Wie funktioniert die Blockchain?

In den letzten paar Jahren ist es schwer, dem Begriff „Blockchain“ auszuweichen. Vor 10 Jahren wollten nur technikaffine Menschen wissen, was das ist, heute ist der Begriff überall verbreitet, doch die meisten von uns haben immer noch nur eine vage Vorstellung von der Technologie. Entdecken wir, was eine Blockchain ist und wie sie funktioniert. 

Was ist Blockchain?

Beginnen wir damit zu definieren, was sie nicht ist, da die meisten Menschen, die sich auf die Reise in die Welt von Blockchain und Krypto begeben, denselben Fehler machen. 

Blockchain ist keine Programmiersprache, keine kryptografische Codierung und kein Framework von Python oder einer anderen Sprache. Und wichtig: Sie ist nicht dasselbe wie Krypto, auch wenn die Begriffe eng miteinander verbunden sind. 

Blockchain ist eine völlig neue Technologie. Sie ist eine besondere Art von Datenbank mit zeitgestempelten Reihen unveränderlicher Daten, die von einem Netzwerk aus Computern statt von einer einzelnen zentralen Instanz verwaltet wird. Alle Informationen sind kryptografisch verschlüsselt. Blockchain ist so programmiert, dass sie nicht zu hacken ist. 

Blockchain wird oft als Technologie eines verteilten Ledgers erklärt, wobei ein Ledger als Sammlung von Aufzeichnungen über Transaktionen verstanden wird. Zum Beispiel kann der Computer, der Operationen aufzeichnet, ein Ledger sein. Die gesamte Suite aller Ledgers ist in einem Netzwerk vereint und zeichnet Transaktionen auf, die so programmiert werden können, dass sie praktisch alles verfolgen. Jede Transaktion, angefangen bei der allerersten, wird für immer auf der Blockchain gespeichert. 

Keine Daten auf der Blockchain können von einer zentralen Behörde kontrolliert werden, und alle Vorgänge im Netzwerk sind für alle Teilnehmer des Netzwerks sichtbar, genau wie eine Online-Tabellenkalkulation, die von vielen Menschen gleichzeitig bearbeitet wird. Aber bei Blockchain sprechen wir von Tausenden von Computern. 

Obwohl es schwer zu sagen ist, wer die Blockchain genau entwickelt hat, findet sich die erste Beschreibung der Technologie in dem 1991 veröffentlichten Buch „Journal of Cryptography“ von Stuart Haber und W. Scott Stornetta. Sie betrachteten die Technologie als eine Möglichkeit, digitale Dokumente mit einem Zeitstempel zu versehen, um ihre Authentizität zu überprüfen.

Was ist ein Block und wie speichert er die Daten?

Im Gegensatz zu herkömmlichen Datenbanken, in denen Daten in Spalten, Tabellen oder Dateien gespeichert werden, sind alle Informationen auf der Blockchain in miteinander verknüpften Sequenzen oder Bündeln organisiert, die Blöcke genannt werden. Zusammen bilden sie eine Kette — eine fortlaufende Linie von Blöcken. Jeder Block ist im Grunde eine Seite des Ledgers mit einer bestimmten Anzahl aufgezeichneter Transaktionen. 

Die Kette der Blöcke gehört keinem zentralen Computer, sondern wird von den Blockchain-Knoten verwaltet — Computern, die in einem Peer-to-Peer-Netzwerk verbunden sind. 

Jeder Block hat drei Hauptkomponenten: 

• Daten — können je nach verwendetem Blockchain-Typ variieren. Sie können Details zu den Transaktionen enthalten (Daten, Betrag, Empfänger und Absender), zu Produkten (in Lieferketten) oder beispielsweise zu medizinischen Akten. 
• Hash — ist eine kryptografische Funktion, die alle Eingabedaten in eine Zeichenfolge fester Länge aus Zahlen umwandelt. Mit anderen Worten: Es ist eine einzigartige digitale Signatur, die den Block und seinen Inhalt identifiziert. 
• Hash des vorherigen Blocks — dieser Teil macht eine Blockchain aus; da jeder folgende Block den Hash des vorherigen enthält, wird das Netzwerk sehr sicher. 

Wie funktioniert die Blockchain?

Die Funktionsweise der Blockchain ist ein mehrstufiger Prozess.

1. 1. Zwei Parteien entscheiden sich, eine Werteinheit auszutauschen, und eine von ihnen gibt die Daten ein, um die Transaktion zu initiieren.  
2. 2. Die Transaktion wird von der Technologie authentifiziert.  
3. 3. Es wird ein neuer Block auf der Blockchain erstellt, der eine Reihe von Transaktionen enthält, darunter die betreffende Transaktion.
4. 4. Dieser Block wird an jeden Knoten des Netzwerks gesendet.
5. 5. Autorisierte Knoten überprüfen die Transaktion und fügen sie, wenn sie korrekt ist, der bestehenden Blockchain hinzu. Knoten können entweder als Miner (in Proof-of-Work-Netzwerken) oder als Staker (in Proof-of-Stake-Blockchains) bezeichnet werden. 
6. 6. Die Transaktion wird durch die Verteilung des Updates im gesamten Netzwerk abgeschlossen.

Wie wird Blockchain gesichert?

Die Natur des Hashs in den Blockchain-Netzwerken macht sie unveränderlich. Block A verweist auf Block B, Block B verweist auf Block C und so weiter. Dieses System macht es unmöglich, einen Block zu fälschen, ohne die gesamte Kette zu verändern. Wenn Sie irgendetwas im Block ändern, beeinflusst das den Hash des Blocks, und der folgende Block, der eigentlich auf den vorherigen verweisen sollte, wird ungültig. 

Aber bloßes Hashing würde nicht ausreichen, um das Netzwerk angemessen zu sichern. Moderne Computer sind sehr schnell und können Tausende von Hashes pro Sekunde berechnen, daher kann ein Übeltäter theoretisch den Hash eines Blocks manipulieren und dann die Hashes der folgenden Blöcke berechnen und ändern, um die Fälschung zu verbergen. 

Konsensmechanismen 

Um solche Manipulationen zu verhindern, verwendet jede Blockchain einen spezifischen Validierungsprozess, der als Konsensmechanismus bezeichnet wird. Das bedeutet, dass damit im Netzwerk überhaupt etwas passieren kann, die Nutzer eine Einigung oder einen Konsens finden müssen. 

Die gängigsten Konsensprotokolle sind Proof-of-Work und Proof-of-Stake. Bei beiden müssen die Knoten prüfen, ob der neue Block die Anforderungen des gewählten Zustimmungsmechanismus erfüllt, um zur Kette hinzugefügt zu werden. Wenn die Voraussetzungen erfüllt sind, wird der Block Teil der Kette und die Knoten fügen weitere hinzu. Ist kein Konsens möglich, wird der Prozess des Hinzufügens neuer Blöcke gestoppt, bis die Ursache des Problems gefunden und behoben ist. 

Es kann vorkommen, dass verschiedene Knoten unterschiedliche Blöcke als gültig ansehen; in diesem Fall wird die längste Kette als die Haupt-Blockchain betrachtet und die kürzere verworfen. 

Der Prozess dauert nicht lange, da alle Berechnungen von den Computern durchgeführt werden. Auf der Bitcoin-Blockchain dauert es zum Beispiel etwa 10 Minuten, den Proof zu berechnen und den Block hinzuzufügen. Die Häufigkeit der Validierung erschwert es noch mehr, die Assets zu manipulieren. Auf großen Netzwerken wie Bitcoin oder Ethereum, die Hunderttausende von Blöcken enthalten, ist es nahezu unmöglich, die Kette zu manipulieren.  

Die einzige Möglichkeit, große Blockchains zu fälschen, besteht darin, dass mehr als 51 % der Teilnehmer des Validierungsprozesses beschließen, das Ledger neu zu schreiben. In diesem Fall können sie beliebige Daten eingeben und bestätigen und mit der Transaktion machen, was sie wollen, sogar dieselben Tokens doppelt ausgeben oder sie aus der Kette entfernen. 

Fazit 

Die Blockchain-Technologie ermöglicht es Menschen, zuverlässige Systeme zur Aufzeichnung jeglicher Art von Daten zu schaffen, und entfernt jede Art von Autorität aus diesen Vorgängen. Nutzer verlassen sich ausschließlich auf Daten und Technologie, um die Authentizität der Daten sicherzustellen. 

Verschiedene Arten gesellschaftlicher Institutionen auf der ganzen Welt beginnen, die Stärke dieser Technologie zu verstehen und Blockchain-Technologie zu übernehmen. Sie wird vor allem für die sichere Übertragung personenbezogener Informationen durch Finanzinstitute, Regierungen, das Gesundheitswesen und die Technologiebranche genutzt.