Die Blockchain - Die Funktionsweise der Blockchain-Technologie

Die Blockchain – Wie funktioniert die Blockchain ?

Die Blockchain ist eine Technologie, die eine dezentrale Datenverwaltung ermöglicht und damit die Grundlage vieler digitaler Währungen darstellt. Die Blockchain-Technologie zeichnet sich besonders durch folgende drei Eigenschaften aus.

  • Dezentralität
  • Unveränderlichkeit
  • Transparenz
 

Wie ist die Blockchain entstanden ?

Die Blockchain stellt zusammen mit dem Internet eine der größten Erfindungen der Menschheit dar, weil diese Technologie ein fundamentales Problem löst:

Wie kann man von Mensch zu Mensch über das Internet Geld verschicken, ohne das beide einem zentralen Server vertrauen müssen, der kontrolliert und somit beeinflusst werden kann ?

Denn heutzutage müssen wir bei jeder Überweisung einen solchen Server benutzen. Dieser steht bei unserer Bank, über die wir eine Überweisung ausführen.

Vertrauen ist notwendig, wenn Geld auf elektronischem Wege übertragen werden soll. Das ist den meisten von uns gar nicht bewusst, weil wir uns so sehr an unser Bankensystem gewöhnt haben. Zum Beispiel vertrauen wir unserer Bank, dass sie eine eingegangene Überweisung nicht plötzlich rückgängig macht, so dass uns Geld fehlt.

Schon seit vielen Jahren haben Mitglieder der kryptographischen Community (einige nennen diese Leute auch Computer-Freaks ) an Währungen gearbeitet, die von Rechner zu Rechner verschickt werden sollten. Man nannte diese Währungen Peer-to-Peer (Rechner-zu-Rechner) Währungen, die ohne zentrale Server auskommen sollte. Man orientierte sich damals an dem Bittorrent-System. Bei diesem Bittorrent -System hat jedes Mitglied des Bittorrent-Netzwerkes einen Teil seiner Rechnerkapazität zur Verfügung gestellt, um z.B. Filme herunterzuladen. Diese Filme wurden dann wieder dem gesamten Netzwerk zur Verfügung gestellt.

Vertrauen war allerdings das größte zu lösende Problem.

Das notwendige Vertrauen untereinander fehlte den anonymen Nutzern, denn es war technisch nicht möglich, die elektronischen "Zahlungsvorgänge" fälschungssicher zu machen. Denn jedes einigermaßen geschickte Mitglied der Community hätte in seinem Rechner, den er dem Netzwerk zur Verfügung stellt, eingreifen können.

Für dieses Dilemma gab es einfach keine Lösung und erschien als unerreichbarer Traum.
Bei einer Überweisung wird ein zentraler Server benötigt (links). Bei einer Peer-to-Peer Währung benötigt man keinen zentralen Server (rechts)

Bei einer Überweisung wird ein zentraler Server benötigt (links). Bei einer Peer-to-Peer Währung benötigt man keinen zentralen Server (rechts) © Wikimedia Commons

Erst im Jahr 2008 erschien eine Person oder Gruppierung, die sich Satoshi Nakamoto nannte auf der Bildfläche und präsentierte eine geniale Lösung dieses Problems. Er kombinierte schon vorhandene Technologien auf neue und ausgesprochen innovative Art und Weise zu einer revolutionären Technologie:

Die Blockchain

Durch die einzigartige Struktur der Programmierung ist die Blockchain absolut fälschungssicher und Zahlungen können nun nicht mehr rückgängig gemacht werden. Das Programm ist so aufgebaut, daß jeder Nutzer des Blockchain-Netzwerkes seine Rechnerkapazität zur Verfügung stellen kann, ohne die Abläufe innerhalb dieses Programms manipulieren zu können. Die Nutzer des Netzwerkes, die ihre Rechenleistung zur Verfügung stellen werden sogar belohnt und nennen sich Miner. Auf das Mining gehen wir hier sehr viel genauer ein.

Als erste Anwendung der Blockchain rief Satoshi Nakamoto die erste freie Peer-to-Peer Währung ins Leben:

Der Bitcoin ist entstanden

Seit 2009 folgten viele weitere Anwendungen, die sich Ethereum, Ripple, Dash, ZCash etc nennen. Im Juli 2017 gibt es mehr als 800 verschiedene digitale Währungen und Anwendungen, die auf der Blockchain-Technologie basieren.

 

Die Funktionsweise der Blockchain

Die Funktionsweise der Blockchain

Die Blockchain (Block-Kette) nennt sich die Technik, auf welche Art und Weise die Daten der verschiedenen Anwendungen gespeichert werden. Bei der Anwendung Bitcoin handelt es sich bei den gespeicherten Daten um Transaktionsdaten, also Informationen zu einzelnen Zahlungsvorgängen. Man kann sich das Ganze auch als Buchhaltungsprogramm vorstellen, in dem jeder einzelne Zahlungsvorgang vollautomatisch akribisch genau geprüft und abgeglichen wird.

Jeder Block enthält eine maximierte Anzahl an Transaktionen, die zusammengefasst werden.
Diese Transaktionen sehen dann ungefähr so aus :

1HPbLoJyNTZXH1Lny1n6pa6ytzFEBpnHUo zahlt an 14aa7hDRAPFyKCeXQ4ind7y59cWSJPVsoY BTC 1.59115895 © Blockchain.info

Von diesen Transaktionen werden mehrere zu einem Block zusammengefasst, bis dieser "voll" ist. Die nachfolgenden Transaktionen werden dann im nächsten Block zusammengefasst. Jeder neu entstandene Block verweist auf den vorher entstandenen Block. Dies hat zur Folge, daß die Manipulation eines Blockes unweigerlich zu einem "reißen" der Kette führen würde, was daß zurückweisen des Blockes und damit auch der enthaltenen Transaktionen zur Folge hätte.

Vereinfachte Darstellung der Blockchain © Wikimedia Commons

Die logische Aneinanderreihung der Blöcke ist durch das sogenannte Hashing möglich. Ein Hash ist ein einmaliger, nicht zu fälschender digitaler Fingerabdruck, mit dem jeder Block versehen wird, wenn dieser "voll" ist. Damit ist 100% sichergestellt, daß jeder Block einzigartig ist, und alle Blöcke (und wir sprechen über eine riesige Anzahl von Blöcken) in nur einer möglichen Reihenfolge abgearbeitet werden. 

Man spricht auch davon, daß alle Transaktionen eines Blocks zu einem Hash-Baum zusammengefasst werden. Ebenso erhält jeder Block auch noch einen Header (Im englischen ist mit Header meist eine Überschrift gemeint). Dieser Header enthält immer den Hash (digitalen Fingerabdruck) des vorherigen Blocks. Auf diese Weise werden die Blöcke zu einer Kette zusammengefügt.

Auf jedem Rechner im Bitcoin- Netzwerk ist eine Version des Blockchain-Programmes installiert. Damit ist jeder Rechner in der Lage in alle Vorgänge des Bitcoin-Netzwerkes "hineinzuschauen". Jeder Rechner darf neue Blöcke hinzufügen, indem er Transaktionen bündelt. Sobald dieser Rechner einen Block vervollständigt hat, wird er belohnt, indem er einen kleinen Teil der Bitcoin erhält, die alle 10 Minuten freigegeben werden. (Mehr über diese Belohnung lesen Sie hier )

Nun stellt sich die Frage, warum denn kein gefälschter Block in Umlauf gebracht werden kann, um sich zu bereichern ?

Um derartige Vorgänge unmöglich zu machen, hatte Satoshi Nakamoto eine sehr einfache und doch geniale Idee :

Das Hash eines jeden Block-Headers muss kleiner sein als ein bestimmter Wert. Dadurch kann ein Rechner nicht einfach den erstbesten Hash ausrechnen. Er muss mit brute force, also durch Ausprobieren, einen Hash finden. Diesen Rechenprozess nennt man Mining.

Es ist so ähnlich wie Gold schürfen: Man muss schon etwas wühlen, bis man einen passenden Hash findet.

 

Warum ist die Blockchain so sicher ?

Das Verfahren, mit dem Rechner ein Suchproblem lösen müssen, um der Blockchain einen neuen Block hinzuzufügen, bezeichnet man als Proof of Work (aus dem engl. : Arbeitsbeweis). Mit der Lösung des Suchproblems hat ein Rechner bewiesen, dass er einiges an Rechenleistung in die Suche investieren musste. Dadurch ist die Blockchain fälschungssicher. Jeder Rechner nimmt einfach an, dass die längste Blockchain im Umlauf die echte ist, alle anderen sind Fälschungen. Denn in die längste Blockchain muss logischerweise die meiste Rechenpower geflossen sein. Daraus ist zu schließen, daß die meisten Rechner des Netzwerkesdaran mitgearbeitet haben müssen. Diese innovative Art der Konsensfindung ist das herausragende Merkmal der Blockchain.

In der Bitcoin-Software ist der Schwierigkeitsgrad des Suchproblems so eingestellt, dass es jeweils etwa 10 Minuten dauert, bis ein neuer Block "gefunden" wird. Alle Knoten suchen fieberhaft nach dem passenden Hash für den nächsten Block. Warum? Weil derjenige Knoten, der das Suchproblem löst, eine Belohnung erhält. Aktuell werden alle 10 Minuten BTC 12, 5 auf das Rechner-Netzwerk verteilt. Wer also die meisten Blöcke findet, erhält alle 10 Minuten den größten Anteil von diesem Kuchen.

Wer jetzt denkt, hier ist schnelles Geld zu holen, irrt sich. Die erforderliche Rechenleistung im Bitcoin-Netzwerk ist so absurd hoch, dass man eher im Lotto gewinnt als auf dem heimischen Laptop einen neuen Block zu finden. Ohne spezialisierte Hardware hat man keine Chance, im technologischen Wettrüsten der Bitcoin-Miner zu bestehen. Aus diesem Grund macht es sehr viel Sinn, sich am Krypto-Mining zu beteiligen. Mehr über das Krypto-Mining finden Sie hier.