Blockchains – womit alles anfing
Die Entwicklung der Blockchain-Technologie ist eng mit der Kryptowährung Bitcoin verknüpft. Die Ursprünge der Blockchain-Technologie datieren auf eine Zeit zurück, in der auch noch das Internet technisch betrachtet in den Kinderschuhen steckte. So veröffentlichte im Jahr 1983 David Chaum ein White Paper, das sich mit einer elektronischen Währung auseinandersetzt. Weitere zehn Jahre später schreiben W. Scott Stornetta und Stuart Haber über Grundlagen zu einer verschlüsselten und abgesicherten Verkettung einzelner digitaler Hash-Blöcke. Damit sind erstmals Grundlagen der heutigen Blockchain Technologie angesprochen worden. Vier Jahre darauf entwickelte Adam Back 1997 mit dem Proof-of-Work-Algorithmus ein wesentliches Merkmal für eine digitale Währung wie den Bitcoin.
Im Zuge der Finanzmarktkrise 2007/2008 erhielten Konzepte für alternative Währungen im Bereich digitaler Technologien weiteren Auftrieb. 2008 gab der Erfinder des Bitcoin unter dem Pseudonym „Satoshi Nakamoto“ mit einem White Paper den letztlich dafür entscheidenden Anstoß. Die darin beschriebene virtuelle Währung sollte alle Vorteile eines herkömmlichen Zahlungsmittels bieten, aber möglichst ohne die entsprechenden Nachteile. Grundlage waren auch Konzepte für unabhängige Internetwährungen, die es bereits vor der Jahrtausendwende gab. Mit Satoshi Nakamoto ist die Blockchain-Technologie Wesenskern der Kryptowährung Bitcoin geworden.
Stichwort Proof-of-work-Algorithmus:
Unter Proof-of-Work kommt in der Informatik ein Verfahren zur Anwendung, welches die massenhafte oder missbräuchliche Nutzung eines Dienstes abwehren soll. So wird vor der Nutzung und dem Zugang eine kleine Aufgabe gestellt. Bekanntlich wird diese Methode zur Abwehr von Spam-Mails verwendet.
Bitcoin & Blockchain – die Technologie
Eigentlich sind Blockchains auf mittlerweile gigantische Ausmaße angewachsene Speicher, welche in einem Netzwerk von dezentral verteilten Datenbanken organisiert sind. Typisch ist, dass die Blockchain wie eine dezentrale Buchführung arbeitet: Bei jedem Teilnehmer im Netzwerk wird eine neue Transaktion von irgendeinem anderen Teilnehmer automatisch bestätigt, verifiziert und verbucht. Diese auch sogenannten „Miner“ oder „Schürfer“ vergeben also gemeinsam einen Zeitstempel für jede neue Transaktion und verifizieren ebenso gemeinsam die Einträge. Damit ist es eine völlige Abkehr von jeglicher zentralistischer Organisation, in welcher eine einzelne Stelle oder ein Treuhänder dazu autorisiert wird. Leicht nachzuvollziehen ist auch, dass es auf diese Weise von der Gemeinschaft der Blockchain nicht zu ungewollten Veränderungen in den Datenbanken kommen kann.
Im Prinzip stellt diese Funktionsweise eine Kollektivierung der Datenwirtschaft dar, bei der in der Regel alle Daten bei allen Blockchain Teilnehmern liegen. Besonders augenfällig wird das Funktionsprinzip bei jedem Teilnehmerzuwachs mit der Neuinstallation des Bitcoin-Client: Dabei wird mehr als 70 Gigabyte der Bitcoin-Blockchain auf dem „neuen“ Computer synchronisiert gespeichert. Es existiert also ein genaues Spiegelbild von der aktuellen Blockchain auf diesem einzelnen und auf jedem anderen Rechner im Teilnehmer-Netzwerk. Keiner kann also die Blockchain wirksam für alle löschen – ein Höchstmaß an Sicherheit für das System der Blockchain insgesamt.
Stichwort Node:
Ein Node, in Deutsch Knoten oder Netzwerkknoten genannt, ist Bestandteil eines Netzwerks. Er dient dem Datenverkehr als Austauschpunkt.
Die Struktur aus Blöcken und Datensätzen
Es liegt nahe, beim Begriff Blockchain an Blöcke und Daten zu denken. Und in der Tat: Bei dieser Technologie werden – einfach erklärt – die Daten jeder einzelnen Transaktion in Blöcken oder Datensegmenten gesichert. Denn Blockchains sind vor allem auf Transaktionen ausgelegt. Dabei gelten Blöcke als Gruppen von Transaktionsdatensätzen, welche „Paketweise“ verifiziert worden sind. Zugleich werden sie mit anderen bestätigten Transaktionen der Kette angefügt. Das heißt, alle Transaktionen werden in Blöcken erfasst, gespeichert, erhalten einen Zeitstempel (Metadaten) und werden schließlich mit einem sogenannten Hash „versiegelt“ in die allgemeine Blockchain eingetragen. Praktisch läuft das so ab: In einem neuen Block ist ein Wert „eingebaut“, der aus den Daten des vorherigen errechnet wurde. Das geschieht mit kryptografischen Mitteln und das Ergebnis ist dieser Hash. Somit ist er ein einmaliges Element in dem betreffenden Block. Und wie bei einem Kaskadeneffekt setzt sich der Vorgang der Verschlüsselung fort: So wird dieser Hash wiederum zur Ermittlung des nächsten Hashes im folgenden Block mitverwendet, und so weiter. Verständlich damit auch, dass jede Änderung oder Manipulationen in einem der Blöcke nicht spurlos an den anderen vorbeigehen würde.
Apropos Ledger:
Blockchains werden wegen ihrer Funktionsweise oft auch Ledger (d.h. Hauptbuch) genannt. So nimmt mit der Zahl der Transaktionen zum Beispiel in einem Firmennetz auch das Vertrauen in die Funktion der Blockchain als dezentrale Buchführung zu.
Blockchain Kommunikation – die Praxis
Nehmen wir an, mit der Blockchain Technologie würde im konkreten Fall ein Zahlungssystem zum Einsatz kommen. Die Blockchain wäre damit nichts anderes als eine Liste (Datenbank) über die bisher durchgeführten Transaktionen. Zum Beispiel bedeutet das, dass Informationen über die Guthaben einzelner Kunden (Teilnehmer) nicht in einer zentralen Datenbank (wie bankenüblich im Zentralrechner), sondern dezentral bei allen anderen Beteiligten des Zahlungssystems (Blockchain) verschlüsselt gespeichert vorlägen. Nehmen wir den alltäglichen Vorgang einer Geldüberweisung: Kunde (Teilnehmer) A überweist einen Betrag von 50 Geldeinheiten an Kunde (Teilnehmer) B. Die Botschaft in Blockchain-Sprache wäre dann: A gibt dem gesamten Netzwerk öffentlich und gleichzeitig anonym diese Überweisung (Transaktion) bekannt. Sie wird dann in der Blockchain als weiteres Element (Block) der bereits vorhandenen Liste aller Transaktionen gespeichert. Die übrigen Teilnehmer können zugleich im „Kontenbuch“ (Liste) nachprüfen, ob B tatsächlich den Betrag erhalten hat. Ein Betrug ist damit ausgeschlossen.
Stichwort Wallet:
Guthaben in Zahlungssystemen auf Basis der Blockchain Technologie werden in einer sogenannten Wallet „gesammelt“. Es ist eine elektronische sowie softwaregestützte „Geldbörse“. Sie kombiniert datentechnisch einen öffentlichen mit einem privaten Schlüssel. So ist die Kontonummer in einem herkömmlichen Zahlungssystem der öffentliche Schlüssel. Der private Schlüssel ist nur dem Inhaber bekannt. Immer dann, wenn er eine Transaktion mit seinem Wallet ausführen will, braucht er den privaten Schlüssel zur Signatur. Nur so wird sie ausgelöst. Es ist nicht möglich, aus dem öffentlichen Schlüssel den privaten Schlüssel mathematisch zu ermitteln. Im Prinzip könnte das Wallet auch eine elektronische Variante des anonymen Schweizer Nummernkonto sein.
Die Vorteile der Blockchain Technologie
- Dezentral: Wichtigster Fakt ist, dass es keine zentrale Kontroll- oder Überwachungsinstanz gibt. Somit ist die Blockchain eine wirkliche Alternative zum aktuellen zentralen System, das durch einige wenige Instanzen und staatliche Stellen kontrolliert werden kann. Denn die Blockchain ist dezentral angelegt und auf sehr viele verschiedene Akteure verteilt. Damit sind willkürliche Eingriffe von Kriminellen oder staatlichen Stellen in das System unmöglich.
- Schnell und effektiv: Die Blockchain Technologie wickelt Transaktionen in Sekundenschnelle zu minimalen Kosten weltweit ab. Damit ist die Technologie schneller als viele andere elektronische Zahlungssysteme. Und: Die Verifikation der Beteiligten ist bereits Bestandteil des Systems der Blockchain.
- Fälschungssicher: Die Blockchain lässt sich als digitales Datenbuch auffassen. Dort werden sämtliche Transaktionen notiert und verifiziert. Nachträgliche Veränderungen der Blockchain sind praktisch unmöglich. Denn jede Transaktion ist mit einer vorhergehenden Transaktion Wenn diese dann einmal verifiziert worden sind, lassen sie sich nicht mehr rückgängig machen oder aufheben. Es ist auch kein Server vorhanden, der gehackt oder gefälscht werden könnte.
- Transparenz: Alle Transaktionen sind öffentlich. Sie werden dem gesamten Netzwerk mitgeteilt und sind für alle Teilnehmer erkennbar in der Blockchain eingetragen. Es ist quasi ein öffentlich einsehbares Datenbuch sämtlicher Transaktionen. Und: Alles, was innerhalb der Blockchain passiert, kann aufgerufen und von jeder Person eingesehen werden. Eine Vertuschung bereits abgelaufener Transaktionen gibt es nicht.
Stichwort Smart Contracts
Einige Blockchains sind modifiziert worden und wickeln nicht nur finanzielle Transaktionen ab. Hier wird dann die Gegenleistung einer Zahlung ebenso auf elektronischem Wege durchgeführt. Beispiel: Download Datei mit Kaufpreiszahlung.
Wie findet in der Blockchain das Mining statt?
Viele verbinden mit der Blockchain Technologie auch die Schaffung von neuen Geldeinheiten in einer Kryptowährung wie dem Bitcoin. Dafür verwenden die Experten den Begriff Mining („schürfen“), was auch als Geldschöpfung bezeichnet werden könnte. Keineswegs ist der technische Vorgang aber mit der Geldschöpfung von Zentralbanken im Bereich klassischer Währungen zu vergleichen. So sind im Mining am Beispiel des Bitcoin strenge Regeln gesetzt. Vor allem ohne Einsatz hoher und ziemlich Energie zehrender Rechnerleistung geht es dort nicht mehr.
Wenn neue Bitcoins entstehen sollen, kommt datentechnisch gesehen der SHA-256-Algorithmus zum Einsatz. Zunächst werden dabei die Transaktionsinformationen in Hexadezimalzahlen umgewandelt. Diese erhalten nun einen „Platz“ innerhalb der Blockchain. Neu geschaffene Hash-Blöcke „tragen“ hier eine Information des jeweils vorher eingefügten Hash-Blocks.
Das Hash eines jeden Block-Headers muss kleiner sein als ein bestimmter Wert. Es kommt nun zu einem Prozess aus Versuch und Irrtum, bis ein passendes Hash gefunden worden ist. Der Vorgang ähnelt dem Graben und schürfen nach Gold, sodass sich der Ausdruck Mining zurecht durchgesetzt hat. Und er gleicht in gewisser Weise einem Lotteriespiel, dessen Gewinner nun gestattet ist, den neuen Baustein (d.h. den eigenen Block) der Blockchain hinzuzufügen.
Dafür wird nun der Miner belohnt. Diese erhalten für die enorme Rechnerleistung innerhalb des Bitcoin-Netzwerkes eine Vergütung in Form von Bitcoins. Die neu geschaffenen Bitcoins dürfen sie dann wieder verkaufen.
Waren in der Bitcoin-Startphase viele Private Computerbesitzer mit handelsüblicher Hardware noch chancenreich, so hat sich die Mining-Szene heute sehr reduziert und mit Spezial-Hardware sowie in Mining-Pools professionalisiert.
Blockchain Technologie – so innovativ wie unheimlich
In den letzten Jahren hat keiner der Vertreter der sogenannten „Old Economy“ die Blockchain Technologie „auf dem Radar“ gehabt. Notenbanker und Großbanken ignorierten lange Zeit das technische Potenzial von Blockchain. Zudem entzieht sich ja die dezentrale Struktur des Bitcoin-Netzwerks einer klassischen Kontrolle durch Zentralbanken. Erst als die Marktkapitalisierung der prominentesten Kryptowährung mit der Blockchain-Technologie, der Bitcoin, die 100 Milliarden US-Dollar-Schwelle im letzten Jahr überschritt, änderte sich das. Zunächst kamen negative Stimmen und Vorverurteilungen gegenüber dem Bitcoin und der Blockchain-Technologie auf. Auch ein Verbot wird immer wieder aus politischen Kreisen gefordert. Begründet wird es mit der Anonymität der Technologie, die kriminellen Machenschaften und terroristischen Kreisen Vorteile biete. Sie könnten ja die Blockchain-Technologie für ihre dunklen Geschäfte missbrauchen. Aber 1. ist das ja in der Geschichte der Entstehung technologischer Innovationsschübe immer wieder ein sich wiederholendes Schema. 2. haben inzwischen diejenigen, die sich anfänglich durch die Blockchain-Technologie bedroht fühlen, auch die Vorteile erkannt. So sind nun einige Großbanken mit Forschungs- und Entwicklungseinheiten zur Blockchain-Technologie auf die andere Seite gewechselt. Sie prüfen jetzt, wie zum Beispiel zukünftig Transaktionen mit den bekannten staatlichen Währungen über eine Blockchain verwaltet werden können. Und das soll sich für sie auch lohnen. Denn offensichtlich können dadurch wohl erheblich Kosten im Bankbetrieb einspart werden. Aber auch andere Technologieriesen erkennen mittlerweile die Potenziale der Blockchain und arbeiten ähnlich den Großbanken an eigenen Lösungen für den betrieblichen Einsatz.
Was ist die Blockchain? Große Potenziale für die Zukunft
Die Grundlagen für die Technologie der Blockchain sind gerade einmal vor einem Jahrzehnt geschaffen worden. Auslöser war die Finanzmarktkrise 2008. Die Vorteile der analogen Welt sollten mit den Vorzügen digitaler Technologien verknüpft werden. Daraus ist die Blockchain Technologie entstanden, die den Wesenskern der bedeutendsten Kryptowährung, den Bitcoin, bildet. Sie punktet bei näherer Betrachtung mit ihrem dezentralen Funktionsprinzip ohne übergeordnete Kontroll- oder Überwachungsinstanz. Verschlüsselungstechniken in Blöcken und Datensätzen machen sie besonders sicher vor Fälschungen und Manipulationen. Für das Blockchain-Prinzip als öffentlich einsehbares Datenbuch über sämtliche Transaktionen seiner Netzwerk-Teilnehmer interessieren sich inzwischen auch ökonomische Bigplayer und Großbanken. Diese standen anfangs der Blockchain-Technologie noch skeptisch gegenüber. Manche sehen nun in der Blockchain Technologie noch großes Potenzial für die Zukunft: Gerade in der Logistik, der Produktion, im Bankensystem oder etwa in der öffentlichen Verwaltung könnte vieles in Bewegung geraten. Und die Blockchains haben inzwischen die Phantasien für viele andere Anwendungsbereiche geweckt. Experten sehen schon jetzt durch die Blockchain Technologie, wie nicht nur in diesen Branchen manches noch effizienter, schneller und kostengünstiger geleistet werden kann. So gesehen ist die Blockchain eben mehr als nur eine prominente Kryptowährung.
