Was ist eine Blockchain?

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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 die Änderung gültig, wird diese in einen neuen Block gepackt und an den letzten bestätigten Block drangehängt. So entsteht eine Verkettung von Blöcken.

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.

Die Blockchain Technologie steckt derzeit noch in ihren Kinderschuhen. Es gibt aber sehr viele Möglichkeiten die Blockchain-Technologie anzuwenden.

Einige 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

 

Zentrale Systeme:

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:

Du tätigst beispielsweise eine Transaktion oder schickst eine Nachricht von A nach B. Diese werden an ein zentrales System, das Transaktionen oder Nachrichten verarbeitet, gesendet. Dort werden 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 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:

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:

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. Sie werden nicht mehr an einer zentralen Stelle verarbeitet und gespeichert.

Deine Transaktion bzw. Nachricht wandert nun durch ein Netzwerk mit unabhängigen Computern, welche 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.

beispiel anhand der kryptowährung bitcoin

Die Blockchain besteht grob gesehen aus 3 Bestandteilen

 
  • Offenes Kassenbuch

  • In der Blockchain werden Transaktionen ohne deinem 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, sondern Pseudonym. Wenn jemand 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.

    Transaktionen werden in Blöcke zusammengefasst. Es 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 ist oder eine Transaktion 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.

    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 Ewigkeiten bestätigt. Der neue bestätigte Block mit den neuen Transaktionen wird an den zuletzt bestätigten Block angekettet.

 
  • Dezentrales Kassenbuch

  • Hätten wir kein dezentrales Kassenbuch, wären wir noch immer Abhängig von einer zentralen Instanz oder eines Mittelmannes. Da jeder Miner bzw. Full Nodes eine Kopie der Blockchain haben und diese laufend synchronisiert werden, haben wir ein dezentrales offenes Kassenbuch.

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

 
  • Miner

  • Da zentrale Stellen oder Mittelsmänner in einer Blockchain wegfallen, benötigt es 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 gefunden hat. 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.

    Wenn der richtige Hash nun gefunden wurde, bekommt jeder andere Miner im Netzwerk diesen Schlüssel vom erfolgreichen Miner. Diesen Schlüssel können alle anderen Miner dann in ihrem dezentral öffentlichen Kassenbuch eintragen. So enthält ein Hash alle Transaktionen eines Netzwerkes zusammengefasst in einem Block. Es würde keinen Sinn ergeben, wenn die anderen Miner diesen Schlüssel ignorieren, um noch nach dem Schlüssel zu suchen. Der Hash Schlüssel vom erfolgreichen Miner ist 100 % korrekt. Er hat auch bereits den Block Reward bekommen. Die anderen Miner würden keine Belohnung mehr bekommen, wenn sie nach dem alten Schlüssel weitersuchen. 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. Das ist der Grund wieso alle dezentralen offenen Kassenbücher auf der Welt, in einem Blockchain Netzwerk, synchron sind.

anhand des Bitcoin Netzwerkes

Blockchain Beispiel

 

Ein Block, wie wir ihn vom Bitcoin kennen, besteht aus folgenden Faktoren:

  • 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
 
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Beispiel anhand des Bitcoins:

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.

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, desto höher ist die Difficulty in einem Blockchain Netzwerk. Beim Bitcoin wird mit jedem 2016. Block die Difficulty im Netzwerk angepasst.

Ist der korrekte Hash gefunden, meldet der erfolgreiche Miner allen anderen Minern im Blockchain Netzwerk, dass er die Nonce gefunden hat und das der Block vollständig überprüft 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 gefunden hat.

So wird gewährleistet, dass jeder Teilnehmer im Blockchain Netzwerk die gleiche Buchführung hat. Es entsteht eine Übereinstimmung über den richtigen Zustand der Buchführung.

Anschließend wird ein neuer Block mit neuen Transaktionen gefüllt. Eine neue zufällige Zahl (Nonce) wird gesucht. 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.

 
 

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 versenden. 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 eignet, um sensible Daten zu versenden. Die Eigenschaften der Blockchain wären:

  • Dezentral
  • Kryptographie anwendbar
  • Nahezu unmöglich für Hacker 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 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.

 

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