TL;DR

• Blockchain ist ein dezentrales digitales Hauptbuch, das Transaktionsdaten auf vielen spezialisierten Computern im Netzwerk sicher aufzeichnet.

• Blockchain stellt die Datenintegrität durch ihre Unveränderlichkeit mittels Kryptografie und Konsensmechanismen sicher, was bedeutet, dass Informationen, sobald sie aufgezeichnet wurden, nicht rückwirkend geändert werden können.

• Blockchain bildet das Rückgrat von Kryptowährungen wie Bitcoin und Ethereum und trägt maßgeblich zur Förderung von Transparenz, Sicherheit und Vertrauen in verschiedenen Sektoren über den Finanzbereich hinaus bei.

Was ist Blockchain?

Eine Blockchain ist eine besondere Art von Datenbank, auch dezentrales digitales Ledger genannt, die von zahlreichen Computern auf der ganzen Welt verwaltet wird. Blockchain-Daten werden in Blöcken organisiert, die chronologisch angeordnet und durch Kryptographie gesichert sind.

Das früheste Modell einer Blockchain entstand Anfang der 1990er Jahre, als der Informatiker Stuart Haber und der Physiker W. Scott Stornetta kryptografische Techniken in einer Blockkette einsetzten, um digitale Dokumente vor Datenmanipulation zu schützen.

Haber und Stornetta inspirierten die Arbeit vieler anderer Informatiker und Kryptographie-Enthusiasten und führten schließlich zur Schaffung der ersten Kryptowährung, die auf Blockchain-Technologie basiert: Bitcoin. Seitdem hat sich die Akzeptanz der Blockchain-Technologie schrittweise ausgeweitet und Kryptowährungen werden weltweit von immer mehr Menschen genutzt.

Während die Blockchain-Technologie häufig zur Aufzeichnung von Kryptowährungstransaktionen verwendet wird, eignet sie sich auch für die Aufzeichnung vieler anderer Arten digitaler Daten und kann auf eine Vielzahl von Anwendungsfällen angewendet werden.

Was ist Dezentralisierung in der Blockchain?

Unter Dezentralisierung in der Blockchain versteht man die Idee, dass die Kontroll- und Entscheidungsbefugnis eines Netzwerks auf seine Benutzer verteilt wird und nicht von einer einzelnen Instanz wie einer Regierung oder einem Unternehmen kontrolliert wird. Dies kann in Situationen hilfreich sein, in denen sich Menschen mit Fremden abstimmen müssen oder die Sicherheit und Integrität ihrer Daten gewährleisten möchten.

In einem dezentralen Blockchain-Netzwerk gibt es keine zentrale Behörde oder Vermittler, die den Daten- oder Transaktionsfluss kontrolliert. Stattdessen werden Transaktionen von einem verteilten Netzwerk von Computern überprüft und aufgezeichnet, die zusammenarbeiten, um die Integrität des Netzwerks aufrechtzuerhalten.

Wenn von Blockchain-Technologie die Rede ist, geht es oft nicht nur um die Datenbank. Die Blockchain-Technologie unterstützt Anwendungen wie Kryptowährungen und nicht fungible Token (NFTs) und ermöglicht es Menschen, zusammenzuarbeiten und Transaktionen durchzuführen, ohne auf eine zentrale Autorität angewiesen zu sein.

Wie funktioniert Blockchain?

Im Kern ist eine Blockchain ein digitales Hauptbuch, das Transaktionen zwischen zwei Parteien sicher und manipulationssicher aufzeichnet. Diese Transaktionsdaten werden von einem weltweit verteilten Netzwerk spezieller Computer, sogenannten Nodes, aufgezeichnet.

Wenn ein Benutzer eine Transaktion initiiert, beispielsweise das Senden einer bestimmten Menge Kryptowährung an einen anderen Benutzer, wird diese Transaktion an das Netzwerk gesendet. Jeder Knoten authentifiziert die Transaktion, indem er digitale Signaturen und andere Transaktionsdaten überprüft.

Sobald die Transaktion verifiziert ist, wird sie zusammen mit anderen bereits verifizierten Transaktionen einem Block hinzugefügt. Mithilfe kryptografischer Methoden werden Blöcke miteinander verkettet und bilden die Blockchain. Der Prozess der Überprüfung von Transaktionen und deren Hinzufügung zur Blockchain erfolgt über einen Konsensmechanismus, eine Reihe von Regeln, die regeln, wie Knoten im Netzwerk zu einer Einigung über den Status der Blockchain und die Gültigkeit von Transaktionen gelangen.

Kryptografie ist für die Blockchain von entscheidender Bedeutung, um eine sichere, transparente und manipulationssichere Aufzeichnung von Transaktionen zu führen. Hashing ist beispielsweise eine wichtige kryptografische Methode, die in Blockchains verwendet wird. Es handelt sich um einen kryptografischen Prozess, der eine Eingabe beliebiger Größe in eine Zeichenfolge fester Größe umwandelt.

Die in Blockchains verwendeten Hash-Funktionen sind im Allgemeinen kollisionsresistent, was bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, zwei Datenelemente zu finden, die die gleiche Ausgabe erzeugen, astronomisch gering ist. Ein weiteres Merkmal ist der sogenannte Lawineneffekt. Er bezieht sich auf das Phänomen, dass jede geringfügige Änderung der Eingabedaten zu einer drastisch anderen Ausgabe führen würde.

Lassen Sie uns dies anhand von SHA256 veranschaulichen, einer in Bitcoin verwendeten Funktion. Wie Sie sehen, führte die Änderung der Groß- und Kleinschreibung der Buchstaben zu einer dramatischen Veränderung der Ausgabe. Hash-Funktionen sind ebenfalls Einwegfunktionen, da es rechnerisch nicht möglich ist, durch Reverse Engineering der Hash-Ausgabe zu den Eingabedaten zu gelangen.

Jeder Block innerhalb einer Blockchain enthält sicher den Hash des vorhergehenden Blocks und bildet so eine robuste Blockkette. Jeder, der einen Block ändern möchte, müsste alle nachfolgenden Blöcke ändern, eine Aufgabe, die nicht nur technisch anspruchsvoll, sondern auch unerschwinglich kostspielig ist.

Eine weitere in der Blockchain weit verbreitete kryptografische Methode ist die Public-Key-Kryptografie. Sie wird auch als asymmetrische Kryptografie bezeichnet und trägt dazu bei, sichere und überprüfbare Transaktionen zwischen Benutzern einzurichten.

So funktioniert es. Jeder Teilnehmer verfügt über ein einzigartiges Schlüsselpaar: einen privaten Schlüssel, den er geheim hält, und einen öffentlichen Schlüssel, der offen geteilt wird. Wenn ein Benutzer eine Transaktion initiiert, signiert er diese mit seinem privaten Schlüssel und erstellt so eine digitale Signatur.

Andere Benutzer im Netzwerk können dann die Authentizität der Transaktion überprüfen, indem sie den öffentlichen Schlüssel des Absenders auf die digitale Signatur anwenden. Dieser Ansatz gewährleistet sichere Transaktionen, da nur der rechtmäßige Besitzer des privaten Schlüssels eine Transaktion autorisieren kann, jeder jedoch die Signaturen mithilfe des öffentlichen Schlüssels überprüfen kann.

Ein weiteres Merkmal der Blockchain ist ihre Transparenz. Generell kann jeder die Daten einer Blockchain, inklusive aller Transaktionsdaten und Blockdaten, auf öffentlichen Blockchain-Seiten einsehen. Beispielsweise können Sie auf Blockchain-Explorer-Seiten jede Transaktion sehen, die jemals im Bitcoin-Netzwerk aufgezeichnet wurde, einschließlich der Kennung des Absenders und des Empfängers, des Überweisungsbetrags und einer Liste der Eigentümer von Bitcoins. Sie können auch die Blöcke von heute (bei Block 788.995, Stand: 29. Mai 2023, 18:52:21 GMT) bis zum ersten Block, dem sogenannten Genesis-Block, zurückverfolgen.

Was ist ein Konsensmechanismus?

Ein Konsensalgorithmus ist ein Mechanismus, der es Benutzern oder Maschinen ermöglicht, sich in einer verteilten Umgebung zu koordinieren. Es muss sichergestellt werden, dass sich alle Agenten im System auf eine einzige Quelle der Wahrheit einigen können, auch wenn einige Agenten ausfallen. Sie stellen sicher, dass alle Knoten im Netzwerk über dieselbe Kopie des Hauptbuchs verfügen, das eine Aufzeichnung aller Transaktionen enthält. Konsensmechanismen sind für Blockchains notwendig, da es keine zentrale Autorität gibt, die Transaktionen überprüft und die Integrität des Netzwerks aufrechterhält.

Wenn Zehntausende Knoten eine Kopie der Daten der Blockchain aufbewahren, können schnell einige Herausforderungen auftreten, darunter Datenkonsistenz und böswillige Knoten. Um die Integrität der Blockchain sicherzustellen, gibt es verschiedene Konsensmechanismen, die regeln, wie Netzwerkknoten eine Einigung erzielen. Schauen wir uns nun die wichtigsten an.

Arten von Konsensmechanismen

Was ist ein Arbeitsnachweis?

Proof of Work (PoW) ist ein Konsensmechanismus, der in vielen Blockchain-Netzwerken verwendet wird, um Transaktionen zu verifizieren und die Integrität der Blockchain aufrechtzuerhalten. Es handelt sich um den ursprünglichen Konsensmechanismus, den Bitcoin verwendet.

Bei PoW konkurrieren Miner um die Lösung eines komplexen mathematischen Problems, um den nächsten Block zur Blockchain hinzuzufügen. Bei dem als Mining bezeichneten Prozess wird der erste Miner, der das Problem löst, mit Kryptowährung belohnt.

Miner müssen leistungsstarke Computer einsetzen, um mathematische Probleme zu lösen, um neue Münzen zu schürfen und das Netzwerk zu sichern. Aus diesem Grund erfordert der Mining-Prozess erhebliche Mengen an Rechenleistung und damit Energie.

Was ist ein Einsatznachweis?

Proof of Stake (PoS) ist ein Konsensmechanismus, der einige der Nachteile von Proof of Work (PoW) beheben soll. In einem PoS-System konkurrieren Miner nicht um die Lösung komplexer mathematischer Probleme, um Transaktionen zu validieren und neue Blöcke zur Blockchain hinzuzufügen, sondern Validatoren werden auf der Grundlage der Menge an Kryptowährung ausgewählt, die sie im Netzwerk „einsetzen“.

Validatoren halten eine bestimmte Menge an Kryptowährung als Sicherheit oder „Einsatz“, um am Konsensprozess teilzunehmen. Anschließend werden sie nach dem Zufallsprinzip ausgewählt, um neue Blöcke zu erstellen und Transaktionen basierend auf der Größe ihres Einsatzes zu validieren. Validatoren werden mit Transaktionsgebühren für die Erstellung neuer Blöcke belohnt und als Anreiz, im besten Interesse des Netzwerks zu handeln.

Andere beliebte Konsensmechanismen

Proof of Work und Proof of Stake sind die gebräuchlichsten Konsensalgorithmen, es gibt aber auch andere. Bei einigen handelt es sich um Hybriden, die Elemente beider Systeme kombinieren, bei anderen handelt es sich um völlig unterschiedliche Methoden.

Beispielsweise ähnelt der delegierte Proof of Stake (DPoS) dem PoS, aber anstatt dass alle Validatoren berechtigt sind, neue Blöcke zu erstellen, wählen Token-Inhaber eine kleinere Gruppe von Delegierten, die dies in ihrem Namen tun.

Andererseits werden Validatoren beim Proof of Authority (PoA) anhand ihres Rufs oder ihrer Identität identifiziert und nicht anhand der Menge an Kryptowährung, die sie besitzen. Validatoren werden aufgrund ihrer Vertrauenswürdigkeit ausgewählt und können aus dem Netzwerk entfernt werden, wenn sie böswillig handeln.

Vorteile von Blockchain

1. Dezentralisierung

Der dezentrale Charakter der Blockchain bedeutet, dass es keinen einzigen Kontroll- oder Ausfallpunkt gibt, was sie sicherer und widerstandsfähiger gegen Angriffe oder Datenschutzverletzungen machen kann.

2. Transparenz

Transaktionen auf einer Blockchain sind für alle Teilnehmer sichtbar, was es einfacher macht, Transaktionen zu verfolgen und zu überprüfen und ihre Richtigkeit sicherzustellen.

3. Unveränderlichkeit

Sobald eine Transaktion in einer Blockchain aufgezeichnet ist, kann sie weder geändert noch gelöscht werden. Es erstellt eine permanente Aufzeichnung aller Transaktionen, die von jedem mit Zugriff auf das Blockchain-Netzwerk überprüft werden kann. Dies ist eine deutliche Abweichung von herkömmlichen Systemen, bei denen Transaktionen umkehrbar sind.

4. Effizienz

Blockchain kann schnellere und effizientere Transaktionen ermöglichen, da keine Zwischenhändler wie Banken erforderlich sind.

5. Niedrigere Gebühren

Durch die Eliminierung von Zwischenhändlern und die Automatisierung von Prozessen kann Blockchain die Transaktionskosten senken und bestimmte Geschäftsabläufe effizienter gestalten.

6. Vertrauenslosigkeit

Die Blockchain-Technologie ermöglicht transparente Transaktionen, die von den Netzwerkteilnehmern selbst verifiziert und validiert werden, ohne dass Zwischenhändler gezwungen werden.

Was sind die verschiedenen Arten von Blockchain-Netzwerken?

Öffentliche Blockchain

Eine öffentliche Blockchain ist ein dezentrales Netzwerk, das jedem offen steht, der teilnehmen möchte. Diese Netzwerke sind in der Regel Open Source, transparent und erlaubnislos, was bedeutet, dass jeder auf sie zugreifen und sie nutzen kann. Bitcoin und Ethereum sind Beispiele für öffentliche Blockchains.

Private Blockchain

Eine private Blockchain ist, wie der Name schon sagt, ein Blockchain-Netzwerk, das nicht für die Öffentlichkeit zugänglich ist. Private Blockchains werden in der Regel von einer einzelnen Einheit, beispielsweise einem Unternehmen, betrieben und für interne Zwecke und Anwendungsfälle verwendet.

Private Blockchains sind autorisierte Umgebungen mit etablierten Regeln, die vorschreiben, wer die Kette sehen und in sie schreiben kann. Es handelt sich nicht um dezentrale Systeme, da es eine klare Kontrollhierarchie gibt. Sie können jedoch verteilt werden, indem viele Knoten eine Kopie der Kette auf ihren Maschinen verwalten.

Konsortium-Blockchain

Eine Konsortialblockchain ist eine Mischung aus öffentlichen und privaten Blockchains. In einer Konsortium-Blockchain schließen sich mehrere Organisationen zusammen, um ein gemeinsames Blockchain-Netzwerk zu schaffen, das gemeinsam verwaltet und gesteuert wird. Diese Netzwerke können je nach den Bedürfnissen der Konsortiumsmitglieder entweder offen oder geschlossen sein.

Anstelle eines offenen Systems, in dem jeder Blöcke validieren kann, oder eines geschlossenen Systems, in dem nur eine einzige Entität Blockproduzenten benennt, agieren in einer Konsortialkette eine Handvoll gleich mächtiger Parteien als Validatoren.

Die Regeln des Systems sind flexibel: Die Sichtbarkeit der Kette kann auf Validatoren beschränkt, für autorisierte Personen oder für alle sichtbar sein. Wenn die Validatoren einen Konsens erzielen können, können Änderungen problemlos umgesetzt werden. Was die Funktionsweise der Blockchain betrifft, so wird das System keine Probleme bekommen, wenn eine bestimmte Schwelle dieser Parteien sich ehrlich verhält.

Wofür wird Blockchain verwendet?

Obwohl die Blockchain-Technologie noch in den Kinderschuhen steckt, gibt es bereits Anwendungsfälle in vielen verschiedenen Branchen. Zu den häufigsten aktuellen Anwendungen der Blockchain-Technologie gehören:

1. Kryptowährungen

Die Blockchain-Technologie wurde entwickelt, um die Schaffung von Kryptowährungen zu unterstützen, die Blockchain als sicheres und dezentrales Hauptbuch zur Aufzeichnung von Transaktionen nutzen.

2. Digitale Identität

Mithilfe der Blockchain können sichere und manipulationssichere digitale Identitäten erstellt werden, mit denen persönliche Informationen und andere sensible Daten überprüft werden können. Dies könnte immer wichtiger werden, da immer mehr unserer persönlichen Daten und Vermögenswerte online übertragen werden.

3. Abstimmung

Durch die Bereitstellung eines dezentralen, manipulationssicheren Protokolls aller abgegebenen Stimmen kann mithilfe der Blockchain-Technologie ein sicheres und transparentes Wahlsystem geschaffen werden, das die Möglichkeit von Wahlbetrug ausschließt und die Integrität des Wahlprozesses gewährleistet.

4. Lieferkettenmanagement

Mithilfe der Blockchain-Technologie kann ein Hauptbuch aller Transaktionen innerhalb einer Lieferkette erstellt werden. Jede Transaktion kann als Block auf der Blockchain aufgezeichnet werden, wodurch eine unveränderliche und transparente Aufzeichnung des gesamten Lieferkettenprozesses entsteht.

5. Intelligente Verträge

Smart Contracts sind selbstausführende Verträge, die so programmiert werden können, dass sie automatisch ausgeführt werden, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Die Blockchain-Technologie ermöglicht die sichere und dezentrale Erstellung und Ausführung von Smart Contracts. Eine der vielversprechendsten Anwendungen von Smart Contracts sind dezentrale Anwendungen (dApps) und Organisationen (DAOs).

Schlussgedanken

Die Blockchain-Technologie bietet eine sichere und transparente Möglichkeit, Transaktionen aufzuzeichnen und Daten zu speichern. Es hat das Potenzial, Branchen zu revolutionieren, indem es ein neues Maß an Vertrauen und Sicherheit in die digitale Welt bringt.

Ob es um die Ermöglichung von Peer-to-Peer-Transaktionen, die Schaffung neuer Formen digitaler Assets oder die Erleichterung dezentraler Anwendungen geht – die Blockchain-Technologie eröffnet eine Welt voller Möglichkeiten. Da sich die Technologie weiterentwickelt und eine breitere Akzeptanz findet, können wir davon ausgehen, dass in den kommenden Jahren weitere innovative und transformative Anwendungsfälle entstehen werden.

Weiterführende Literatur

• Was ist Kryptowährung?

• Was ist ein Stablecoin?

• Was ist ein NFT?

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