Blockchain erreicht eine Sicherheitsverstärkung durch eine Vielzahl von Mechanismen, darunter fortschrittliche Kryptographie und mathematische Modelle der Entscheidungsfindung und des Verhaltens. Die Blockchain-Technologie ist die Infrastruktur der meisten digitalen Währungssysteme und verhindert, dass digitale Währungen kopiert und zerstört werden.

Auch in anderen Umgebungen, in denen Daten nicht manipuliert werden können und die Sicherheitsanforderungen sehr hoch sind, ist der Einsatz der Blockchain-Technologie besonders wichtig. Beispiele hierfür sind die Erfassung und Verfolgung von Spenden für wohltätige Zwecke, medizinische Datenbanken und das Lieferkettenmanagement.

Allerdings ist die Blockchain-Sicherheit alles andere als ein einfaches Problem. Daher ist es wichtig zu verstehen, wie die grundlegenden Konzepte und Mechanismen dieser innovativen Systeme einen starken Schutz für die Blockchain bieten.


Das Konzept der Unveränderlichkeit und des Konsenses

Während viele Sicherheitsmerkmale mit der Blockchain verbunden sind, sind Konsens und Unveränderlichkeit zwei der wichtigsten. Konsens bedeutet, dass Knoten in einem verteilten Blockchain-Netzwerk eine Einigung über den wahren Status des Netzwerks und die Gültigkeit von Transaktionen erzielen können. Der Prozess der Konsensfindung hängt häufig vom vom Netzwerk verwendeten Konsensalgorithmus ab.

Unveränderlichkeit hingegen bedeutet, dass die Blockchain verhindert, dass bestätigte Transaktionsdatensätze geändert werden. Während diese Transaktionen häufig mit der Umrechnung digitaler Währungen verbunden sind, beziehen sie sich manchmal auch auf den Aufzeichnungsprozess anderer nichtmonetärer Formen elektronischer Daten.

Insgesamt bilden Konsens und Unveränderlichkeit den Grundrahmen für die Datensicherheit in Blockchain-Netzwerken. Der Konsensalgorithmus kann sicherstellen, dass alle Knoten die Systemregeln befolgen und den aktuellen Status des Netzwerks erkennen, und durch Manipulationsfreiheit kann die Integrität aller Blockdaten und Transaktionsdatensätze sichergestellt werden, deren Gültigkeit überprüft wurde.


Die Rolle der Kryptographie bei der Blockchain-Sicherheit

Blockchain setzt hauptsächlich auf Verschlüsselungstechnologie, um die Datensicherheit zu gewährleisten. Die kryptografische Hash-Funktion ist der Schlüssel zu dieser Technologie. Hashing ist ein Rechenprozess, und ein Hashing-Algorithmus ist ein Algorithmus, der Daten beliebiger Größe eingeben und einen vorhersehbaren Hash mit fester Größe (d. h. eine Hash-Funktion) ausgeben kann.

Unabhängig von der Größe der Eingabedaten besteht die Ausgabe immer aus denselben Bytes. Wenn sich jedoch die Eingabe ändert, wird die Ausgabe völlig anders sein. Solange sich die Eingabe nicht ändert, bleibt der Ausgabe-Hash-Wert immer derselbe, egal wie oft Sie die Hash-Funktion ausführen.

In einer Blockchain sind diese Ausgabewerte (d. h. Hashes) eindeutige Kennungen für Datenblöcke. Der Hash jedes Blocks wird relativ zum Hash des vorherigen Blocks generiert, wodurch Blöcke miteinander verbunden werden, um eine Blockchain zu bilden. Darüber hinaus wird der Block-Hash durch die im Block enthaltenen Daten bestimmt, was bedeutet, dass alle an den Daten vorgenommenen Änderungen den Block-Hash ändern.

Daher bestimmen die Daten dieses Blocks und der Hash des vorherigen Blocks zusammen den Hash jedes Blocks. Diese Hash-Identifikatoren spielen eine wichtige Rolle dabei, sicherzustellen, dass die Blockchain sicher ist und nicht manipuliert werden kann.

Hash-Funktionen werden auch in Konsensalgorithmen zur Überprüfung von Transaktionen verwendet. Beispielsweise verwendet der Proof of Work (PoW)-Algorithmus in der Bitcoin-Blockchain eine Hash-Funktion namens SHA-256. Wie der Name schon sagt, nimmt SHA-256 Eingabedaten und gibt einen Hash-Wert aus, der 256 Bit oder 64 Zeichen lang ist.

Neben dem Schutz von Transaktionsaufzeichnungen in verteilten Ledgern kann Kryptografie auch eine wichtige Rolle bei der Sicherheit von Wallets spielen, in denen digitale Währungen gespeichert sind. Paare aus öffentlichen und privaten Schlüsseln ermöglichen es Benutzern, digitale Währungen mithilfe asymmetrischer bzw. Public-Key-Kryptografie zu empfangen und zu senden. Private Schlüssel werden verwendet, um die für Transaktionen erforderlichen elektronischen Signaturen zu generieren und so den Besitz der gesendeten Währung zu verifizieren.

Während die Einzelheiten den Rahmen dieses Artikels sprengen würden, können die Eigenschaften der asymmetrischen Kryptographie verhindern, dass jemand anderes als der Inhaber des privaten Schlüssels auf Gelder zugreift, die in einer digitalen Geldbörse gespeichert sind, und zwar bevor der Besitzer der Gelder sich entscheidet, sie zu verwenden . Bewahren Sie diese Gelder sicher auf (solange die privaten Schlüssel nicht weitergegeben werden oder durchgesickert sind).


Kryptoökonomie

Neben der Kryptographie spielt auch ein neueres Konzept namens Kryptoökonomie eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Sicherheit von Blockchain-Netzwerken. Es steht in engem Zusammenhang mit dem Forschungsgebiet der Spieltheorie, die mathematische Prinzipien nutzt, um Entscheidungen rationaler Akteure in Situationen mit festgelegten Regeln und Belohnungen zu simulieren. Während die traditionelle Spieltheorie umfassend auf eine Reihe von Geschäftsfällen angewendet werden kann, modelliert und beschreibt die Kryptoökonomie auch unabhängig das Verhalten von Knoten in verteilten Blockchain-Systemen.

Einfach ausgedrückt ist Kryptoökonomie das Studium der Ökonomie innerhalb von Blockchain-Protokollen, und ihre Gestaltungsprinzipien können je nach Verhalten ihrer Teilnehmer zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. Die Sicherheit der Kryptoökonomie basiert auf dem Modell, dass Blockchain-Systeme größere Anreize für Knoten bieten, authentisch statt böswillig oder irrtümlich zu handeln. Darüber hinaus ist der beim Bitcoin-Mining verwendete Proof-of-Work-Konsensalgorithmus ein hervorragendes Beispiel für die Bereitstellung dieser Art von Anreizen.

Als Satoshi Nakamoto das Framework für das Bitcoin-Mining entwickelte, war es bewusst als teures und ressourcenintensives Unterfangen konzipiert. Aufgrund seiner Komplexität und seines Rechenaufwands ist PoW-Mining mit einem erheblichen Geld- und Zeitaufwand verbunden – unabhängig vom Standort des Mining-Knotens und davon, wer ihn nutzt. Daher bietet diese Struktur einen starken Schutz vor böswilligen Aktivitäten und fördert ehrliches Mining-Verhalten. Schädliche oder ineffiziente Knoten werden schnell aus dem Blockchain-Netzwerk entfernt, während echte und effiziente Miner wahrscheinlich große Blockbelohnungen erhalten.

Ebenso kann das Gleichgewicht zwischen Risiken und Nutzen erreicht werden, indem der Großteil der Hashrate eines Blockchain-Netzwerks in die Hände einer einzelnen Organisation oder Entität gelegt wird, um potenzielle Angriffe zu verhindern, die den Konsens untergraben könnten. Genau wie der bekannte 51-Prozent-Angriff kann er, wenn er einmal erfolgreich ist, großen Schaden anrichten. Angesichts des Wettbewerbsmechanismus des Proof-of-Work und der Größe des Bitcoin-Netzwerks ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein böswilliger Benutzer die Kontrolle über die meisten Knoten erlangt, sehr gering.

Darüber hinaus wird in einem riesigen Blockchain-Netzwerk die für die Umsetzung eines 51-Prozent-Angriffs verbrauchte Rechenleistung eine astronomische Zahl sein. Daher spielen diese enorme Investition und die relativ geringe potenzielle Renditedifferenz auch eine Rolle bei der Entstehung des Angriffs Hemmende Wirkung. Dies trägt auch zu einem typischen Merkmal der Blockchain bei, nämlich der Byzantine Fault Tolerance (BFT), die erklärt, dass das verteilte System auch dann normal weiterarbeiten kann, wenn einige Knoten kompromittiert sind oder böswilliges Verhalten auftritt.

Solange die Kosten für die Generierung einer großen Anzahl bösartiger Knoten zu hoch sind und echte Mining-Aktivitäten besser gefördert werden können, kann das System ohne Widerstand weiter wachsen. Es ist jedoch zu beachten, dass relativ kleine Blockchain-Netzwerksysteme anfällig für Angriffe wären, da die für diese Systeme verwendete Gesamt-Hash-Rate viel niedriger ist als die des Bitcoin-Netzwerks.


Zusammenfassen

Durch den kombinierten Einsatz von Spieltheorie und Kryptographie kann Blockchain wie ein verteiltes System eine höhere Sicherheit erreichen. Wie bei fast allen Systemen ist jedoch die korrekte Anwendung dieser beiden Wissensbereiche von entscheidender Bedeutung. Das Gleichgewicht zwischen Dezentralisierung und Sicherheit ist entscheidend für den Aufbau eines zuverlässigen und effizienten digitalen Währungsnetzwerks.

Mit der Weiterentwicklung und Förderung der Blockchain wird sich auch ihr Sicherheitssystem ändern, um den Anforderungen verschiedener Anwendungen gerecht zu werden. Beispielsweise verlassen sich private Blockchains, die heute für kommerzielle Unternehmen entwickelt werden, stärker auf die Sicherheit durch Zugangskontrolle, die sich stark von den spieltheoretischen Mechanismen (oder Kryptoökonomie) unterscheidet, die von den meisten öffentlichen Blockchains verwendet werden.