Was ist eine Blockchain?

Am 9. Januar 2009 stellte uns Satoshi Nakamoto den Bitcoin vor und mit ihm eine ganz neue Technologie, die Blockchain.

Inzwischen wird diese revolutionäre Technologie, die als Grundlage für die meisten Kryptowährungen dient, in fast allen Branchen getestet. Dennoch verstehen viele Menschen noch immer nicht, was eine Blockchain überhaupt ist.

Was macht eine Blockchain? Blockchains zeichnen sich durch eine ganz spezifische Funktion aus: die Sicherung eines verteilten, vertrauenswürdigen, unveränderlichen Ledgers (Hauptbuch / Kassenbuch oder auch Speicher) für Daten.

Vor der Erfindung der Blockchains gab es keine Möglichkeit, eine Datenbank mit dem gesamten Internet zu teilen und trotzdem darauf zu vertrauen, dass ihre Daten zuverlässig und manipulationssicher sind. Dank der Blockchains können wir uns nicht nur auf diese Daten verlassen, sondern im Falle von Bitcoin können wir damit ein Netzwerk im Wert von derzeit 166 Milliarden Dollar sichern.

Historie

Blockchains wurden 1991 von einer Gruppe von Kryptographen als theoretische Art der Datenstruktur erstmals vorgestellt. Es dauerte aber noch weitere 18 Jahre, bis eine Person oder Gruppe namens Satoshi Nakamoto tatsächlich eine Blockchain als Ledger für die Kryptowährung Bitcoin einsetzte.

Es wurden bereits Versuche unternommen, digitale Währungen zu schaffen. Einige von ihnen werden sogar im Bitcoin-Whitepaper erwähnt. Alle diese Vorgänger des Bitcoin hatten jedoch eines gemeinsam: Ihre Datenbanken waren zentralisiert und ihre Schöpfer öffentlich bekannt. Daher wurden die Projekte bald aus verschiedenen rechtlichen Gründen geschlossen.

Satoshi, der aus den Fehlern dieser vergangenen Versuche gelernt hatte, wusste zwei Dinge mit Sicherheit. Erstens wusste er, dass seine Identität verborgen bleiben sollte, was durch die Verwendung des Pseudonyms Satoshi Nakamoto erreicht wurde. Zweitens wusste er, dass es niemanden geben durfte, der die Kontrolle über das Hauptbuch hat (den Datenspeicher), um keine rechtlichen Schwierigkeiten zu riskieren. Die Blockchain war das bahnbrechende Konzept, mit dem das zweite Problem gelöst wurde.

Allgemeiner Überblick

Eine Blockchain ist eine Art Datenbank, in der die Daten in Gruppen, sogenannten Blöcken, organisiert sind. Jeder neue Block verwendet ein kryptographisches Verfahren, das Hashing genannt wird, um eine Referenz auf die Daten des vorherigen Blocks aufzunehmen. Dies erzeugt eine Kette in dem Sinne, dass das Ändern von Daten in einem Block wiederum den nächsten Block und so weiter verändern würde.

Abhängig von der Schwierigkeit, der Kette neue Blöcke hinzuzufügen, macht die Tatsache, dass es einen Verweis auf den vorherigen Block gibt, die Kette widerstandsfähig gegen Modifikationen. Je länger die Kette wird, desto widerstandsfähiger wird sie gegen Veränderungen. Dies macht die Daten auf der Blockchain extrem sicher und zuverlässig.

Anwendungsfälle

Die erste Verwendung einer Blockchain erfolgte als Ledger für die digitale Währung Bitcoin. In den Jahren seit damals gab es mehrere Versuche, Blockchains in anderen Branchen einzusetzen.

Microsoft ebnet den Weg für eine Zukunft, in der wir keine Identifikationsdokumente mehr scannen müssen, und verwendet Blockchains, um die Online-Verifikation zu erleichtern. Storj verwendet Blockketten zur Dezentralisierung der Datenspeicherung, und Augur bietet einen Prognosemarkt, der genaue Prognosen verspricht. Während Betriebe wie La`Zooz und Arcade City Blockchains für die Verteilung von Fahrgemeinschaften verwenden, wollen Follow My Vote und Democracy Earth sie nutzen, um Abstimmungen zu dezentralisieren und zu sichern.

In anderen Fällen werden Blockchains nicht nur als Ledger verwendet. Es gibt eine Handvoll Teams, die Blockchains als Plattformen für Smart Contracts nutzen. Diese wurden früher als “blockchain 2.0”-Projekte bezeichnet, weil sie den Plan, den Satoshi uns gegeben hat, auf die nächste Stufe bringen. Diese Blockchains sollen wie ein globaler Computer und nicht wie eine Datenbank funktionieren.

Wie ist eine Blockchain sicher?

Zu sagen, dass eine Blockchain sicher ist, bedeutet, dass die in der Blockchain gespeicherten Informationen nicht verändert werden können. Wie kann also eine Datenbank, die vollständig von Fremden, von denen einige von ihnen als schlechte Akteure bekannt sind, aufgebaut und gepflegt wird, so zuverlässig sein? Es geht um zwei wesentliche Dinge: intelligente Planung der Belohnung vs. Strafe und Dezentralisierung.

  • Spieltheorie

Eine der Eigenschaften, die eine Blockchain sichert, ist das Gleichgewicht zwischen der Schwierigkeit, neue Blöcke hinzuzufügen, und der dafür erhaltenen Belohnung. Wenn die Blöcke zu schwierig zu erstellen sind oder es keine ausreichende Belohnung gibt, werden keine Transaktionen jemals bestätigt. Wenn die Blöcke jedoch zu einfach zu erstellen sind, könnte ein bösartiger Akteur die Kette rückgängig machen, sich selbst mehr Coins geben und dann die Blöcke wieder aufbauen – offensichtlich eine Katastrophe.

Die Analyse, wie sich die Teilnehmer eines Wettbewerbssystems als Reaktion auf Belohnung und Strafe verhalten, wird als Spieltheorie bezeichnet. Einige Leute werden sagen, dass die große Erfindung der Blockchain wenig mit Kryptographie oder Ökonomie zu tun hatte, sondern ein brillanter Schritt nach vorne für die globale Spieltheorie in dieser vernetzten Welt war.

Was Satoshi tat, war, die inhärenten Kosten für die Stromerzeugung als Strafe zu nutzen und die neu gewonnenen Bitcoins als Belohnung. Dies half in zweierlei Hinsicht: Es schuf einen Anreiz, ehrlich zu bleiben, und eine Methode, mit der neue Coins generiert werden konnten.

  • Mining

Wenn Transaktionen in einem Kryptowährungsnetzwerk durchgeführt werden, werden sie zunächst an andere Knoten im Netzwerk gesendet und in einer Gruppe gespeichert, die darauf wartet, im nächsten Block aufgenommen zu werden. Diese Gruppe von unbestätigten Transaktionen wird als “Mempool” bezeichnet.

Damit diese Transaktionen in einen Block aufgenommen werden können, muss zunächst ein gewisses Maß an rechnerischer “Arbeit” geleistet werden. Die spezialisierte Hardware, die diese Arbeit leistet, wird als Miner bezeichnet, und sie benötigt eine massive Menge an Strom, um einen neuen Block zu erzeugen. Miner, die erfolgreich einen neuen Block hinzufügen, erhalten eine Belohnung von 12,5 Bitcoin.

Dieses System der energetischen Ergänzung der Kette durch neue Blöcke wird als “Proof of Work” (PoW) bezeichnet.

Eine weitere interessante Methode, die verwendet wird, ist der so genannte “Proof of Stake” (PoS). In einem PoS-System werden die Chancen, einen Block zu finden, nicht durch physische Maschinen bestimmt, die Strom verbrauchen, sondern durch die Höhe oder das Alter der Kryptowährung, die ein Miner eingesetzt hat. Bislang wurde PoS noch nicht wirklich global getestet, aber das wird sich ändern, wenn Ethereum mit dem Übergang zu Casper beginnt.

Die PoS-Methode ist interessant, da sie zwei Themen behandelt. Das erste ist offensichtlich, eine Reduzierung des Energieverbrauchs durch PoW. Das zweite ist philosophischer Natur. In einem PoW-System muss ein Miner keinen der Coins behalten, die er gewinnt. Er kann alle seine Rewards sofort verkaufen und das ist oft auch notwendig. Die meisten Miner haben hohe Kosten, die durch den Betrieb Ihrer Hardware entstehen, vor allem Stromkosten.

Es gibt eine Theorie, dass dieses mangelnde Interesse der Miner, die Coins selbst zu besitzen, in Zukunft negative Auswirkungen auf die Blockchain haben könnte. Andererseits muss ein Miner beim PoS einen Teil seines Vermögens in Form des Coins halten, um das Mining aufrechtzuerhalten. Daher ist die Theorie, dass die Miner beim PoS ein persönliches Interesse an der Zukunft des Coins haben werden.

Unabhängig vom Proof-Algorithmus, solange Belohnung und Schwierigkeit im Gleichgewicht bleiben, liegt es immer im besten Interesse eines Miners, Transaktionen nach den Regeln zu bestätigen. Durch den Versuch, die Regeln zu brechen oder einen Teil der Blockchain neu zu schreiben, werden die Miner bestraft. Selbst mit einem extrem hohen Geldbetrag ist es nicht möglich einen Angriff zu starten, der profitabler ist, als einfach nur die Regeln einzuhalten.

Dezentralisierung

Ein weiteres wichtiges Merkmal einer gesunden Blockchain ist die Dezentralisierung, was bedeutet, dass der Betrieb von Knoten diversifiziert ist. Außerdem ist es wichtig, dass es eine ausreichende Anzahl von Knoten gibt, die den vollständigen historischen Datensatz jeder Transaktion speichern. Diese werden als ” Full Nodes ” bezeichnet.

Ein wichtiger Grund für eine weite dezentrale Verteilung der Blockchain ist es, die Zensur zu erschweren. Man müsste fast 100% der Knoten dazu bringen, sich auf eine Zensur zu einigen. Ohne die Mehrheit bekommt man zwei verschiedene Versionen der Realität, wobei einige Knoten die zensierten Daten haben und andere die unzensierten Daten. Diese beiden Teilknoten werden nicht mehr miteinander kommunizieren und eine so genannte ” Hard Fork ” verursachen, die für beide Seiten katastrophale Auswirkungen haben kann.

Diese Art von Fork geschah tatsächlich mit Ethereum (ETH), als die Entwickler beschlossen, die Blockchain zurückzufahren, um einen Codierungsfehler zu beheben, und ein Teil der Knoten sich weigerte zu folgen. Die Knoten, die sich geweigert haben zu folgen, haben jetzt ihren eigenen Coin: Ethereum Classic (ETC).

Ein weiterer Grund, das Netzwerk dezentral zu halten, ist nicht die Sicherheit, sondern der allgemeine Zustand des Systems. Wenn neue Knoten online gehen, egal ob sie versuchen, die gesamte Blockchain zu erfassen oder nur den Saldo einer einzelnen Adresse zu überprüfen, müssen sie diese Daten von anderen Knoten anfordern. Wenn es nicht eine annehmbare Anzahl von Knoten gibt, die die Daten bereitstellen, dann können die vorhandenen Knoten leicht überlastet werden. Dies kann das gesamte Netzwerk verlangsamen oder sogar ganz stoppen.

Warum eine Blockchain verwenden?

Seit Jahrzehnten befinden sich unsere digitalen Informationen in Datenbanken, die einen minimalen Pflegeaufwand erfordern und oft nur von einer einzigen Person betreut werden. Wenn Sie darüber nachdenken, ist eine Blockchain eine der am wenigsten effizienten Möglichkeiten, Daten zu speichern. Warum also alle Ressourcen nutzen, die für den Aufbau und die Wartung einer Blockchain erforderlich sind?

In einem traditionellen Datenspeichersystem steckt viel Vertrauen, auch wenn man es nicht erkennt. Denken Sie zum Beispiel an Ihr Bankkonto. Wenn Sie Geld ausgeben oder einzahlen, wird diese Aktion in die Datenbank der Bank eingetragen. Ihr Kontostand ist die Summe aller Informationen in dieser Datenbank, die sich auf Ihr Konto beziehen. Sofern ein Mitarbeiter der Bank keinen Fehler macht, sind diese Informationen in der Regel korrekt, da die Bank einen Ruf zu wahren hat und oft eine rechtliche Verantwortung trägt.

Um diese zentralisierten Datenbanken zu schützen, werden große Mengen an Zeit und Geld in die Sicherheit investiert, sowohl technologisch als auch physisch. Eine Blockchain hingegen ermöglicht es uns, diese Datenbank für jeden nutzbar zu machen und trotzdem sicher zu bleiben. Die Teilnehmer können sich auf ein öffentliches Datenregister einigen, ohne dass sie einer der beteiligten Parteien vertrauen oder rechtliche Verantwortung auferlegen müssen.

Der Grund, warum Sie niemandem auf einer richtigen Blockchain vertrauen müssen, ist, dass Sie den Gesetzen der Thermodynamik vertrauen können. Die Tatsache, dass es Kosten für die Umwandlung von Energie in Strom gibt, ist der Grund dafür, dass es letztendlich nie gelingen wird, zu betrügen.

Zusammenfassung

Es besteht kein Zweifel, dass das Konzept der Verwendung einer Blockchain für Bitcoin tiefgreifend war. Ohne sie könnte keine Kryptowährung existieren, wie wir sie heute kennen. Blockchains haben aber noch mehr als das getan. Sie haben ein entscheidendes Vertrauensproblem für das Internetzeitalter elegant und sicher gelöst.

Wir haben jetzt die Möglichkeit, Informationen mit mehr Sicherheit und Zuverlässigkeit auszutauschen als je zuvor. Ich bin sicher, dass die Menschen in Zukunft auf die Erfindung der Blockchain zurückblicken und sie mit der Erfindung des Internets selbst vergleichen werden.

Allerdings ist es noch sehr früh im Leben der Blockchains und außerhalb der Kryptowährungen ist den meisten nicht klar, wie sie funktionieren. Dennoch werden sie in anderen Bereichen getestet und es ist nur eine Frage der Zeit, bis eine andere Branche grundlegend von ihnen verändert wird. In den nächsten Jahren wird es spannend sein, herauszufinden, wo sonst noch Blockchains florieren können und wie viel effizienter sie sein werden.

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