Einmal Blockchain zum Mitreden

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Blockchain image by Davidstankiewicz is licensed under CC SA 4.0
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 / 3. August. 2017

Blockchain – eine dezentrale Datenbank, die von mehreren Parteien auf eine bestimmte Art und Weise betrieben wird, sodass ihr alle vertrauen können und sie als gemeinsame Wahrheit angenommen wird.

Das Prinzip scheint einfach erklärt. Virginia Rometty, CEO IBM, fasst die wichtigsten Punkte zusammen:

“Blockchain offers a way to track items or transactions using a shared digital “ledger”.
Blocks of new transactions are added at the end of the chain, and encryption ensures that it remains unbroken – tamper-proof and error-free.”

  1. Shared digital ledger: Ein verteiltes Hauptbuch, das Transaktionen transparent und rückverfolgbar macht.
  2. Blocks: Hintereinander verkettete Blöcke, die Transaktionen enthalten.
  3. New transactions: Neue Transaktionen, die in einem Block an das Ende der Kette gehängt werden.
  4. Encryption: Verschlüsselungstechnologie, die sicherstellt, dass die Kette niemals gebrochen wird – manipulationssicher und fehlerfrei.

Die Bitcoin Blockchain

Das Konzept der Blockchain wurde 2008 erstmals von Satoshi Nakamoto beschrieben. Im Jahr darauf veröffentlichte er die erste Implementierung der Bitcoin-Software und startete dadurch die erste öffentlich verteilte Blockchain. Allein in den vergangenen 24 Monaten wurden weltweit rund 236 Millionen Bitcoin-Transaktionen durchgeführt.

Das Bitcoin Zahlungssystem besteht aus einer dezentralen Datenbank, in der alle Transaktionen verzeichnet sind sowie dem Bitcoin-Protokoll, mit dem die Teilnehmer die Datenbank verwalten.

Das Bitcoin Zahlungssystem. Foto: Flaticon

Die Bitcoin Blockchain ist das öffentliche Hauptbuch, das alle Transaktionen enthält und auf allen Knoten im Blockchain-Netz gespeichert ist. Somit haben alle Teilnehmer des Netzwerks die gleichen Voraussetzungen, um am System teilzunehmen und neue Informationen hinzuzufügen. Die so genannten Miner betreiben und sichern das Bitcoin Netzwerk, indem sie mehrere Transaktionen zusammenfassen und validieren.

Bitcoin Transaktionen

Bitcoin Transaktionen. Foto: Flaticon

Bitcoin-Konten werden über öffentliche Adressen angesprochen. Eine Bitcoin-Transaktion erfordert:

  • Öffentliche Adresse des Empfänger-Kontos
  • Überweisungsbetrag
  • Öffentliche Adresse des Sender-Kontos
  • Private Key zu dieser öffentlichen Adresse, um Transaktionen ausgehend von diesem Konto zu signieren

Informationen wie Kartennummern, Namen oder Adressen sind nicht erforderlich.

Erzeugung neuer Blöcke über ein Konsensverfahren

Neue Transaktionen werden mit Hilfe der Miner an die Blockchain angehängt. Hierzu fassen die Miner Transaktionen zusammen und versuchen, einen neuen Block zu erzeugen. Dieser neue Block wird über ein spezielles Konsensverfahren geschaffen. Bei der Bitcoin Blockchain besteht die Erzeugung des neuen Blocks in der Lösung einer kryptografischen Aufgabe, in der u.a. die Hash-Funktion SHA256 angewendet wird.

Konsensverfahren „Proof-of-Work“ gemäß Bitcoin-Protokoll I. Foto: Flaticon

Für die Aufgabe dienen die folgenden drei Größen als Input:

  • Previous Hash (256 Bit): aktuellster Block der Blockchain als Anknüpfpunkt.
  • Merkle Root: ein Wert, der durch paarweises Hashen der einzuwebenden Transaktionen mithilfe eines Hash-Baum / Merkle Trees erzeugt wird. Beim letzten Hashwert handelt es sich um den Root Hash / Merkle Root.
  • Nonce: frei wählbarer Wert, um sicherzustellen, dass eine Lösung gefunden werden kann.

Output der Funktion muss laut Bitcoin-Protokoll ein neuer Hash sein, bei dem die ersten 17 Bits mit Nullen belegt sind.

Konsensverfahren „Proof-of-Work“ gemäß Bitcoin-Protokoll II. Foto: Flaticon

Der neue Hash ist nur zu finden, indem die Miner herum probieren und immer wieder die Nonce austauschen, bis die Aufgabe gelöst ist. Dieses rechenintensive Konsensverfahren wird „Proof-of-Work“ (PoW) genannt.

Der Miner, der zuerst den neuen Hash errechnet, veröffentlicht den Block im Netzwerk. Der Block wird von allen an der Blockchain beteiligten Knoten verifiziert und der Kette hinzugefügt. Der „new hash“ dient nun als Anknüpfungspunkt für die Erzeugung des nächsten Blocks.

Durch die aufeinander aufbauende Speicherung von Daten in einer Blockchain ist eine nachträgliche Änderung nicht möglich, ohne die Integrität des Gesamtsystems zu beschädigen. Das macht die Manipulation von Daten beinahe unmöglich. Ein Angreifer müsste mehr als 50 Prozent der Rechenleistung des gesamten Netzwerks erbringen, um schneller Blöcke erzeugen zu können als die restlichen Teilnehmer und so die Blockchain zu manipulieren.

Konkurrierende Ketten

Bei der Erzeugung eines neuen Blocks kann es passieren, dass mehrere Miner gleichzeitig neue Blöcke finden. Die Blockchain verzweigt dann in mehrere mögliche Fortsetzungen, die miteinander konkurrieren (Fork).

Fork – die Blockchain verzweigt. Foto: Flaticon

Existieren mehrere Fortsetzungsstränge, docken die Miner so lange an deren Enden an, bis ein Strang länger ist. Die längste Kette wird von allen Knoten als die gültige Kette akzeptiert, da hinter dieser der größte Rechenaufwand steht (PoW).

Auf dem Weg zur „ewigen“ Blockchain

Gemäß Bitcoin Protokoll wird etwa alle zehn Minuten ein neuer Block erstellt und der Kette hinzugefügt. Ist das geschehen, gelten die im neuen Block dokumentierten Transaktionen als formal bestätigt. Nach vier bis sechs Bestätigungen – also neu hinzugefügten Blöcken – gelten Bitcoin-Transaktionen in der Regel als unveränderbar und sind damit Teil der „ewigen“ Blockchain.

Blockchain – ein Innovationstreiber?

Die Blockchain verfolgt den Ansatz der dezentralen Vertrauensbildung. Sie ist eine grundlegende Technologie und eine Plattform für Innovation, deren Wert sich künftig herauskristallisieren wird. Investieren sollte man vor allem in das Verständnis der Technologie, um bereit zu sein, wenn sich mehrere tragfähige Blockchain-Ledger herausbilden.

 

Die Autorin: Sandra Rueß hat Wirtschaftsinformatik mit Schwerpunkt Business Engineering studiert und arbeitet als Business Consultant beim Beratungs- und Software Haus doubleSlash. Ihre Fachgebiete sind Datenmanagement, Billing und Payment sowie vernetzte Dienste, insbesondere im Automotive Bereich. Außerdem prüft sie den Einsatz und die Chancen von Blockchain für konkrete Anwendungsfälle bei Unternehmen.
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