain eingesetzt werden, um die sensiblen Patientendaten zuverlässig zu schützen. Das Finanzamt könnte sich die Technologie zunutze machen, um den bürokratischen Aufwand im Rahmen der Steuereintreibung und Ermittlung zu verringern.

In den Ländern Honduras und Schweden entwickeln einige Experten aktuell ein digitales Grundbuch. Mit diesem wollen die Beteiligten in Zukunft das Grundeigentum absolut fälschungssicher über die Blockkette erfassen. In Südkorea gibt es ein großes Projekt und dieses entwickelt eine Blockchain für Nahrungsmittel. Der große Vorteil dabei soll der Verzicht auf die Zwischenhändler sein. Dadurch lassen sich die Lebensmittel noch effizienter und preiswerter verteilen. Zusätzlich können die Herkunft und die Kühlkette ohne Lücken überwacht werden.

Die smart contracts basieren auf der Technik der Blockchain und sollen in Zukunft automatische Verträge ermöglichen. Durch smart contracts lassen sich viele Geschäfte schneller und preiswerter abwickeln. Dies wird durch den Verzicht auf Notare, Banken und weitere Zwischenstationen ermöglicht. Durch zuvor festgelegte Ereignisse treten die Verträge automatisch in Kraft und benötigen keine menschliche Überwachung.

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