Blockchain Technologie

Eine Blockchain ist eine vollständige und unveränderliche Transaktionshistorie aller Transaktionen einer dezentralen Community, der jeder, der Teil davon ist, zustimmt. Das Wort Blockchain fiel erstmalig im Zusammenhang mit Bitcoin als dezentrales Netzwerk für Zahlungen in der gleichnamigen digitalen Währung. Hierbei beschreibt die Blockchain eine zugrundeliegende Technologie, in der alle Transaktionen öffentlich und unveränderbar verzeichnet sind. Diese Transaktionshistorie wird in regelmäßigen Zeitabschnitten aktualisiert. Jeder Teilnehmer der dezentralen Community akzeptiert sie als Realität, speichert sie auf seinem Computer ab und kann so jederzeit sicherstellen, dass niemand Ausgaben doppelt machen kann, da dies anderswo zu einem Konflikt in der Transaktionshistorie führen würde.

Eine Besonderheit der Blockchain Technologie ist, dass sie das „Double Spending Problem“ gelöst hat. Double Spending bedeutet, etwas doppelt ausgeben zu können, und galt bis 2008 nur durch eine zentrale Institution als lösbar. Double Spending kann am besten anhand des Beispiels eines Bildes am Handy verstanden werden. Wenn ich es auf Facebook hochlade, habe ich dabei eine Kopie angefertigt und ich kann das Bild dann zum Beispiel auch auf Instagram hochladen. Ich habe mein Bild also „doppelt“ verwendet. Dieser Effekt machte es bis 2008 unmöglich eine vertrauenswürdige dezentrale digitale Währung zu etablieren.

Wie stehen Blockchain und digitale Währungen zueinander?

Die Blockchain Technologie bietet die Grundlage zur Existenz einer dezentralen digitalen Währung. Eine solche Währung ist eine Applikation, die aufgrund einer zugrundeliegenden Blockchain ausgeführt werden kann. Die Blockchain bietet allerdings noch weitaus mehr Anwendungen wie zum Beispiel Eigentum, Identifikation, Kommunikation usw., die alle eine zentrale steuernde Partei loswerden wollen.

Blockchain: ist die unveränderliche Transaktionshistorie einer dezentralisierten Community. Kryptowährung: Eine Applikation der Blockchain Technologie, um mit Hilfe einer Blockchain Informationen zur Währung per Kryptographie zu sichern.

Was ist Mining?

Mining ist eines der am meisten missverstandenen Dinge in puncto Kryptowährungen. Die meisten Leute glauben, dass Mining ein Prozess ist, in dem eine Kryptowährung erstellt wird. Das ist jedoch falsch. Mining ist ein Prozess in einem dezentralen System, um Konsens zu kreieren. Konsensus bedeutet Zustimmung und ist die Einigung darüber, was passiert ist und was nicht. In einem zentralen System erledigt das die zentrale Institution. Zum Beispiel eine Bank mit all ihren Vor- und Nachteilen. In einem dezentralen System entscheidet die Gemeinschaft. Um keine Unstimmigkeiten zu haben, wird „Mining“ als eine der Möglichkeiten verwendet.

Wie entsteht Konsensus in einer Blockchain?

Sobald man sich entscheidet, eine Zahlung an jemanden zu senden, muss man den Private Key nutzen, um diese zu „signen“ (zu Deutsch: unterschreiben). Dies bedeutet nichts anders als, dass man eine andere Public Adresse angibt, an die man das Geld senden will, und diese Transaktion mit seinem eigenen Private Key bestätigt. Es gibt keine zentrale Behörde, an die man die Informationen senden muss, sondern man verbreitet die Information an alle umliegenden Miner. Die Miner leiten diese Infos dann an andere Miner weiter, die wiederum das gleiche tun. Diese sich exponentiell verbreitende Welle an Informationen erreicht innerhalb weniger Millisekunden das gesamte Netzwerk der dezentralen Community. Jedes Mal, wenn ein Miner eine Transaktion erhält, prüft er ob diese Transaktion tatsächlich korrekt ist. Er prüft, welcher Private Key unterschrieben hat, an welche Public Adresse die Transaktion gehen soll und ob der Sender überhaupt genug „Coins“ besitzt für diese Transaktion.

Was sind Konsensus-Mechanismen?

Jeder Miner, der durch komplexe mathematische Berechnungen eine Transaktion löst wird vom Sender durch eine „Fee“ (Transaktionsgebühr) belohnt. Wie wird nun entschieden, welcher Miner die Transaktionsgebühr bekommt? Denn es kann ja nur einer diese Belohnung bekommen. Außerdem, was passiert, wenn man ein Double Spending versucht, indem man erst eine Transaktion an einen Miner schickt und dann eine andere Transaktion mit dem selben Geld nur eine Millisekunde später an einen anderen? Diese beiden konnten sich ja noch nicht austauschen und somit wären unterschiedlich Informationen im Netzwerk. Einmal hat man das Geld Person A gesendet und einmal Person B. Welcher Miner hat nun Recht? Die Lösung dazu ist, dass man den Konsensus in Zeitblöcke unterteilt, in welcher jeweils per Zufall ein Miner ausgewählt wird, der dann bestimmen kann, welche Transaktion er während dieses Blocks als Konsensus ausgewählt hat. Die Transaktionen werden in Blöcken der Kette gespeichert. In jeden Block passen nur eine begrenzte Anzahl an Transaktionen. Der Miner, der die letzte Transaktion eines Blocks löst, bevor ein neuer generiert wird, bekommt als Belohnung zusätzlich noch einen Bitcoin.

Mittlerweile gibt es auch andere Verfahren einen Konsens zu kreieren. Aber größtenteils haben sich die folgenden 3 Möglichkeiten als Konsensus-Mechanismus bewährt:

1. Proof of Work (Arbeitsnachweis)
2. Proof of Stake (Geldnachweis)
3. Proof of Importance (Wichtigkeitsnachweis)

Die Unterschiede stelle ich in einem anderen Blog-Beitrag dar.

Wie entstehen Blöcke in einer Blockchain?

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Jeder Block baut unwiderruflich auf einen älteren Block auf. Würde man den Block entfernen, müsste man alle Blöcke darüber ebenfalls entfernen, was die komplette Kette an Blöcken zerstören würde. Denn jeder neue Block enthält auch Informationen von seinem Vorgängerblock. Dies ist sehr wichtig für das Verständnis der Unveränderlichkeit einer Blockchain. Würde man einen Block nachträglich manipulieren, müsste man auch alle darauffolgenden Blöcke anpassen. Der Aufwand wäre so unendlich groß und teuer das sich so eine Manipulation praktisch nicht umsetzen lässt. Man kann sich das wie folgt vorstellen. Eine Blockchain entsteht aus den kryptographisch miteinander verketteten Blöcken (Puzzle) voller Transaktionen (Puzzleteile) und kann daher nicht verändert werden, ohne die gesamte Blockchain zu zerstören. Aus diesem Grund wird eine Blockchain als eine unveränderliche Transaktionshistorie angesehen, auf die sich eine dezentralisierte Community geeinigt hat. Eine Blockchain ist so programmiert, dass jeder Miner am längsten Teil der Blockchain mitarbeitet, da dies offensichtlich die Kette ist, in die die meiste Arbeit investiert wurde. So wird verhindert, dass, nur weil jemand eine neue Kette starten würde, diese jemand versehentlich als „Realität“ anerkennen würde. Es kommt jedoch hin und wieder vor, dass zwei Miner, welche an der längsten Kette arbeiten gleichzeitig einen neuen Block finden. Dieses bezeichnet man dann als Orphan Blocks. Die Kette hat nun im Prinzip zwei Endstücke (2 parallele Blocks). Verschiedene Miner arbeiten nun an unterschiedlichen Enden der Kette. Die Blockchain wird anschließend dort fortgeführt, wo zuerst der nächste Block gefunden wird. Der andere Block nennt sich dann Orphan Block und ist quasi eine kleine „tote“ Abzweigung der Blockchain.

Wie erklärt man also die oben genannten Dinge seiner Oma?

1. Um eine Transaktion in Kryptowährungen durchzuführen, muss man nicht wie bei „normalem“ Geld seiner Bank Bescheid geben, sondern muss mit Hilfe des Private Keys nachweisen, dass man Eigentümer der „Coins“ ist. Die Transaktion sieht wie ein Puzzleteil aus.
2. Eine Hälfte des Puzzleteils besteht aus Informationen zur Coin-Menge, Zeitpunkt und Public Adresse des Versenders bzw. des Empfängers. Die andere Hälfte ist die Signatur des zur versendeten Public Adresse gehörenden Private Keys. Beide Hälften machen dieses Puzzleteil einzigartig. Würde man nur eine Information ändern würde sich die komplette Transaktion bzw. das Aussehen des Puzzleteils komplett ändern.
3. Diese Transaktion wird an das Netzwerk bzw. an die Miner übertragen und zuallererst auf die Korrektheit überprüft. Wenn alles passt, wird die Transaktion an andere Miner weitergesendet die wiederum das gleiche machen. Ansonsten wird die Transaktion ignoriert.
4. Miner versuchen die Transaktionen in einen Block zu integrieren. Dieses wird als Mining bezeichnet und wir haben es so beschrieben, dass die Miner die Puzzleteile zu einem Puzzle (Block) zusammensetzen.
5. Ein kleiner Teil eines Blocks, der integriert werden soll, folgt aus dem Block, welcher zuvor gemined wurde. Akzeptieren alle Miner die Korrektheit eines fertig gestellten Blocks arbeiten alle sofort am nächsten weiter. Das Puzzle (Block) wird somit fixiert und ist unwiderruflich mit dem Block zuvor bzw. danach verbunden.
6. Die Blöcke bilden eine Kette und werden Blockchain genannt, welche alle Transaktionen, welche je gemacht wurden, enthält und von jedem einsehbar und unveränderbar ist. Dabei ersetzt die Blockchain ein zentrales Institut und vermeidet ein Double Spending, was schlussendlich einer Kryptowährung den Wert verleiht.

Smart Contracts

Der größte Fortschritt im Vergleich zu Bitcoin und ähnlichen Anwendungen besteht darin, dass Blockchains der zweiten Generation, wie zum Beispiel Ethereum, die sogenannte Turing-Complete-Skriptsprache Solidity verwenden. Diese ermöglicht es, Berechnungen innerhalb der Blockchain durchzuführen. Während Bitcoin nur rudimentäre Muli-Signatur-Funktionen erlaubt, öffnet Ethereum die Tür für weitaus komplexere Abläufe, welche als Smart Contracts bezeichnet werden. Smart Contracts sind Verträge, bei denen eine dezentralisierte Blockchain ihre Unveränderbarkeit und Ausführung gewährleistet.

Die technische Entwicklung schreitet mit hoher Geschwindigkeit fort. Daher fällt der Begriff „Blockchain“ mittlerweile nicht nur im Zusammenhang mit digitalen Währungen. Vielmehr ist von einer Technologie die Rede, welche bestehende Produkte, Dienstleistungen und sogar Geschäftsmodelle disruptiv beeinflussen wird.

Um die Potentiale und Auswirkungen der Blockchain-Technologie besser beurteilen zu können, haben sich in den letzten Jahren verschiedene Firmen aus unterschiedlichen Technologien und vor allem Finanzbereichen in Konsortien zusammengeschlossen:

• Das R3 Konsortium, welches vornehmlich einen Zusammenschluss von rund 80 Firmen aus der Finanzwirtschaft (UBS, Credit Suisse, Deutsche Bank, Commerzbank, …) ist.
• Das IoT-Consortium, zu dem u.a. Bosch Ltd. Cisco Systems Inc. gehören, untersucht inwiefern Blockchain-Technologie zur Absicherung und Verbesserung von IoT-Netzwerken eingesetzt werden kann.
• Im Hyperledger (Enterprise Ethereum Alliance) Konsortium haben sich mehr als 120 Firmen aus dem Bereich Finanzen, Banken, IoT und der Industrie organisiert.
• Enterprise Ethereum Allianz mit rund 500 Startups, Unternehmen und akademische Einrichtungen aus den unterschiedlichsten Bereichen.

Hierzu mehr in meinem nächsten Blog-Beitrag …