Alle reden von Blockchain. Doch was ist eigentlich eine Blockchain? Wie funktioniert sie? Was steckt dahinter und wozu kann sie eingesetzt werden? Wir versuchen, kurz und verständlich zu erklären, worum es geht.
Was kann Blockchain?
Viele sehen in der Blockchain ein Instrument, um nach dem Internet der Nutzer und dem Internet der Dinge ein Internet der Werte zu schaffen. Blockchain kann mehr Mitbestimmung und Vertrauen im Internet bewirken und eine neue Art von Governance heraufdämmern lassen.
Die Technologie verarbeitet Abläufe und überträgt Daten absolut fälschungssicher, transparent und nachvollziehbar – und das auf direktem Weg, ohne vermittelnde Instanz. Die beteiligten Parteien einigen sich auf einen Konsens und dieser wird durch Prüfmechanismen rigoros durchgesetzt.
Damit eignet sich diese Technologie nicht nur für Kryptowährungen. Über kurz oder lang wird sie alle Industrien und gesellschaftspolitischen Prozesse betreffen.
Der technische Hintergrund
Wie der Name schon sagt, ist eine Blockchain eine Kette von Blöcken. Ein Block besteht aus Transaktionen. Diese Transaktionen können Daten und Prozesse sein. Die Kette entsteht, indem immer ein Block an die vorhergehenden angefügt wird. Dabei wird die Integrität der Blöcke durch Hashwerte, eine Art von Verschlüsselung, gesichert. Daher spricht man auch von einer kryptografischen Verkettung. Diese macht die Blöcke fälschungssicher.
Der Vorgang, einen Block zu bilden, zu verschlüsseln und anzufügen, wird als Mining bezeichnet. Dabei kommt ein so genannter Proof-of-Work-Algorithmus zum Einsatz. Das Mining ist ein ressourcenfressender Prozess, der einen hohen Energieverbrauch verursacht.
Eine Blockchain ist dezentral. Sie wird in einem Netzwerk realisiert, das die Transaktionen überprüft und manipulationssicher speichert. Die so entstandene Datenbasis (Ledger) residiert auf vielen verteilten Computern. Der Ledger verifiziert die Informationen und ist durch die Verschlüsselung und die Verteilung auf viele Netzwerkknoten fälschungssicher. Darüber hinaus ist die Blockchain ausfallsicher, weil Daten redundant gespeichert werden.
Zu den Nachteilen der Blockchain gehören der hohe Energieverbrauch und ihre zurzeit noch eingeschränkte Skalierbarkeit.
Die sieben Schritte der Blockchain
Die folgenden sieben Schritte werden in Anlehnung an den Artikel Die Grundlagen von Blockchain von Thomas Kaltofen (Computerwoche 27. Juni 2017) etwas vereinfacht wiedergegeben.
Transaktion
Bei der Transaktion tauschen zwei Parteien Informationen aus. Das kann zum Beispiel ein Dokument oder ein Geldtransfer sein.
Verifizierung
Dabei wird geprüft, ob eine Partei zu der Transaktion berechtigt ist. An der Verifizierung werden Computer im Netzwerk der Blockchain beteiligt.
Block-Struktur bilden
Die Transaktionen werden in Blöcken zusammengefasst. Diese werden durch einen Hash (eine Art Prüfsumme) verschlüsselt und eindeutig identifiziert. Die Abfolge der verlinkten Hashes bildet eine sichere, autarke Kette.
Validierung
Vor der Erzeugung der Blöcke werden die Informationen, meist mit einem Proof-of-Work-Algorithmus, validiert.
Blockchain Mining
Der Block wird erzeugt und “gehasht”. Meist konkurrieren mehrere Miner miteinander. Sie müssen ein mathematisches Rätsel lösen und wer als Erster die Lösung hat, kommt zum Zuge. Im Fall der bekanntesten Blockchain, Bitcoin, wird er in Kryptowährung dafür vergütet.
Verkettung
Kopien der Blöcke werden an die Knoten (Computer) im Netzwerk verteilt. Jeder Knoten fügt den Block manipulationssicher an die vorhandene Kette an. Da alle das Gleiche “wissen” kann niemand heimlich eine Veränderung vornehmen.
Verteidigung
Versucht ein Miner, einen Block in der Kette zu ändern, ändern sich auch die Hash-Werte dieses und der nachfolgenden Blöcke. So erkennen die anderen Knoten sofort den Manipulationsversuch und schließen den betroffenen Block aus der Kette aus.
Besonderheiten der Blockchain
Informationen sind in der Blockchain systembedingt überprüfbar, nachvollziehbar und unveränderlich. Es ist keine externe Beglaubigung mehr notwendig. Selbst Geschäftspartner, die sich nicht kennen, können vertrauensvoll zusammenarbeiten.
Blockchain beruht auf einem Konsens aller Beteiligten über das, was alle als wahr und korrekt anerkennen. Ein Netzwerk von Knoten einigt sich darauf, was wahr ist. Das gemeinsame Verständnis wird durch einen Proof-of-Work belegt. Die gegenseitige Kontrolle sorgt dafür, dass niemand unbemerkt oder ungestraft “aus der Reihe tanzen” kann.
Die Sicherheit wird zusätzlich durch die verteilte Architektur garantiert. Es gibt keinen zentralen Server, der durch einen Hackerangriff korrumpiert werden könnte. Selbst wenn einzelne Knoten des Netzwerks angegriffen würden, hätte das keine Auswirkungen auf die Gesamtheit der Blockchain.
Über Smart Contracts (intelligente Verträge) können Prozesse als Verträge etabliert werden. Diese Verträge “machen etwas” mit Informationen, die in der Blockchain verifizierbar vorliegen, ja, sie werden von diesen Informationen ausgelöst. Beispiele sind die Einräumung von Nutzungsrechten oder die Ausführung von Zahlungen.
Die Blockchain schaltet “Mittelsmänner” aus. Es können darin zum Beispiel Finanztransaktionen ohne Beteiligung von Banken ausgeführt werden. Die Direktheit macht die Transaktion schneller und kostengünstiger.
Buzzwords rund um Blockchain
Bitcoin – Dies ist die wohl bekannteste Blockchain. Bitcoins sind eine Kryptowährung (cryptocurrency), die Finanztransaktionen ohne Einschaltung von Banken ermöglicht. Erfinder ist eine Person, die sich mit dem Pseudonym Satoshi Nakamoto bezeichnet und deren wahre Identität bis heute nicht feststeht. Nakamoto beschrieb Bitcoin erstmals 2008 in einem Whitepaper.
Mit Bitcoins und Kryptowährungen wird sich in Kürze ein anderer Artikel in diesem Ratgeber beschäftigen.
Ethereum – Ende 2013 beschrieb der erst 1994 geborene Vitalik Buterin dieses Konzept für die verteilte Ausführung von Smart Contracts. Es basiert auf einer öffentlichen Blockchain und verwendet die Kryptowährung Ether.
Hyperledger – Dieses ursprünglich von der Linux Foundation gehostete Konzept arbeitet ebenfalls mit Smart Contracts. Es macht Blockchain branchenübergreifend verfügbar.
DAO – ist eine dezentrale autonome Organisation. Es handelt sich um eine autonome, automatisierte Investmentfirma, die durch einen Smart Contract in der Ethereum-Blockchain implementiert ist.
Wallet – Eine Wallet ist eine digitale Brieftasche, in der Bitcoins oder andere Kryptowährungen aufbewahrt werden.
Ausprägungen von Blockchain
Öffentliche Blockchains (Public Blockchains)
Jeder Nutzer kann an einer öffentlichen Blockchain teilnehmen, Transaktionen ausführen und am Konsens partizipieren. Für die Sicherheit sorgt die oben beschriebene, aufwändige Proof-of-Work-Technologie. Daher sind öffentliche Blockchains tendenziell eher langsam.
Konsortium-Blockchains (Consortium Blockchains)
Ausgewählte Knoten steuern den Konsens und damit die Sicherheit in der Blockchain. Ein Konsortium ist ein Unternehmenszusammenschluss, etwa von einer Anzahl Kreditinstituten. Diese steuern auch den Zugriff. Die Geschwindigkeit in Konsortium-Blockchains ist relativ hoch.
Private Blockchains (Fully Private Blockchains)
Nur bestimmte, vertrauenswürdige Nutzer haben Zugriff. Die Identitäten dieser Benutzer sind bekannt; der Zugang wird durch Rechtevergabe geregelt. Diese Blockchains sind sehr schnell.
Anwendungen
Zum jetzigen Zeitpunkt ist noch nicht einmal abzusehen, welche Anwendungen und Innovationen durch diese neue Technologie möglich werden.
Viel diskutiert werden zurzeit folgende Anwendungen:
Lizenzen und Rechte-Einräumung
Der Musik-Streamingdienst Spotify hat kürzlich das Startup Mediachain übernommen, um das Rechtemanagement und die Zahlung von Tantiemen für die bereitgestellten Musiktitel zu automatisieren.
Die Organisationen zur Geltendmachung von Urheberrechten, wie z. B. GEMA und VG Wort, könnten durch die neue Lösung komplett ersetzt werden.
Finanzbranche
Die Auswirkungen auf die Finanzbranche sind phänomenal. Durch fälschungssichere Ende-zu-Ende-Finanztransaktionen ohne Einschaltung von Banken würden viele frühere Geschäftsmodelle obsolet. Überweisungen funktionieren jetzt ohne Zutun von Banken. Aktien werden ohne Einschaltung eines Brokers zugeteilt. Neue Fintech-Produkte entstehen. Die Banken stehen vor einem tiefgreifenden Wandel.
Internet der Dinge
Mit Blockchain können sichere Infrastrukturen zur Steuerung von Smart Homes geschaffen werden. In der Fertigung können Smart Contracts ebenfalls für dokumentierte, konsistente, manipulationssichere und automatisierte Prozesse angewendet werden.
Logistik
Die Logistik ist ein idealer Kandidat für Smart Contracts. Logistische Prozesse wie z. B. die Akkreditivabwicklung, lassen sich mit dieser Technologie abbilden. Generell können Supply Chains einfacher und stabiler gestaltet werden. Mittels RFID kann eine Blockchain alle Standorte, Be- und Verarbeitungsprozesse und Aktionen, die einen Gegenstand betreffen, nachvollziehbar und manipulationssicher dokumentieren.
Öffentliche Hand
Ämter, wie z. B. Grundbuch- und Katasterämter, Versorgungsunternehmen, Gerichte, Institutionen – alle öffentlichen Gliederungen und Organisationen können ihre Prozesse mittels Blockchains nachvollziehbar und transparent machen. Es gäbe keinen Ansatz mehr für Korruption oder Missmanagement.
Fazit
Blockchain ist eine Zukunftstechnologie mit großem Potenzial. Durch ihre Architektur können Parteien ihre Transaktionen direkt abwickeln, ohne Manipulationen oder Angriffe befürchten zu müssen. Vertrauen und Transparenz sind in diese Technologie „eingebaut“.
Die bekannteste Blockchain-Anwendung ist die Kryptowährung Bitcoin. Doch die Technologie kann mehr als das. Überall, wo digitale Vorgänge stabil, konsistent und überprüfbar vonstatten gehen müssen, ist ein Einsatz denkbar.
