Die Technologie der Blockchain – einfach erklärt!

Eine Blockchain ist eine Aneinanderreihung von Datenblöcken, die so miteinander verbunden sind, dass jeder neue Datenblock Informationen aus dem vorigen Datenblock enthält und ans Ende der Kette angehängt wird. Um einen Datenblock zu verifizieren, muss ein Arbeitsnachweis geliefert werden – meist durch das Lösen einer komplexen Rechenaufgabe.

Die Blockchain-Technologie kommt in der Regel in Netzwerken zum Einsatz, die keine zentrale Verwaltungsinstanz nutzen. Die Verbindung der Blöcke untereinander sowie das Speichern der Blockchain auf allen Geräten des Netzwerks macht eine Manipulation der Blockchain nahezu unmöglich.

Aufbau

1. Daten
   Jeder Block der Blockchain enthält Daten. Je nach Einsatzgebiet der Blockchain-Technologie unterscheidet sich, was für Daten im Block gespeichert sind. Bei Kryptowährungen werden zum Beispiel Transaktionsdaten im Datenblock gespeichert.
2. Hash
   Jeder Block besitzt einen einzigartigen Hash. Der Hash ist ein Code aus Buchstaben und Zahlen, der dafür sorgt, dass der Block eindeutig identifiziert werden kann.
3. Hash vom vorigen Block
   Jeder Block einer Blockchain enthält nicht nur seinen eigenen Hash, sondern auch den Hash des Vor-Blocks. Dadurch kann es für alle Blöcke der Kette nur eine mögliche Reihenfolge geben und die Kette lässt sich nicht verändern, ohne dass das Netzwerk diesen Manipulationsversuch bemerkt.
4. Nonce
   Die Nonce ist eine zufällige Zahl, die jeder Block hat und die durch die sogenannten „Miner“ mit sehr viel Rechenaufwand ermittelt werden muss. Die Nonce ist das Ergebnis des Arbeitsnachweises.

Funktionsweise

Damit die Blockchain funktioniert, müssen neue Datenblöcke durch einen Arbeitsnachweis verifiziert werden, bevor sie auf allen Geräten des Netzwerks gespeichert werden. Dieser Arbeitsnachweis erfolgt durch sogenannte Miner, die für jede Blockchain unerlässlich sind.

Sie verifizieren die Richtigkeit eines neuen Blockes und müssen den Block anschließend „minen“ (schürfen). Das bedeutet, dass sie mit einer Menge Rechenleistung die unbekannte Nonce-Zahl durch Raten oder durch das Lösen einer mathematischen Aufgabe ermitteln müssen. Dies wird auch als „Proof-of-Work“ (PoW) bezeichnet.

Ermittelt ein Miner die korrekte Nonce, erhält der Miner für die investierte Zeit und Energie eine kleine Belohnung. Bei Bitcoin erhalten Miner beispielsweise eine kleine Gegenleistung in Form von Bitcoin.

Das wohl bekannteste Anwendungsbeispiel der Blockchain-Technologie ist die Kryptowährung Bitcoin. Bitcoin hat viel Aufmerksamkeit erregt und eine Diskussion über die Zukunft des Geldes, die Rolle staatlicher Finanzsysteme und den Energieverbrauch digitaler Währungen ausgelöst.

Entwickelt wurde sie 2008 von einer Person oder Gruppe unter dem Pseudonym Satoshi Nakamoto. Bei Bitcoin und anderen Kryptowährungen dient die Blockchain-Technologie als digitales Kassenbuch, in dem alle Transaktionen chronologisch, dauerhaft und transparent gespeichert werden. Durch die dezentrale Struktur sind keine Banken nötig – Zahlungen erfolgen direkt von Person zu Person.

Übrigens: Die Transaktionen bei der Blockchain-Technologie sind zwar transparent, aber die Identitäten der Personen im Netzwerk sind verhüllt. Aufgrund dieser Anonymität werden Kryptowährungen wie Bitcoin häufig auch als Zahlungsmittel für kriminelle Machenschaften im Darknet eingesetzt.

1. Dezentrale Speicherung

Die Speicherung der Blockchain erfolgt auf allen Endgeräten des Netzwerks. Das bedeutet, dass alle Personen im Netzwerk eine eigene Kopie der Blockchain auf ihrem System haben. Die Blockchain-Technologie nutzt also eine Peer-to-Peer-Verbindung. Das heißt, dass es eine Direktverbindung gibt und keine zentrale Instanz zwischen den Personen im Netzwerk vermitteln muss.

2. Einsehbarkeit der Daten

Durch die dezentrale Speicherung hat jede Person im Blockchain-Netzwerk eine eigene Kopie auf ihrem Endgerät. So lassen sich theoretisch alle Informationen der Blockchain jederzeit von jeder Person im Netzwerk einsehen. Dies schafft Vertrauen, da jede Person gleichwertig ist und keine bevorzugt wird.

3. Manipulationsresistenz

Dank kryptographischen Verfahren und dem Proof-of-Work der Blockchain lässt sie sich nur schwer manipulieren. Will eine Person eine nicht legitime Änderung vornehmen, so werden alle anderen im Netzwerk darauf aufmerksam und können entsprechende Schritte einleiten.

4. Vertraulichkeit

Beim Hinzufügen von neuen Blöcken wird das Netzwerk „befragt“. Sind die Daten in einem neuen Block nicht stimmig, wird er von der Mehrheit abgelehnt. Die transparente Gemeinsamkeit im Netzwerk und das Überprüfen durch andere im Netzwerk schafft ein System des Vertrauens.

Trotz all der positiven Aspekte gibt es bei der Blockchain-Technologie auch Nachteile.

1. Geschwindigkeits- und Performance-Probleme
   Gerade in der heutigen schnelllebigen Zeit kann es mit der Blockchain zu Kapazitätsproblemen kommen. Da jeder Block überprüft werden muss und das Update anschließend an das gesamte Netzwerk geschickt werden muss, drosselt es die Geschwindigkeit und Performance der Blockchain – besonders in größeren Blockchain-Netzwerken.
2. Keine hundertprozentige Sicherheit
   Die Manipulation einer Blockchain ist schwierig, aber nicht unmöglich. Wenn sich nämlich über die Hälfte des Netzwerkes zusammenschließen, dann könnten auch nicht legitime Datenblöcke validiert werden, weil sie die anderen überstimmen. Dies ist eher unwahrscheinlich, aber theoretisch möglich.
3. Keine Hilfe bei verlorenen Zugangsdaten
   Wenn Sie Ihren Login vergessen, kann Ihnen bei einer Bank jemand helfen – bei der Blockchain-Technologie ist das nicht möglich. Nur Sie kennen Ihren Login mit ID und Passwort, wenn Sie diese Daten vergessen, kann Ihnen niemand helfen.

Ein weiterer großer Nachteil der Blockchain-Technologie ist die enorme Menge an Energie, die benötigt wird. Besonders der energieintensive Proof-of-Work, der eine riesige Menge an Strom verbraucht, belastet die Umwelt. Um diese Belastung zu reduzieren, nutzen einige Blockchain-Technologien mittlerweile den energieeffizienteren Proof-of-Stake (PoS), der ohne rechenintensives Mining auskommt.

Trotzdem ist das Ausmaß an Emissionen durch den Stromverbrauch der Blockchain-Technologie enorm. Denn nicht nur der Proof-of-Work, sondern auch das Schürfen neuer Blöcke bei z. B. Kryptowährungen mit Blockchain-Technologie und die Speicherung der Blockchain selbst kosten Energie. Da jede Transaktion dauerhaft gesichert und auf allen Geräten des Netzwerkes synchronisiert werden muss, steigt der Energieaufwand mit zunehmender Länge der Kette und mit der Größe des Netzwerks stetig an.