Definition: Blockchain

Was ist Blockchain?

| Autor / Redakteur: tutanch / Florian Karlstetter

Die Blockchain gilt nicht nur als Grundlage digitaler Währungen, sondern wird aktuell auch als "disruptive" Technologie gehandelt, die den Datenaustausch im Internet fundamental verändern könnte.
Die Blockchain gilt nicht nur als Grundlage digitaler Währungen, sondern wird aktuell auch als "disruptive" Technologie gehandelt, die den Datenaustausch im Internet fundamental verändern könnte. (Bild: gemeinfrei (geralt / pixabay) / CC0)

Die Blockchain stellt die Basis einiger digitaler Währungen im Internet dar, ist aber auch für andere Anwendungen einsetzbar. Es handelt sich um eine dezentrale Datenbank, deren Integrität durch die Verkettung von Blöcken und Prüfsummen sichergestellt ist.

Definition der Blockchain: Bei der so genannten Blockchain handelt es sich um eine dezentrale Datenstruktur im Internet, die für einige digitale Währungen wie Bitcoin die Grundlage bildet. Die Blockchain ist jedoch nicht auf Kryptowährungen festgelegt, sondern lässt sich für viele weitere Anwendungen nutzen. Die wichtigsten Eigenschaften der Blockchain sind neben der Dezentralität die Transparenz und Unveränderlichkeit der Daten.

Eine Blockchain besteht aus einer Kette einzelner Blöcke, die über Hashwerte miteinander verknüpft sind. Neue Blöcke werden in chronologischer Reihenfolge an bestehende Blöcke angehängt. Die Erweiterung der Blockchain erfolgt in linearer Form. Da die Blöcke untereinander über die Beziehungen von Prüfsummen verkoppelt sind, ist es fast unmöglich, einzelne Blöcke nachträglich zu verändern oder zu manipulieren. Hierfür müssten alle einem Block nachfolgenden Blöcke neu berechnet werden.

Methoden zur Sicherstellung der Datenintegrität

Soll ein neuer Block erzeugt und an die Blockchain angehängt werden, sind die Daten des Blocks auf Gültigkeit zu prüfen. Anschließend erfolgt das Anfügen an die bestehende Blockkette in einem genau definierten Prozess. Es kommen verschiedene Methoden wie Proof of Work, Proof of Stake, Proof of Burn oder Proof of Activity zum Einsatz. Das Besondere an diesen Methoden ist, dass sie dezentral arbeiten und keine vertrauenswürdige Instanz für ihre Durchführung benötigen. Die komplette Verifizierung der Integrität der Blockchain nutzt verteilt arbeitende Systeme.

Da die Proof of Work Methode sehr rechenaufwendig ist, sind Betrugsversuche schon allein aufgrund entstehender Hardware- und Energiekosten hinfällig. Der Proof of Work-Ansatz erfordert das Lösen von Rechenaufgaben, deren Ergebnisse nur mittels Ausprobieren zu finden sind. Alleine der Aufwand für dieses Ausprobieren stellt eine gute Absicherung der Integrität der Daten sicher. Neben Währungen lassen sich mit einer Blockchain andere Daten wie Smart Contracts dezentral ablegen und verwalten. Smart Contracts wickeln unterschiedliche Prozess- und Verwaltungsanwendungen ab. Beispielsweise sind sensible Daten wie Gesundheitsdaten oder behördliche Daten über die Blockchain organisierbar. Weltweit wird ein großer Aufwand in die Entwicklung der Blockchain und möglicher Anwendungen investiert.

Die Geschichte der Blockchain

Die ersten Grundlagen für die sichere Verkettung von Blöcken und kryptografischen Verfahren für Blockchains beschrieben bereits in den 1990er Jahren verschiedene auf diesem Gebiet forschende Institutionen und Personen. In diesem Zusammenhang entwickelten sich auch erste Ideen und Mechanismen für dezentrale digitale Währungen wie das "Bit Gold". Das Konzept der Blockchain ist stark mit der Geschichte der Bitcoin-Währung verknüpft.

Satoshi Nakamoto beschrieb im Jahr 2008 in einem Whitepaper erstmals das Bitcoin-Konzept auf Basis der per Blockchain verteilten Datenbank im Internet. Bereits im folgenden Jahr wurde die erste Implementierung der Bitcoin-Software veröffentlicht. Sie stellte die Basis für das dezentral organisierte Geldsystem Bitcoin dar und realisierte die erste öffentlich verteilte Blockchain im Netz. Aufbauend auf dieser Grundidee entwickelten sich zahlreiche weitere Projekte und Anwendungen, die die Blockchain als Datenverwaltungsmethode nutzen.

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Die wichtigsten Eigenschaften einer Blockchain

Eine Blockchain hat eine ganze Reihe von Eigenschaften, die das Datenbanksystem charakterisieren und beschreiben. Nicht jede Blockchain muss alle hier aufgeführten Eigenschaften besitzen. In einzelnen Aspekten können die Systeme abweichen.

Im Wesentlichen sind die wichtigsten Eigenschaften einer Blockchain folgende:

  • dezentrale Organisation
  • kryptographische Sicherheitsverfahren
  • direktes Versenden von Werten mittels Peer-to-Peer-Verfahren
  • Transparenz und Nachverfolgbarkeit der Transaktionen
  • Manipulationssicherheit von Transaktionen und Daten
  • Entscheidungen auf Basis von Konsens-Machanismen

Das wichtigste Merkmal der Blockchain ist ihre Dezentralität und Unabhängigkeit von einer übergeordneten Serverinstanz. Die Blockchain ist nicht auf einem einzelnen Server, sondern auf vielen Computern im Netz abgelegt. Die für die Berechnung von neuen Blöcken der Blockchain eingesetzten kryptographischen Verfahren stellen eine hohes Maß an Sicherheit dar. Manipulationen einzelner Blöcke sind aufgrund der Verkettung der Blöcke untereinander und des hohen Aufwands zur Neuberechnung der kompletten Blockchain quasi ausgeschlossen.

Alle verteilten Systeme, auf denen die Blockchain abgelegt ist, müssten diese Manipulationen und Veränderungen gemeinsam beschließen und durchführen. Die Dezentralität der Blockchain sorgt zudem für eine hohe Transparenz. Transaktionen lassen sich in der Regel nachverfolgen. Es ist einsehbar, wer welche Blöcke beispielsweise über die Proof of Work-Methode an eine Blockchain angehängt hat. Aufgrund der sicheren Infrastruktur der Blockchain ist es möglich, Werte und sensible Daten über das Peer-to-Peer-System zu versenden, ohne auf eine zentrale Serverautorität angewiesen zu sein. Die Werte werden direkt zwischen den Teilnehmern ohne Mittelsmann Peer-to-Peer versendet. Das für die Transaktionen und Entscheidungen genutzte Konsensverfahren unterliegt keiner hierarchischen Instanz, sondern basiert auf dem Konsens der Gesamtheit aller Teilnehmer im Netzwerk.

Die Vor- und Nachteile der Blockchain

Das besondere technische Konzept der Blockchain führt gegenüber den zentral verwalteten herkömmlichen Datenbanksystemen zu einer Vielzahl von Vorteilen. Um eine Blockchain zu betreiben, muss keine zentrale IT-Infrastruktur aufgebaut und bezahlt werden. Der Aufwand für die Realisierung der Datenhaltung lässt sich stark reduzieren. Gleichzeitig bietet die Blockchain aufgrund der verteilten Infrastruktur und der angewandten kryptographischen Verfahren einen guten Schutz der Daten.

Im Gegensatz zu zentral verwalteten Systemen kann die Manipulation einzelner Rechner nicht die komplette Blockchain kompromittieren. Die Verkettung der einzelnen Einträge in der Blockchain stellt die Integrität der Daten sicher und macht Veränderungen einzelner Blöcke so gut wie unmöglich. Selbst große Datenmengen sind auf den im Internet verteilten Rechnern systemübergreifend speicher- und prozessierbar.

Neben diesen Vorteilen dürfen allerdings die Nachteile der Blockchain nicht verschwiegen werden. Blockchains zeigen in der individuellen Skalierbarkeit aktuell noch große Schwächen. Sie haben einen relativ geringen Datendurchsatz und gleichzeitig einen hohen Bedarf an Speicherkapazität. Berechtigungen sind in dem dezentral arbeitenden System nur schwer zu verwalten. Soll die Blockchain in ein vorhandenes Altystem integriert werden, haben Unternehmen aufgrund der Andersartigkeit der Blockchain gegenüber ihren Legacy-Anwendungen oft mit massiven Problemen zu kämpfen.

Anwendungsbeispiele für die Blockchain

Obwohl die digitale Internetwährung Bitcoin noch immer das prominenteste Anwendungsbeispiel für eine Blockchain darstellt, darf die Technik nicht auf Kryptowährungen reduziert werden. Mit Hilfe einer Blockchain sind viele unterschiedliche Anwendungen auch außerhalb des Finanzsektors realisierbar, die mit herkömmlichen zentralen Lösungsansätzen nur schwer umzusetzen wären.

Sehr zukunftsweisend kann die Blockchain für das Internet der Dinge (IoT - Internet of Things) sein. Es lassen sich mit Hilfe der Blockchain sichere, dezentrale Infrastrukturen zur Steuerung von Smart Homes schaffen. Ereignisse intelligenter Geräte und Sensoren erzeugen neue Blöcke in der Kette, die nicht zu manipulieren sind.

Ebenfalls stark interessiert an der Technik der Blockchain ist das Logistik-Umfeld. Mit einer Blockchain können Versorgungsketten wesentlich einfacher und robuster gestaltet werden. Die Blockchain erfasst jeden Standortwechsel und alle Aktionen an einem Produkt. Der aktuelle Standort und Zustand sowie die Herkunft von Waren ist in der Blockchain zu jeder Zeit komplett nachvollziehbar. Gegenüber Unternehmen und Verbrauchern entsteht maximale Transparenz, was die Eigenschaften und den Herkunftsort von Waren angeht. Käufer sehen aus welcher Region ein Produkt stammt, welchen Weg die Waren genommen haben und wer an der Herstellung oder Bearbeitung des Produkts mitgewirkt hat.

Öffentliche oder staatliche Institutionen sehen ebenfalls enormes Potential in der Blockchain-Technik. Daten der öffentlichen Verwaltung zum Beispiel der Finanzbehörden oder der Ämter für Grundeigentum können die Blockchain nutzen, um jegliche Transaktion nachvollziehbar und vor Manipulation geschützt zu dokumentieren. Hackerangriffe auf zentrale Datenbanken eines Landes wären dank der Blockchain hinfällig. Zudem bleiben die Daten von unabhängigen Stellen prüfbar. Korruption und Selbstbedienung durch Bürokraten und lokale Politiker wäre ein Riegel vorgeschoben.

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