Was ist eine Blockchain?

In diesem ausführlichen Tutorial erklären wir dir in einfachen Worten, was genau eine Blockchain ist.

Wenn man sich für Kryptowährungen oder Token interessiert, wird man unweigerlich auf den Begriff Blockchain stoßen. Denn ohne diesen, würde eine Kryptowährung nicht dezentral funktionieren. In diesem Artikel möchten wir euch deshalb die Blockchain verständlich erklären.

Blockchain erklärt


Mit der Blockchain kann man Datensätze oder Datenbanken dezentral organisieren. Diese werden auf Tausenden von Computern verteilt und laufend synchronisiert. Das bedeutet nichts anderes, als dass jeder Computer eine Kopie des anderen Computer ist.

Kommen neue Transaktionen oder Dateien in das Blockchain Netzwerk hinein, wird erst mit den anderen Computern im Netzwerk verglichen, ob diese Änderung gültig ist. Ist sie es, wird diese in einen neuen Block gepackt und an den letzten bestätigten Block rangehängt. So entsteht eine Verkettung von Blöcken – sprich eine Blockchain.

Blockchain besser vorstellen

Man könnte die Blockchain mit einer riesigen Textdatei vergleichen, die Peer-to-Peer Transaktionen dezentral und öffentlich speichert und sie für jeden zugänglich macht.

Teilnehmer können jederzeit auf alle Informationen zugreifen. Die Textdatei einer Blockchain ist nahezu unveränderbar und nicht zu manipulieren.

Zwar steckt die Blockchain Technologie noch in ihren Kinderschuhen, doch es gibt zahlreiche Möglichkeiten diese Art der Technologie anzuwenden.

Anwendungsbereiche wären folgende:

  • Digitale Grundbücher
  • Gesundheitssystem
  • Versicherungen
  • Musikindustrie
  • Verkehr (dezentrale Taxis oder Autos über Smart Contracts gesteuert)
  • Video oder Film Portale
  • Wahlen (Wahllokale werden dadurch nicht mehr gebraucht)

Zentral vs. Dezentral


Es ist wichtig den Unterschied von zentralen Systemen zu dezentralen Systemen zu verstehen. Wir versuchen dir anhand von Beispielen die Unterschiede zu erklären.

Zentrale Systeme

So sehen zentrale Systeme aus. Die Blockchain ist genau das Gegenteil eines zentralen Systems.

Zentrale Systeme verwalten Nachrichten, Transaktionen oder Daten über einen zentralen Server. Wenn wir eine Nachricht über WhatsApp schicken oder Fiat Währungen wie den Euro benutzen, müssen wir einer dritten Partei vertrauen, dass diese unsere Daten korrekt und sicher aufbewahrt bzw. verarbeitet.

Beispiel für zentrale Systeme:

Du tätigst beispielsweise eine Transaktion oder schickst eine Nachricht von A nach B. Diese wird an ein zentrales System, das Transaktionen oder Nachrichten verarbeitet, gesendet. Dort wird sie gespeichert und erst dann weitergeleitet.

Solche Daten sind wertvoll und kostbar, dennoch sind sie momentan noch in der Hand von wenigen zentralen Firmen oder Banken.

Zentrale Strukturen, wie bswp. große einflussreiche Firmen oder Banken, sind nicht böse. Dennoch stellt sich die Frage, ob solche Systeme vertrauenswürdig und sicher genug sind. Wer garantiert uns bei zentralen Systemen, dass unsere Daten nicht für andere Zwecke missbraucht werden? Außerdem kann jedes zentrale System das Opfer eines Hackers werden, der dann Zugriff auf alle sensiblen Daten hat.

Dezentrale Systeme

Ein dezentrales Netzwerk, welches zugleich auch verteilt ist. Die Blockchain ist ein dezentrales System, welches verteilt oder unverteilt sein kann.

Dezentrale Systeme verwalten Nachrichten, Transaktionen oder Daten über ein dezentrales Netzwerk von Computern. Wenn wir eine Nachricht versenden oder eine Transaktion durchführen, müssen wir keiner dritten Partei mehr vertrauen.

Beispiel für ein dezentrales System:

Stell dir vor, du tätigst bzw. schickst dieselbe Transaktion oder Nachricht von oben durch ein dezentrales System. Wenn du nun ein dezentrales System verwendest, werden deine sensiblen Daten nicht mehr durch ein zentrales System geleitet. Das bedeutet, sie werden nicht mehr an einer zentralen Stelle verarbeitet und gespeichert.

Deine Transaktion bzw. Nachricht wandert nun durch ein Netzwerk mit unabhängigen Computern, die überall auf der Welt verstreut sind. Solche Computer oder Server gehören Menschen wie dir und mir. Jeder Computer übernimmt also einen Anteil der Arbeit und keiner kann auf die gesamte Transaktion oder Nachricht zugreifen, da die Daten verteilt versendet worden sind.

Blockchain besteht aus 3 Teilen


Grob gesehen, besteht die Blockchain aus drei Teilen. Anhand des Bitcoins versuchen wir dir diese drei verschiedenen Bestandteile genauer zu erklären.

Offenes Kassenbuch

In der Blockchain werden Transaktionen ohne deinen Namen abgespeichert. Was gespeichert wird, sind folgende Parameter:

  • Betrag
  • Datum
  • Uhrzeit
  • Wallet Adresse

Jede Transaktion wird mit diesen Parametern in der Blockchain gespeichert. Man kann jederzeit einsehen, welche Wallet Adresse, welchen Betrag gesendet hat. Dadurch ist beispielsweise die Blockchain vom Bitcoin nicht anonym, sowie es viele glauben, sondern pseudonym.

Wenn jemand also weiß wie deine Wallet Adresse lautet, kann er deine getätigten Transaktionen einsehen. Er wird auch sehen können, welche Transaktionen du in der Zukunft tätigen wirst.

Hier siehst du ein offenes Kassenbuch. Die Blockchain könntest du damit am ehesten vergleichen. Alles ist Transparent und einsehbar.

Transaktionen werden in Blöcke zusammengefasst

Durch die Zusammenfassung entsteht eine Kette von Blöcken wo jeder einsehen kann, wie viel Geld im Umlauf ist. Niemand kann in diesem System Geld erschaffen oder unter dem Tisch verschieben. Dank dieser pseudonymen Transparenz können Miner im Blockchain Netzwerk in Echtzeit überprüfen, ob eine Transaktion gültig oder gefälscht worden ist.

Transaktionen können nicht abgelehnt werden, wenn alle Bedingungen passen. Wenn Max Musterwallet 15 Bitcoin besitzt, kann er diese 15 Bitcoin auch ausgeben. Niemand kann sein Konto sperren oder die Transaktion ignorieren.

Beispiel mit Max Musterwallet, dem „Lügner“

Falls Max Musterwallet 20 Bitcoin ausgeben möchte, obwohl er nur 15 Bitcoin besitzt, wird die Transaktion vom dezentralen Netzwerk (den Teilnehmern einer Blockchain) sofort abgelehnt. Dank dem öffentlichen Kassenbuch, das überall im Blockchain Netzwerk verteilt ist, weiß jeder Computer genau, wie viel Bitcoin auf einer Wallet liegen.

Dadurch ist es unmöglich Geld zu erschaffen oder eine doppelte Transaktion zu tätigen. Erst wenn alle Bedingungen zu 100% richtig sind, wird die Transaktion in einen Block gepackt und von einem Miner für alle Ewigkeit bestätigt. Der neue bestätigte Block mit den neuen Transaktionen wird an den zuletzt bestätigten Block angekettet.

Miner

Da zentrale Stellen oder Mittelsmänner in einer Blockchain wegfallen, benötigt man jemand anderen, der die Transaktionen prüft, genehmigt und für alle Zeiten in ein dezentrales offenes Kassenbuch speichert. Diese Aufgabe übernimmt der Miner im Blockchain Netzwerk.

Sobald gültige Transaktionen in einem Block zusammengefasst worden sind, suchen die Miner nach einer Nonce (zufällige Zahl). Diese Zahl sucht man mit Rechenleistung. Wenn ein Miner die Nonce gefunden hat, resultiert daraus ein vollständiger und richtiger Hash Schlüssel (Hash).

Der Miner, der den Schlüssel gefunden hat, bekommt den Block Reward.

Ein Block Reward ist die Belohnung, die ein Miner erhält, wenn er mit seiner Rechenleistung die richtige Nonce (zufällige Zahl) gefunden hat und somit den korrekten Hash-Schlüssel erstellen kann. Diese Belohnung bekommt man in Form von Kryptowährungen des jeweiligen Blockchain Netzwerkes.

Durch diese werden Miner motiviert ihre Rechenleistung einem Blockchain Netzwerk zur Verfügung zu stellen. Wenn es eines Tages, beispielsweise beim Bitcoin, keinen Block Reward mehr geben sollte, bekommen die Miner weiterhin die Transaktionsgebühren, die beim Versenden eines Bitcoins anfallen.

Wir brauchen die Miner, um ein Blockchain Netzwerk dezentral zu halten. Sie leisten die Arbeit, und werden dafür mit einem Reward belohnt.

Dezentrales Kassenbuch

Hätten wir kein dezentrales Kassenbuch, wären wir noch immer abhängig von einer zentralen Instanz oder einem Mittelsmann.

Da jeder Miner bzw. Full Node eine Kopie der Blockchain hat und diese laufend synchronisiert werden, haben wir ein dezentrales offenes Kassenbuch.

Jeder kann ein Miner oder ein Full Node werden, eine Kopie der Blockchain besitzen und so das Blockchain Netzwerk unterstützen und sicherer gestalten.

Das öffentliche Kassenbuch von eben wird dezentral geführt, somit ist es sehr sicher. Will jemand etwas verändern, muss er es überall, bei jeder Node verändern.

Blöcke sehen so aus


Du möchtest wissen wie ein Block aussieht? Wir zeigen dir anhand eines Beispieles wie die einzelnen Blöcke einer Blockchain aussehen und was in diesen gespeichert wird.

Ein Block besteht aus folgendem Inhalt

  • Hash – Wird von Minern gesucht
  • Previous Hash – Hash des vorhergehenden Blocks
  • Timestamp – Zeitstempel
  • Merkle Root – Alle Transaktionen in einem einzigen Hash zusammengefasst
  • Nonce – Zufällige Zahl
Ein Block besteht aus folgenden Bestandteilen: TX Root, Merkle Root, Time Stamp, Vorheriger Hash etc.

So läuft die Block-Herstellung ab

Ein Block vom Bitcoin ist 1 Megabyte groß. Beim Bitcoin werden durchschnittlich 2000 Transaktionen in einen Block zusammengefasst. Alle 10 Minuten wird ein neuer Block mit Transaktionen erstellt und an den alten Block befestigt.

Diese Blöcke werden von den Minern auf Korrektheit überprüft. Wenn alle Transaktionen von einem neuen Block korrekt sind, wird anschließend von den Minern nach der Nonce (zufällige Zahl) gesucht.

Die Suche nach der Nonce

Wird die Nonce gefunden, entsteht ein Hash mit einigen Nullen am Anfang. Die Nullen vor dem Hash zeigen die Difficulty (Schwierigkeitsgrad) an. Je mehr Nullen am Anfang vom Hash, desto höher ist die Difficulty in einem Blockchain Netzwerk.

Beim Bitcoin wird mit jedem 2016. Block bzw. nach ungefähr zwei Wochen die Difficulty im Netzwerk angepasst. Dies stellt sicher, dass immer alle 10 Minuten ein Block gefunden werden kann.

Nonce gefunden und dadurch richtigen Hash generiert?

Ist der korrekte Hash erstellt, indem die fehlende Nonce von einem der Miner „erraten“ wurde, meldet dieser allen anderen Minern im Blockchain Netzwerk, dass er die Nonce gefunden hat und dass der Block vollständig überprüft und korrekt ist.

Der neu entstandene Hash, vom neuen Block, wird nun von allen anderen Minern kurz überprüft und übernommen. Der neue Block wird an die alten Blöcke drauf geklebt. Den Block Reward bekommt der Miner, der den richtigen Hash erstellt hat.

Nur ein einziger Miner / Mining Pool erhält Block Reward

Die anderen Miner würden keine Belohnung mehr bekommen, wenn sie nach dem alten Schlüssel weitersuchen, da er ohnehin schon bekannt ist. Aus diesem Grund übernehmen die Miner den Hash Schlüssel vom erfolgreichen Miner, tragen diesen in ihr Kassenbuch ein und suchen schnell nach dem neuen Schlüssel.

Mit diesem Ablauf wird gewährleistet, dass jeder Teilnehmer im Blockchain Netzwerk die gleiche Buchführung hat. Es entsteht eine Übereinstimmung über den richtigen Zustand der Buchführung. Das ist der Grund wieso alle dezentralen offenen Kassenbücher auf der Welt, in einem Blockchain Netzwerk, synchron sind.

Dieser Vorgang wird stets wiederholt

Anschließend wird ein neuer Block mit neuen Transaktionen gefüllt. Eine neue zufällige Zahl (Nonce) wird gesucht, um den korrekten Hash zu erstellen. Das Spiel beginnt von vorne.

So entsteht Block für Block die Blockchain wie wir sie vom Bitcoin Netzwerk kennen. Die gesamte Buchführung wird somit dezentral verwaltet.

Visuelle Demo – So funktioniert eine Blockchain
Wie eine Blockchain visuell funktioniert, siehst du auf der Website Blockchaindemo.io

Fazit Blockchain


Das Internet ermöglicht uns schon seit geraumer Zeit Informationen zu versenden. Jedoch gab es nie die Möglichkeit Vermögenswerte, dezentral und sicher, zu verschicken. Dank einem kryptographischen und dezentralen Verfahren, ist es für Hacker nahezu unmöglich etwas im Blockchain Netzwerk zu verändern.

Auch kann man das Netzwerk mit DDoS Angriffen nicht lahmlegen, da das Blockchain Netzwerk dezentral läuft. Das ist einer der Gründe, wieso ein Blockchain Netzwerk sich für das Versenden von sensiblen Daten besonders gut eignet.

Eigenschaften der Blockchain

  • Dezentral
  • Kryptographie anwendbar
  • Für Hacker nahezu unmöglich das System zu beeinflussen / attackieren
  • Geeignet zum Versenden von Vermögenswerten bzw. sensiblen Daten
  • Transparent
  • Rückwirkend unveränderlich
  • Synchron
  • Entscheidungen werden von allen Teilnehmern im Blockchain Netzwerk gefällt

Die Blockchain kann die Zukunft stark beeinflussen

Die Blockchain Technik wird zukünftig noch viel mehr Anwendungsgebiete finden, als nur die Basis einer Kryptowährung zu sein.

Eine dezentrale Zukunft lässt sich gestalten, wenn wir Technologien wie die Blockchain nutzen und weiterentwickeln.

Niemand kann in einem dezentralen System etwas deaktivieren oder sperren. Die Gesellschaft erhält die Möglichkeit Selbstverantwortung übernehmen zu können.


Videoquelle:
Blockchain wird unsere Welt verändern – © Blockchain Austria

Bildquellen:
#171041438 – © Sashkin / Fotolia.com – Titelbild – bearbeitet
bitcoin-2714196_1920 – © 3dman_eu / Pixabay.com
block-151696 – © OpenClipart-Vectors / Pixabay.com

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