Blockchain wird durch eine Vielzahl von Mechanismen gesichert, darunter fortschrittliche kryptografische Techniken, mathematische Verhaltensänderungstheorien und Entscheidungsmechanismen. Die Blockchain-Technologie ist die Grundstruktur der meisten digitalen Währungssysteme und verhindert, dass diese Art von digitalem Geld dupliziert/kopiert oder zerstört wird.

Es werden auch Möglichkeiten untersucht, die Blockchain-Technologie in anderen Kontexten einzusetzen, in denen Datenunveränderlichkeit und -sicherheit von hohem Wert sind. Beispiele hierfür sind die Erfassung und Nachverfolgung von Spenden, medizinischen Datenbanken und dem Lieferkettenmanagement.

Allerdings ist Blockchain-Sicherheit kein einfaches Thema. Daher ist es wichtig, die grundlegenden Konzepte und Mechanismen zu verstehen, die diesen innovativen Systemen einen starken Schutz verleihen.


Konzepte von Konstanz (Unveränderlichkeit) und Kompatibilität

Obwohl viele Merkmale mit der Blockchain-Sicherheit verbunden sind, sind die beiden wichtigsten Konsens (Konsens) und Unveränderlichkeit (Unveränderlichkeit). Konsens bezieht sich auf die Fähigkeit von Knoten innerhalb eines verteilten Blockchain-Netzwerks, sich über den wahren Zustand des Netzwerks und die Gültigkeit von Transaktionen zu einigen. Der Prozess der Konsensfindung beruht in der Regel auf sogenannten Konsensalgorithmen.

Andererseits bezieht sich das Wort Unveränderlichkeit auf die Fähigkeit der Blockchain, die Änderung bereits bestätigter Transaktionen zu verhindern. Obwohl sich diese Transaktionen meist auf die Übertragung digitaler Währungen beziehen, können sie sich auch auf Aufzeichnungen anderer, nicht-monetärer Formen digitaler Daten beziehen.

Konsens und Unveränderlichkeit bilden zusammen einen Rahmen für die Datensicherheit in Blockchain-Netzwerken. Während Konsensalgorithmen sicherstellen, dass die Regeln des Systems eingehalten werden und alle Beteiligten sich auf den aktuellen Zustand des Netzwerks einigen, gewährleistet die Unveränderlichkeit die Integrität von Daten und Transaktionsaufzeichnungen nach der Validierung jedes neuen Datensatzes.


Die Rolle der Kryptographie bei der Blockchain-Sicherheit

Blockchain-Netzwerke sind zur Gewährleistung ihrer Datensicherheit stark auf Kryptografie angewiesen. Eine wichtige kryptografische Funktion in diesem Zusammenhang ist die Hashing-Funktion. Beim Hashing handelt es sich um einen Prozess, bei dem ein als Hash-Funktion bekannter Algorithmus Dateneingaben (beliebiger Größe) entgegennimmt und eine bestimmte Ausgabe zurückgibt, die einen Wert fester Länge enthält.

Unabhängig von der Größe der Eingabe erscheint die Ausgabe immer in der gleichen Länge. Wenn sich die Eingaben ändern, ändert sich die Ausgabe vollständig. Wenn sich die Eingaben jedoch nicht ändern, bleibt der resultierende Hash immer konstant, unabhängig davon, wie oft Sie die Hash-Funktion ausführen.

In der Blockchain werden diese als Hashes bezeichneten Ausgabewerte als eindeutige Kennungen für Datenblöcke verwendet. Für jeden Block wird ein Hash erstellt, der mit dem Hash des vorhergehenden Blocks verknüpft ist. Dadurch werden die Blöcke miteinander verknüpft und eine Kette von Blöcken (Blockchain) gebildet. Darüber hinaus hängt der Block-Hash von den Daten innerhalb dieses Blocks ab, was bedeutet, dass jede an den Daten vorgenommene Änderung eine Änderung des Block-Hash erfordert.

Daher wird der Hash jedes Blocks basierend auf den Daten innerhalb dieses Blocks und dem Hash des vorherigen Blocks generiert. Diese Hash-Identifikatoren spielen eine Schlüsselrolle bei der Gewährleistung der Sicherheit und Unveränderlichkeit der Blockchain.

Hashing wird auch in Konsensalgorithmen zur Validierung von Transaktionen verwendet. In der Bitcoin-Blockchain beispielsweise verwendet der Proof of Work (PoW)-Algorithmus, der zum Erreichen eines Konsenses und zum Schürfen neuer Münzen verwendet wird, eine Hash-Funktion namens SHA-256. SHA-256 nimmt die Dateneingabe entgegen und gibt einen Hash zurück, der 256 Bit oder 64 Zeichen lang ist, wie der Name vermuten lässt. Zusätzlich zum Schutz der Transaktionsaufzeichnungen in Ledgers. Kryptographie spielt auch eine Rolle bei der Gewährleistung der Sicherheit von Wallets, in denen Einheiten digitaler Währungen gespeichert werden. Die gepaarten öffentlichen und privaten Schlüssel, die es Benutzern ermöglichen, Zahlungen zu empfangen und zu senden, werden durch den Einsatz von asymmetrischer Kryptografie bzw. Public-Key-Kryptografie generiert. Mit privaten Schlüsseln werden digitale Signaturen für Transaktionen erstellt, die es ermöglichen, den Besitz der versendeten Coins zu authentifizieren.

Obwohl die Einzelheiten den Rahmen dieses Artikels sprengen würden, verhindert die Art der asymmetrischen Verschlüsselung, dass irgendjemand außer dem Besitzer des privaten Schlüssels auf Gelder zugreifen kann, die in einem Kryptowährungs-Wallet gespeichert sind. Dadurch bleiben diese Gelder sicher, bis der Besitzer beschließt, sie auszugeben (so lange). der private Schlüssel wird nicht geteilt oder gehackt).


Kryptoökonomie

Neben der Kryptographie spielt ein relativ neues Konzept namens Kryptoökonomie eine Rolle bei der Gewährleistung der Sicherheit von Blockchain-Netzwerken. Es bezieht sich auf ein Forschungsgebiet namens Spieltheorie, das die Entscheidungsfindung rationaler Akteure in Situationen mit vorgegebenen Regeln und Belohnungen mathematisch modelliert. Während die traditionelle Spieltheorie in einer Reihe von Situationen umfassend angewendet werden kann, definiert und beschreibt die Kryptoökonomie das Verhalten von Knoten in verteilten Blockchain-Systemen.

Kurz gesagt ist Kryptoökonomie die Untersuchung der Ökonomie innerhalb von Blockchain-Netzwerkprotokollen und der potenziellen Ergebnisse, die ihr Design basierend auf dem Verhalten ihrer Teilnehmer liefern kann. Sicherheit durch Kryptoökonomie basiert auf der Idee, dass Blockchain-Systeme größere Anreize für Knoten bieten, ehrlich zu handeln, anstatt zu versuchen, sich auf böswilliges oder fehlerhaftes Verhalten einzulassen.

Wieder einmal ist der beim Bitcoin-Mining verwendete Proof of Work/PoW-Konsensalgorithmus ein gutes Beispiel für diese Anreizstruktur.

Als Satoshi Nakamoto ein Bitcoin-Mining-Framework entwickelte, war es bewusst als teurer und ressourcenintensiver Prozess konzipiert. Aufgrund seiner Komplexität und seines Rechenaufwands ist das Mining in einem Proof-of-Work-Algorithmus mit einem erheblichen Geld- und Zeitaufwand verbunden, unabhängig davon, wo und von wem die Knoten abgebaut werden. Daher stellt eine solche Struktur eine starke Barriere für böswillige Aktivitäten und erhebliche Anreize für ehrliche Bergbauaktivitäten dar. Unzureichende oder ineffektive Knoten werden schnell aus dem Blockchain-Netzwerk entfernt, während ein aktiver und effizienter Miner das Potenzial hat, große Blockbelohnungen zu erhalten.

Ebenso schützt dieses Gleichgewicht zwischen Risiko und Ertrag auch vor potenziellen Angriffen, denen der Konsens ausgesetzt sein kann, wenn die Mehrheit der Hash-Rate eines Blockchain-Netzwerks in die Hände einer einzelnen Gruppe oder Entität gelegt wird. Solche Angriffe, sogenannte 51 %-Angriffe, können bei erfolgreicher Durchführung äußerst zerstörerisch sein. Angesichts der Wettbewerbsfähigkeit des PoW-Mining-Systems und der Größe des Bitcoin-Netzwerks ist die Möglichkeit, dass ein böswilliger Akteur die Mehrheit der Knoten kontrolliert, höchst unwahrscheinlich.

Darüber hinaus wäre der Rechenaufwand für einen erfolgreichen 51-Prozent-Angriff auf ein Netzwerk von der Größe von Bitcoin astronomisch hoch. Dies macht den Anreiz für einen solchen Angriff angesichts der sehr hohen Investitionen, die dafür erforderlich wären, sehr gering.

Diese als Byzantinische Verwerfung (BFT) bekannte Tatsache trägt zu den Eigenschaften der Blockchain bei. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um die Fähigkeit eines verteilten Systems, den normalen Betrieb fortzusetzen, selbst wenn einige Knoten Gefahren oder böswilligen Aktionen ausgesetzt sind.

Solange die Kosten für die Erstellung der meisten bösartigen Knoten unerschwinglich bleiben und es bessere Anreize für ehrliche Aktivitäten gibt, wird das System ohne größere Störungen funktionieren können. Es sollte jedoch beachtet werden, dass kleine Blockchain-Netzwerke sicherlich anfällig für a sind Mehrheitsangriff (der 51-Prozent-Angriff), da die insgesamt zugewiesene Hash-Rate dieser Systeme viel niedriger ist als die von Bitcoin.


Abschließende Gedanken

Durch den kombinierten Einsatz von Spieltheorie und Kryptographie können Blockchain-Systeme als verteilte Systeme ein hohes Maß an Sicherheit erreichen. Wie bei fast allen Systemen ist es wichtig, diese beiden Wissensgebiete richtig anzuwenden. Das empfindliche Gleichgewicht zwischen Dezentralisierung und Sicherheit ist für den Aufbau eines zuverlässigen und effizienten Kryptowährungsnetzwerks von entscheidender Bedeutung.

Mit der Weiterentwicklung der Blockchain-Nutzung werden sich auch ihre Sicherheitssysteme ändern, um den Anforderungen verschiedener Anwendungen gerecht zu werden. Beispielsweise basieren die privaten Blockchain-Systeme, die derzeit für Unternehmen entwickelt werden, mehr auf Sicherheit durch Zugangskontrolle als auf spieltheoretischen Mechanismen (oder Kryptoökonomie), die für die Integrität der meisten öffentlichen Blockchains unverzichtbar sind.