Was ist Blockchain?
Eine Blockchain ist eine Liste von Datensätzen, die als dezentrales digitales Hauptbuch fungiert. Die Daten werden in Blöcken in chronologischer Reihenfolge gespeichert und mittels Kryptografie geschützt.
Das erste Blockchain-Modell entstand Anfang der 1990er Jahre, als der Informatiker Stuart Haber und der Physiker W. Scott Stornetta beschlossen, Kryptografie auf der Blockchain einzusetzen, um digitale Dokumente vor Manipulationen zu schützen.
Ihre Arbeit inspirierte viele Programmierer und Kryptographie-Enthusiasten und führte schließlich zur Schaffung von Bitcoin als dem ersten dezentralen elektronischen Geldsystem (oder einfach der ersten Kryptowährung).
Obwohl die Blockchain-Technologie viel älter ist als Kryptowährungen, wurde ihr Potenzial erst nach der Einführung von Bitcoin im Jahr 2008 ausgeschöpft. Seitdem wächst das Interesse daran täglich weiter und Kryptowährungen werden zunehmend akzeptiert.
Die Blockchain-Technologie dient in erster Linie der Aufzeichnung von Kryptowährungstransaktionen, eignet sich aber auch für verschiedene Arten digitaler Daten und kann vielfältige Aufgaben übernehmen. Das älteste, sicherste und beliebteste Blockchain-Netzwerk ist Bitcoin, das Kryptographie und Spieltheorie kombiniert.
Wie funktioniert Blockchain?
Im Zusammenhang mit Kryptowährungen besteht eine Blockchain aus einer stabilen Kette von Blöcken, von denen jeder eine Liste zuvor bestätigter Transaktionen enthält. Da das Blockchain-Netzwerk von vielen Computern auf der ganzen Welt verwaltet wird, fungiert es als dezentrale Datenbank oder Hauptbuch. Das bedeutet, dass jeder Teilnehmer (Knoten) eine Kopie der Blockchain-Daten speichert und mit anderen Knoten interagiert, um zu bestätigen, dass die Informationen in den Blöcken übereinstimmen.
Somit finden Blockchain-Transaktionen in einem globalen Peer-to-Peer-Netzwerk statt, und das macht Bitcoin zu einer dezentralen digitalen Währung, die keinen Einschränkungen unterliegt und zensurresistent ist. Darüber hinaus erfordern die meisten Blockchain-Systeme kein Vertrauen und werden nicht von einem einzigen Leitungsgremium kontrolliert.
Das Herzstück fast jeder Blockchain ist ein Mining-Prozess, der auf Hashing-Algorithmen basiert. Bitcoin verwendet den SHA-256-Algorithmus (sicherer 256-Bit-Hashing-Algorithmus). Es akzeptiert eine Eingabe beliebiger Länge und generiert eine Ausgabe fester Länge. Die Ausgabe wird als Hash bezeichnet und umfasst in diesem Fall immer 64 Zeichen (256 Bit).
Die gleichen Eingaben führen zur gleichen Ausgabe, egal wie oft der Vorgang wiederholt wird. Wenn Sie jedoch die Eingabedaten geringfügig ändern, wird die Ausgabe völlig anders ausfallen. Aus diesem Grund sind in der Welt der Kryptowährungen die meisten Hash-Funktionen deterministisch und unidirektional.
Unidirektionalität bedeutet, dass es nahezu unmöglich ist, die Eingabe aus den Ausgabedaten zu berechnen. Man kann nur vermuten, was an der Eingabe war, aber die Wahrscheinlichkeit, diese Informationen zu erraten, ist äußerst gering. Dies gewährleistet die Sicherheit der Bitcoin-Blockchain.
Schauen wir uns die Funktionsweise der Blockchain am Beispiel einer einfachen Transaktion an.
Stellen wir uns vor, dass Alice und Bob mehrere Bitcoins in ihrer Bilanz haben. Alice schuldet Bob 2 Bitcoins.
Um sie zu versenden, übermittelt Alice eine Nachricht mit der Transaktion an alle Miner im Netzwerk.
Bei dieser Transaktion teilt Alice dem Miner Bob die Adresse und die Menge an Bitcoin mit, die sie senden möchte, sowie eine digitale Signatur und ihren öffentlichen Schlüssel. Die Signatur erfolgt mit Alices privatem Schlüssel und bestätigt, dass sie die Besitzerin dieser Coins ist.
Miner müssen die Gültigkeit der Transaktion überprüfen, sie anschließend mit anderen Transaktionen kombinieren und versuchen, mithilfe des SHA-256-Algorithmus einen Block zu erstellen. Die Ausgabe muss ab einer bestimmten Anzahl von Nullen beginnen, die von der sogenannten „Schwierigkeit“ und der Rechenleistung des Netzwerks abhängt.
Um einen Ausgabe-Hash mit der richtigen Anzahl von Nullen am Anfang zu erhalten, fügen Miner dem Block eine sogenannte Nonce-Nummer hinzu, bevor sie den Algorithmus ausführen. Da eine kleine Änderung der Eingabe die Ausgabe vollständig verändert, probieren Miner verschiedene Kombinationen aus, bis sie den gewünschten Hash finden.
Nachdem er einen Block erstellt hat, sendet der Miner ihn an andere Miner. Anschließend prüfen sie die Gültigkeit des Blocks, damit sie ihn zu ihrer Kopie der Blockchain hinzufügen und die Transaktion abschließen können. Miner beziehen auch den Ausgabe-Hash des vorherigen Blocks in den Block ein, um alle Blöcke zu einer Art Kette, also einer Blockchain, zu verknüpfen. Das Blockchain-Vertrauenssystem basiert auf diesem Mechanismus.
Jeder Miner speichert eine Kopie der Blockchain auf seinem Computer, wobei der Grad des Vertrauens in die Blockchain von der investierten Rechenleistung und ihrer Länge abhängt. Wenn ein Miner eine Transaktion in einem vorherigen Block ändert, ändert sich auch der Ausgabe-Hash dieses Blocks, wodurch sich alle Hashes danach ändern. Dann muss der Miner die gesamte Arbeit wiederholen, damit seine Blockchain als gültig akzeptiert wird. Um das System zu täuschen, müsste ein Angreifer mehr als 50 % der Rechenleistung des Netzwerks übernehmen, was nahezu unmöglich ist. Solche Netzwerkangriffe werden als 51 %-Angriffe bezeichnet.
Ein Modell, bei dem die Produktion von Blöcken durch die Arbeit eines Computers erfolgt, wird Proof-of-Work (PoW) genannt. Es gibt andere Modelle, wie zum Beispiel Proof-of-Stake (PoS), die nicht viel Rechenleistung erfordern und weniger Strom verbrauchen, was vielen Benutzern Skalierbarkeit bietet.