Blockchain

Die Blockchain ist eine Technologie welche eine verteilte (d.h. nicht zentrale oder dezentrale) Datenstruktur für die Verwaltung von Informationen ermöglicht. Dabei setzt die Technologie auf ein Peer-to-Peer-Netzwerk auf, welches die direkte Kommunikation zwischen einzelnen Teilnehmern der Plattform ermöglicht. Ursprünglich wurde die Blockchain für die Krypto-Währung „Bitcoin“ entwickelt. Das Potential der Blockchain geht jedoch weit über die digitale Währung hinaus.

Wer hat Blockchain erfunden?

Die Idee der Blockchain kommt von Satoshi Nakamoto. Satoshi Nakamoto steht bis heute als Pseudonym für eine unbekannte Person, welche im Oktober 2008 ein Whitepaper mit dem Namen „Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System“ auf metzdowd.com veröffentlichte, das die Bitcoin-Währung auf Basis der Blockchain beschreibt. 

Was ist die Blockchain?

Bevor wir dazu kommen, was genau die Blockchain ist, ein kurzer Abstecher zu der Funktionsweise unseres heutigen Internets. Dies wird helfen, um den alternativen Ansatz der Blockchain-Technologie zu verstehen. Stand heute liegen unsere eigenen Daten, Passwörter und Finanzinformationen weitgehend auf anderen Computern – in Clouds oder auf Servern – die Firmen wie zum Beispiel Instagram, Facebook oder Yahoo gehören. Auch die Ethereum-Base Plattform wird auf einem Server gespeichert, der von einem Unternehmen kontrolliert wird, auf welches wir selbst keinen (aktiven) Einfluss haben. Diese Architektur hat den Vorteil, dass wir als Verbraucher keine eigene Rechenkapazität zur Verfügung stellen müssen. Jedoch wo es Vorteile gibt, gibt es auch Nachteile. Denn zentrale Stellen sind sehr verwundbar hinsichtlich dem Abfluss unserer Daten. D.h. Hacker oder eine Regierung können unerwünschten Zugang erhalten, ohne dass wir es merken.

Die Blockchain-Technologie ermöglicht es nun, weg von zentralen manipulierbaren Stellen hin zu verteilten Systemen zu kommen. Im Fachjargon spricht man bei der Blockchain Technologie von einer „Distributed Ledger Technologie“ (DLT). Hierbei macht diese sich ein Peer-2-Peer Netzwerk zu nutze, um alle Informationen jedem Nutzer zur Verfügung zu stellen. Vergleichbare Technologien die auch bereits auf ein Peer-2-Peer Netzwerk aufgebaut haben sind z.B.  Kazaa, BitTorrent oder Emule die in den 2000er Jahren einen hohen Bekanntheitsgrad gewonnen haben.

Das erste Einsatzszenario (oder Use Case) der Blockchain ist die digitale Währung „Bitcoin“. Die Idee Satoshi Nakamotos war es, weg von staatlich kontrollierten Währungen und bankengesteuerten Zahlungsystemen hin zu einer gleichwertigen, anonymen und vor allem freien Währung zu kommen. D.h. eine Währung ohne zentrale Institutionen wie die der Regierungen und Banken.

Was ist nun konkret der Unterschied zu unserem heutigen Internet?

Die Blockchain-Technologie unterscheidet sich von unserem heutigen Internet (auch Web 2.0 genannt) dahingehend, dass sie nicht zentral oder dezentral sondern verteilt ist. Die muss man sich wie folgt vorstellen.

Bei unserem heutigen Internet fragen Nutzer an zentraler Stelle Informationen ab. Hierbei handelt es sich um ein „Centralized network“. Zum Beispiel wird mit dem Chrome Browser die Facebook-Webseite aufgerufen. Die Daten liegen immer auf dem zentralen Server von Facebook. Eine etwas abgewandelte Version ist das „Decentraliced network“. Hier kann man als Beispiel Dropbox vorstellen, bei dem die Daten nicht zentral sondern dezentral auf dem Server von Dropbox und bei den teilnehmenden Nutzern lokal liegen. Das „Distributed network“ (deutsch = verteiltes Netzwerk) hingegen stellt allen Nutzer die gleichen Daten und Informationen zur Verfügung. Dies ermöglicht es zentrale Institutionen zu vermeiden, welches das oberste Ziel der Blockchain ist.

Die einzelnen Teilnehmer der Blockchain  werden Knoten bzw. im englischen „Nodes“ (bei digitalen Währungen wie Bitcoin oder Ether „Wallets“) genannt. Nodes sind durch einzigartige Adressen – den public keys – (eine lange, zufällig generierte Zeichenfolge) eindeutig identifizierbar. Das Gegenstück des public keys ist der „private key“ der wie ein Passwort vorzustellen ist, mittels dessen der Besitzer Zugriff auf seine digitale Informationen bekommt. 

Die Blockchain-Technologie stellt sicher, dass die Daten die in dem „Distributed Ledger“ – also dem Gehirn des verteilten Netzwerks, welches auf alle Knoten gleich verteilt ist – hinsichtlich der drei Grundaspekte eines sicheren Systems (Verfügbarkeit, Integrität und Vertraulichkeit) gespeichert sind. D.h. alle Teilnehmer des Netzwerks besitzen eine vollständige Kopie der kompletten Datenbasis auf Ihrer lokalen Festplatte. Dabei ist durch den privat Key sichergestellt, dass jedoch nur jeder selbst auch Zugriff auf seine persönlichen Daten erhält. Alle anderen Daten können nicht eingesehen werden, da sie verschlüsselt sind.

Wieso wird die Blockchain so genannt?

Die deutsche Übersetzung der Blockchain lautet Block-Kette. Die Namensgebung kommt daher, da das fundamentale Grundgerüst der Blockchain die Verkettung einer Vielzahl von Blöcken ist. Dabei sind in jedem Block Daten (bei der Blockchain „Transactions“ genannt), das Datum der Erstellung des Blocks (Time-Stamp), der Hash (=Zeichenfolge mit fester Länge) des vorangegangenen Blocks und die „Nonce“ (eine zufällig Zeichenkette, welche durch Miner berechnet wird) gespeichert. Die Berechnung des „Nonce“ ist sehr zeit- und ressourcenintensiv. Aus diesem Grund spricht man bei dieser Vorgehensweise der Validierung der Blöcke um Proof of Work.

Durch Verkettung von Blöcken ist sichergestellt, dass Informationen die einmal in der Blockchain gespeichert worden sind, nicht mehr verändert/manipuliert werden können. Würde eine Information (oder z.B. nur ein Buchstabe bei einer Transaktion geändert werden (z.B. der Empfänger-Name einer Transaktion wird von „Martin“ zu „Martina“ geändert), dann wäre diese eine Block-Kette komplett unbrauchbar. Denn der Hash des Blocks wäre nicht mehr der selbe und die Hashes aller der darauf folgenden Blöcke ebenso. Mit dieser Vorgehensweise löst die Blockchain-Technologie das altbekannte Problem des Double Spendings.

Im folgenden Schaubild werden die einzelnen Schritte einer Überweisung (transaction) auf Basis Bitcoin dargestellt. Hierbei spielen die Miner im Schritt 3 bei der Berechnung der Nonce eine entscheidende Rolle, welche ich in einem anderen Artikel erläutere.