Was ist eine Blockchain?

Blockchain ist ein Kryptowährungssystem, bei dem eine Aufzeichnung von Transaktionen in einer verschlüsselten Datenbank über ein verbundenes Netzwerk geführt wird. Blockchain lässt sich als Datenbank beschreiben, bei der jeder Teilnehmer eine identische Kopie aller Informationen besitzt. Im Alltag begegnen uns Datenbanken in vielen Formen. Denken Sie an Ihr Bankkonto, Ihre medizinischen Daten oder eine Übersicht Ihrer Bonusmeilen. Der Unterschied bei der Blockchain ist, dass bei den genannten Beispielen nur eine einzige Instanz die vollständige Kontrolle über die Daten hat, was als zentralisierte Verwaltung bezeichnet wird. Bei der Blockchain besitzt jeder Teilnehmer eine exakte Kopie aller in der Blockchain gespeicherten Daten. Jeder Teilnehmer kann Daten hinzufügen, alte Daten können jedoch nicht verändert werden. Diese Eigenschaft stellt sicher, dass keine einzelne Instanz die Kontrolle über die Daten hat, und macht die Blockchain dezentral.

Wie werden Daten derzeit gespeichert?

Um erklären zu können, in welchen Bereichen Blockchain wirklich Einfluss haben kann, ist es wichtig, zunächst zu verstehen, wie die Welt derzeit mit Daten umgeht.

Derzeit werden Daten oft von einer oder mehreren Parteien gespeichert und verwaltet. Nehmen Sie zum Beispiel Ihr Bank- oder PayPal-Konto. Täglich gehen Zahlungen ein und aus. Die gesamte Datenbank aller Transaktionen zur und von der Bank wird als ‚Ledger‘ bezeichnet. Alle diese Beträge werden von der Institution, bei der Sie Ihr Konto führen, verbucht.

Die Partei, auf die wir uns vollständig verlassen müssen, ist also die Bank oder ein anderer Zahlungsdienstleister.

Ein weiteres Beispiel, bei dem schnell klar wird, dass die heutige Art der Datenspeicherung manchmal an Grenzen stößt, sind Autoreparaturen. Während Sie davon ausgehen können, dass Ihre Bank nicht einfach 10.000 Euro von Ihrem Konto verschwinden lässt, können Sie beim Kauf eines Gebrauchtwagens nicht immer davon ausgehen, dass der angezeigte Kilometerstand korrekt ist. Das sogenannte ‚Ledger‘ ist in diesem Fall das Serviceheft des jeweiligen Fahrzeugs.

Anwendungen der Blockchain

Wie in der Einleitung erwähnt, hat jeder Teilnehmer einer Blockchain Zugriff auf die gesamte Datenbank, auch ‚Ledger‘ genannt. Jeder Teilnehmer kann auch neue Transaktionen zur Datenbank hinzufügen. Alte Daten können jedoch nicht verändert werden. Dies macht die Blockchain besonders geeignet für alltägliche Verträge. Einige Beispiele:

• Hypotheken
• Mietverträge
• Erbschaften
• Urheberrecht
• Dokumente beim Kauf oder Verkauf einer Immobilie

Ein in der Blockchain aufgezeichneter Vertrag wird auch als Smart Contract bezeichnet. Der Kauf eines Hauses erfordert derzeit zum Beispiel viel Aufwand. Zahlreiche Verträge und Vereinbarungen müssen aufgesetzt und unterzeichnet werden. In Zukunft wird dieser Prozess durch die Blockchain deutlich einfacher werden.

Neben Verträgen lässt sich die Blockchain-Technologie in vielen weiteren Bereichen einsetzen. Das naheliegendste Beispiel ist natürlich Geld. Seit der Wirtschaftskrise 2008 sind viele Menschen dem Finanzsystem gegenüber misstrauischer geworden. Im Westen ist das bereits spürbar, in anderen Teilen der Welt, man denke an die Hyperinflation in Venezuela, ist dieses Misstrauen gegenüber Finanzinstitutionen und Regierungen noch weit verbreiteter. Digitale Währungen auf der Blockchain werden von niemandem kontrolliert und können daher von keiner Institution beeinflusst werden, Wechselkursschwankungen ausgenommen. In vielen Ländern können digitale Währungen so zu einer guten Alternative zum herkömmlichen Geld werden.

Beide Beispiele lassen sich auf Vertrauen zurückführen. Überall dort, wo Vertrauen eine Rolle spielt, kann die Blockchain eingesetzt werden. Das reicht von der Überprüfung der Inhaltsstoffe von Medikamenten bis hin zum Energieverbrauch.

Arten von Blockchain-Konsensprotokollen

Ein Blockchain-Konsensprotokoll ist die Art und Weise, wie eine bestimmte Blockchain funktioniert. Die Bitcoin-Blockchain, eine der bekanntesten Blockchains, verwendet das Proof-of-Work-Protokoll. Derzeit sind verschiedene Blockchain-Konsensprotokolle im Einsatz:

• Proof of Work: Bitcoin
• Proof of Stake: Ethereum, PIVX
• Proof of Storage: Storj
• Proof of Importance: NEM
• Proof of Activity
• Proof of Burn
• Proof of Capacity

Im Folgenden erläutern wir die beiden am häufigsten genutzten Protokolle: Proof of Work (PoW) und Proof of Stake (PoS).

Proof of Work (PoW)

Das Proof-of-Work-Protokoll lässt sich am besten erklären, wenn man an die Datenbank denkt, von der jeder Teilnehmer eine identische Kopie besitzt und zu der jeder Teilnehmer Daten beitragen kann. Alle Daten oder Transaktionen, die ein Teilnehmer zur Datenbank hinzufügt, müssen auf ihre Richtigkeit überprüft werden. Ohne diese Genehmigung könnte die Blockchain nicht existieren, da die Datenbank schnell ungenau würde.

Die Überprüfung, ob eine Transaktion nicht mit der Datenbank in Konflikt steht, erfolgt durch einen Algorithmus. Jede Änderung an der Blockchain muss erneut validiert werden.

Wenn eine Transaktion ausgeführt wird, ist sie fast sofort im Blockchain-Netzwerk bekannt. Die Transaktion landet zunächst in einem sogenannten ‚Mempool‘, eine Art Reservoir, in dem alle noch nicht verarbeiteten Transaktionen gesammelt werden. In der Regel werden Transaktionen mit der höchsten Transaktionsgebühr zuerst in den nächsten Block aufgenommen. Dies wird als Bestätigung bezeichnet. Bei Transaktionen mit einer sehr niedrigen Gebühr kann es lange dauern, bis sie in der Blockchain bestätigt werden. Bei Bitcoin kann nur eine begrenzte Anzahl von Transaktionen in jeden Block aufgenommen werden.

Ein Block wird durch die Berechnung eines mathematischen Rätsels erstellt, der sogenannten Nonce. Dies geschieht durch leistungsstarke Computer, die in der Kryptowelt ‚Miner‘ genannt werden. Sobald ein Miner das mathematische Rätsel gelöst hat, werden die Transaktionen im Block zur Blockchain hinzugefügt. Damit ist die Transaktion endgültig und dauerhaft gespeichert. Sie kann nie wieder geändert werden. Der Miner wird mit 3,125 Bitcoin sowie den ‚Gebühren‘ belohnt, die mit jeder Transaktion in diesem Block verbunden sind.

Je mehr Personen oder Unternehmen sich zum Mining entschließen, desto schwieriger und energieintensiver wird es, das mathematische Rätsel zu lösen. Sie können Ihre Mining-Leistung für jeden Algorithmus berechnen, um zu sehen, wie profitabel Mining ist. Die Anzahl der Minuten für die Generierung eines neuen Blocks ist festgelegt. Bei Bitcoin geschieht dies alle zehn Minuten. Je mehr Miner es gibt, desto höher der Schwierigkeitsgrad. So wird sichergestellt, dass die durchschnittliche Zeit zur Generierung eines neuen Blocks mindestens zehn Minuten beträgt. Es funktioniert auch umgekehrt: Die Komplexität sinkt, wenn weniger Miner aktiv sind.

Aufgrund des energieintensiven Prozesses gerät das Protokoll zunehmend in die Kritik.

Proof of Stake (PoS)

Bei Proof of Stake wird keine Rechenleistung zum Mining eines Blocks benötigt. Teilnehmer einer Proof-of-Stake-Blockchain werden belohnt, wenn sie ihr Vermögen (Stake) der Blockchain zur Verfügung stellen. Bei einer Proof-of-Stake-Coin muss man die eigene Wallet geöffnet lassen, um eine Chance auf eine Belohnung zu haben.

Proof of Stake ist eine Art Lotterie. Je mehr Coins man besitzt, desto größer die Chance auf eine Belohnung. Sobald eine Transaktion stattfindet, wird eine Belohnung unter den Teilnehmern verlost, die die Blockchain unterstützen. Angenommen, man besitzt 5 % der gesamten Coins, dann hat man jedes Mal eine 5-prozentige Chance auf die Belohnung.

Mittlerweile gibt es mehrere Varianten des Proof-of-Stake-Protokolls. Die nach Proof of Stake am häufigsten genutzte Variante heißt Delegated Proof of Stake (DPoS). Bei Delegated Proof of Stake muss der Computer nicht eingeschaltet bleiben. Bei diesem Protokoll stimmt man für einen Delegierten. Dieser Delegierte nutzt den eigenen Stake sowie den Stake anderer, um Proof-of-Stake-Belohnungen zu gewinnen. Diese Belohnungen werden dann anteilig an alle verteilt, die für den Delegierten gestimmt haben.

Vorteile und Risiken der Blockchain

Blockchain-Technologie bietet im Vergleich zur traditionellen, zentralisierten Datenspeicherung einige bemerkenswerte Vorteile:

• Transparenz: Alle Teilnehmer können Transaktionen unabhängig überprüfen, was das Betrugsrisiko verringert.
• Unveränderlichkeit: Einmal aufgezeichnete Daten können nicht verändert werden, was eine dauerhafte und überprüfbare Spur hinterlässt.
• Dezentralisierung: Keine einzelne Instanz kontrolliert das Netzwerk, was es widerstandsfähig gegen Zensur und einzelne Ausfallpunkte macht.
• Effizienz: Smart Contracts können mehrstufige Prozesse automatisieren, die derzeit Intermediäre erfordern.

Gleichzeitig hat die Blockchain auch Einschränkungen, die es zu berücksichtigen gilt:

• Skalierbarkeit: Viele Blockchains verarbeiten Transaktionen bei hohem Volumen langsamer als traditionelle Zahlungssysteme.
• Energieverbrauch: Proof-of-Work-Blockchains wie Bitcoin erfordern erhebliche Rechenleistung.
• Unumkehrbarkeit: Obwohl Unveränderlichkeit eine Stärke ist, bedeutet sie auch, dass Fehler in Transaktionen schwer oder gar nicht rückgängig gemacht werden können.
• Komplexität: Die Entwicklung und Prüfung von Smart Contracts erfordert Spezialwissen, und Fehler können schwerwiegende Folgen haben.

Die Entwicklung von Blockchains und das Tooling

Die erste Blockchain war die Bitcoin-Blockchain. Diese wurde viele Male geforkt, da sie vollständig Open Source ist. Bitcoin Cash ist ein gutes Beispiel für einen solchen Fork. Jeder Fork beginnt mit derselben Codebasis, die angepasst werden kann, um bestimmte Aspekte, wie die Blockgröße, zu verändern. Auch Ethereum wurde vielfach geforkt, da diese Blockchain die Erstellung von Tokens unterstützt. Das Forken und Verändern bestehender Blockchains erfordert umfangreiches technisches Know-how, erst recht wenn eine Blockchain von Grund auf neu aufgebaut wird. Man kann eigene Entwickler einstellen oder ein Blockchain-Entwicklungsunternehmen hinzuziehen, um das hauseigene Team zu verstärken.

Das Spektrum an Aufgaben beim Aufbau und Betrieb einer neuen Blockchain ist sehr breit, da auch das Tooling rund darum entscheidend ist. Block-Explorer, Wallets, Dokumentation und Smart Contracts sind einige Beispiele.