Wie funktioniert die Blockchain

In diesem Beitrag möchten wir die Funktionsweise einer Blockchain im Zusammenhang mit Bitcoin erklären.
Kryptowährungen sind seit Jahren sehr beliebt. Immer mehr Personen weltweit investieren in diese und versuchen bestmöglichen Profit daraus zu erhalten. Wie die Technologie hinter den Kryptowährungen mit einem Multi-Milliarden-Volumen funktioniert und wie die Blockchain diese Software erst möglich macht, erklären wir hier.

Was ist die Blockchain

Um es einfach zu sagen, ist eine Blockchain eine öffentliche, dezentrale Datenbank, in welcher Daten gespeichert und auf tausende Systeme synchronisiert werden. In einer Blockchain werden die Daten nur nie überschrieben, sondern werden in einer Kette hintereinander gesetzt. Damit die Kette an Daten nicht zu lange wird, wird diese ab einer bestimmten Länge in einzelne Blöcke geteilt. Das erklärt nun auch das Wort Blockchain -> Block-Kette.

Wofür die Blockchain

Dazu muss man erstmal verstehen, warum immer mehr Leute in Kryptowährung investieren, anstatt ihr Geld bei herkömmlich Banken anzulegen. Gründe nicht mehr bei der Bank zu bleiben gibt es einige, wie z.B: geringe/keine Zinsen, Misstrauen, hohe Bürokratie, nicht transparent uvm.

Die Bank ist im Grunde nur die prüfende Stelle, dass das Geld vorhanden ist und bei Überweisung keine Änderungen vorgenommen werden. Das beruht darauf, dass bei der Überweisung beide Parteien der Bank trauen, dass diese das Geld nicht behält, sondern pflichtbewusst vermittelt. Was genau zwischen der Überweisung passiert, wissen die Kunden jedoch nicht. Handelt die Bank in der Zwischenzeit damit oder arbeitet sie anderweitig damit? Das weis man alles nicht.

Bei der Blockchain und der Überweisung bei Kryptowährung gibt es keine Institution die aus Geschäften und Mitarbeitern besteht, die eine Überweisung kontrollieren. Die Prüfstelle ist die Blockchain selbst, in die alle Teilnehmer vollen Einblick haben. Jeder sieht welche Transaktionen und Änderungen vorgenommen werden.

Wie die Blockchain Sicherheit bringt

Die Frage ist nun also, wie man nun eine öffentlich einsehbare & bearbeitbare Datenbank sicher macht, dass sich niemand einfach 100 EURO auf sein Konto schreibt. Die Lösung: Dezentralität. Die Daten bei Transaktionen werden auf hundert-tausenden Geräten synchronisiert. Um also die Hundert Euro auf das eine Konto zu schreiben, müsste man auf alle teilnehmen Geräten weltweit gleichzeitig die Änderung vornehmen, was nicht möglich ist. Da die Blockchain alle ihre Teilnehmer gegenseitig überwacht, wird bei einer Manipulation einfach das Gerät mit den falschen Daten aus dem System geschmissen, bis dieses sich wieder mit den richtigen Daten einbringt.

Großer Vorteil der Blockchain und deren Bearbeitern ist, dass dies völlig Anonym geschieht. Bei Kryptowährungen können sogenannte Wallets (also digitale Geldbeutel) einfach den Besitzer wechseln, ohne das irgendjemand persönliche Daten angeben muss.

Wie fügt man etwas in die Blockchain ein?

Rein technisch können jegliche Daten in diese chronologisch lineare Datenbank gelegt werden, denn Kryptowährungen sind nur ein Anwendungszweck davon.

Um an einem auf Blockchain basierenden System teilzunehmen, braucht es eine Zugangssoftware. Diese Zugangssoftware, die sogenannte Wallet, basiert auf einem Schlüsselpaar, bestehend aus einem privaten und einem öffentlichen Schlüssel. Der öffentliche Schlüssel ist für jeden sichtbar. Der private Schlüssel ist geheim und vergleichbar mit einem Passwort.

Bei jeder Transkation wird in der Blockchain der Inhalt mit dem privaten Schlüssel signiert und kann mit dem öffentlichen Schlüssel verifiziert werden. Ohne eine gültige Signatur ist der Inhalt ungültig und wird nicht in der Blockchain behalten. Das verifizieren übernehmen dabei die anderen Teilnehmer der Blockchain.

Die Verschlüsselung basiert auf einer asymmetrischen Verschlüsselung, wodurch es nicht möglich ist, mit dem öffentlichen Schlüssel an den privaten Schlüssel zu kommen.

Das beutetet im gleichen Zuge aber auch, wenn der Besitzer des Wallets seinen privaten Schlüssel verliert, kommt er nicht mehr an seinen Inhalt. Es gibt keine Möglichkeit den Schlüssel wiederherzustellen oder zu ändern.

Bei jeder Addierung eines Inhalts zur Blockchain wird der Hashwert des vorherigen Datensatzes mit dazugefügt. Damit wird verhindert, dass Änderungen an einzelnen Inhalten gemacht werden (da sich damit der Hashwert ändern würde) oder das ein neuer Inhalt dazwischen gepackt wird.

Auch dies wird von den anderen Teilnehmern der Blockchain kontrolliert, wodurch eine Manipulation ausgeschlossen wird.

Eine theoretische Gefahr bestände, wenn man mehr als 51% der Teilnehmer mit eigenen Systemen ersetzt, die dann meine falschen Inhalte verifizieren. Damit bestände die Gefahr, dass die ursprünglich richtigen Daten als falsch eingestuft werden und meine neuen falschen Daten, als richtig und verifiziert da stehen. Es gibt jedoch Möglichkeiten dies zu verhindern. Mehr dazu in “Was ist Mining”.

Proof-of-Work

Das Kozept “Proof-of-Work” ist ein älteres Konzept aus dem Jahr 1992, also lange vor überhaupt irgendjemand über Blockchain oder Bitcoin gesprochen hat. Das Proof-of-Work bassiert darauf, dass jemand erst eine Arbeit abwickeln darf, wenn er eine kryptografische Aufgabe gelöst hat. Da dies sehr viel Rechenleistung zieht und damit auch sehr teuer ist, soll und wird damit verhindert, dass zu viele Aufgaben ohne Arbeit gemacht werden. Satoshi Nakamoto, der geheimnisvolle Schöpfer von Bitcoin, veröffentlichte 2009 ein Whitepaper, in dem er “Proof-of-Work” mit einem Mechanismus wirtschaftlicher Anreize kombiniert, um eine Möglichkeit zur Gewährleistung der Integrität der Bitcoin-Blockchain und zur Wahrung der Ordnung bei der Erzeugung neuer Blöcke zu entwickeln. Bei Bitcoin müssen also die Netzwerkteilnehmer kryptografische Aufgaben lösen, um neue Blöcke für die Blockchain vorschlagen zu können.

Was ist Mining

Mining ist ein wichtiger Bestandteil des Systems. Viele sehen in Mining nur die Erschaffung neuer Bitcoins, wobei dies eigentlich nur eine Belohnung für die eigentlich erbrachte Arbeit ist.

Wenn eine neue Information (z. B. eine Transaktion) zur Blockchain hinzugefügt werden soll, setzen die Miner ihre Rechenleistung ein, um einen gültigen Block zu finden. Dazu wird ein “Hash” ermittelt, welcher eine bestimmte Voraussetzung erfüllt, welche im Netzwerkprotokoll vorher festgelegt wurde.

Beim Mining haben die Miner drei Aufgaben:
– den Hash des vorherigen Blocks berechnen
– die Anzahl der Transaktionen hashen
– einen Nonce hashen

Beim Nonce iterieren der Miner zufällig gewählte Zeichenketten (Nonce), bis der Hash des Blocks den Zielvorgaben des Netzwerks entspricht.  Beim Proof-of-work-komzept geht es dann darum, wartende Transaktionen in einem neuen Block zu sammeln und den neuen Block an die Blockchain anzuhängen.

Das Mining ist wettbewerbsorientiert: Der Teilnehmer, der den erforderlichen Hash am schnellsten findet, wird mit einer gewissen Summe in Blockchain-Währung belohnt. 

Die Höhe der Summe definiert das Protokoll. Die Höhe dieser Auszahlung wird durch das Blockchain-Protokoll festgelegt und beträgt im Falle der Bitcoin-Blockchain derzeit 6,25 BTC pro Block. Anfangs gab es noch 12,5 BTC als Reward.

Lohnt sich Mining

Rein wirtschaftlich lohnt sich Mining inzwischen nur noch für die wenigsten. Zum einen ist die Anschaffung von spezieller Hardware teuer, zum anderen ist der spätere Energieverbrauch sehr hoch, wodurch noch mehr kosten entstehen. Diese Ausgaben wieder zu erwirtschaften ist sehr schwer und dauert meist sehr lange. Meist scheitert es an den Stromkosten, weshalb große BTC-Mining-Farmen auch nicht in Deutschland, sondern in Ländern stehen, wo die Stromkosten sehr niedrig sind wie Island.

Welchen Vorteil bringt die Blockchain in der Geschäftswelt

Da die Blockchain an transparentes Netzwerk ist, können auch Verträge zwischen zwei Parteien, die sich potentiell misstrauen, in einem öffentlichen Netzwerk abgewickelt werden. Die kontrollierende Rolle der Bank, übernehmen also nun die Teilnehmer des Netzwerks.

Das bedeutet auch, dass Institutionen wie Banken überflüssig werden, da diese nicht mehr zur Kontrolle und Abwicklung benötigt werden.


Quellen

  • https://www.btc-echo.de/news/es-ist-vollbracht-bitcoin-ist-jetzt-noch-seltener-91332/
  • https://de.bergfuerst.com/ratgeber/blockchain
  • https://www.it-finanzmagazin.de/27960/
  • https://www.bitcoinsuisse.com/de/fundamentals/was-ist-proof-of-work
  • https://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/bitcoin-boom-der-kryptowaehrungen-in-island-kann-das-gutgehen-a-1199460.html
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