Was ist eine Blockchain? Konzepte, Prinzipien, Technologie

Eine Blockchain ist eine dezentrale Datenbank, die Informationen über alle Transaktionen der Mitglieder innerhalb ihres Netzwerks enthält. Die Technologie basiert auf kryptografischen Methoden der Informationssicherheit. Die Daten werden als Kette von Blöcken gespeichert, von denen jeder eine bestimmte Anzahl von Transaktionen enthält. Die Blockchain wird von vielen Computern oder Knotenpunkten betrieben, die sich weltweit befinden. Sie verarbeiten die Transaktionen, erstellen neue Blöcke, tauschen sie aus und speichern Kopien der Blockchain.

Eine kurze Geschichte der Blockchain-Technologie

Die Geschichte der Blockchain-Technologie reicht bis in die späten 1970er Jahre zurück, als der amerikanische Kryptograph Ralph Merkle seine Hash-Tree-Erfindung, auch bekannt als Merkle-Baum, patentieren ließ.

Beim Merkle-Baum geht es um die sichere Organisation und Speicherung von Daten in einem System aus Blöcken, die mithilfe der Hashfunktion-Kryptografiemethode miteinander verknüpft sind.

1991 veröffentlichten Stuart Haber und W. Scott Stornetta den ersten Entwurf des Blockchain-Konzepts. Die Informatiker verwendeten Merkle-Bäume als Grundlage ihrer Erfindung und legten damit den Grundstein für die Entstehung und Entwicklung der Blockchain-Technologie, wie wir sie heute kennen, der kryptografischen Verschlüsselung und der Web3-Industrie. 

Ihre Forschung zielte darauf ab, eine Datenbank mit unveränderlichen öffentlichen Daten zu erstellen, die mit Kryptografie verschlüsselt wurden. Die Technologie wurde sogar patentiert (das Patent lief 2004 aus), aber sie scheint ihrer Zeit zu weit voraus gewesen zu sein, um eine Finanzierung zu erhalten.

Was reale Anwendungen betrifft, begann die Blockchain-Geschichte im Jahr 2008 mit Satoshi Nakamoto und dem Whitepaper für Bitcoin, die erste Kryptowährung der Welt. Haber und Stornetta sind die beiden am häufigsten zitierten Experten im Gründungsdokument.

Grundlegende Funktionsprinzipien der Blockchain

Unabhängig davon, ob sie im Finanzsektor oder anderswo eingesetzt wird, muss eine Blockchain folgende Kriterien erfüllen:

• Dezentral. Die Daten werden nicht auf einem zentralen Server gespeichert, sondern auf mehreren Computern auf der ganzen Welt.
• Transparent. Jeder kann jede für ihn interessante Transaktion in der Blockchain einsehen und die Bewegung der Coins verfolgen, sogar ab dem Moment ihrer Prägung.
• Unveränderlich. Bereits zur Blockchain hinzugefügte Blöcke können nicht bearbeitet, gelöscht oder verschoben werden. Sie können nur neue Blöcke hinzufügen. Die verteilte Netzwerkarchitektur und die Verwendung der Hash-Funktion gewährleisten die Unveränderlichkeit und Irreversibilität der Blockchain.
• Sicher. Kryptographie, Konsensmechanismen, die Unveränderlichkeit von Daten und dezentrale Speichermethoden tragen dazu bei, Blockchains sicherer zu machen.

Wie die Blockchain aufgebaut ist und funktioniert

• Transaktionen verarbeiten . Die Parteien einer Transaktion tauschen Daten aus, die mit einem kryptografischen Algorithmus verschlüsselt wurden. Diese Daten können Kryptowährung oder andere digitale Informationen oder Vermögenswerte darstellen.
• Bestätigung . Die Transaktion wird in den Mempool gestellt, eine Warteschlange von Transaktionen, die auf Bestätigung warten. Die Netzwerkknoten gruppieren Transaktionen in Blöcken, überprüfen sie und bestätigen ihre Legitimität.
   
• Blockchain-Struktur . Jeder Block wird durch einen Hash identifiziert, der einen Blockheader, den Hash des vorherigen Blocks und die Transaktionen 
  im Block enthält. Eine Folge miteinander verbundener Hashes erzeugt eine voneinander abhängige Blockkette.
   
• Blockverifizierung . Bevor ein Block zur Kette hinzugefügt wird, wird er auf Datenkonsistenz geprüft. Die Regeln zur Verifizierung werden als Konsensmechanismus bezeichnet. Die beliebtesten Konsensmechanismen sind Proof-of-Work (PoW) und Proof-of-Stake (PoS) , aber es gibt noch viele andere, darunter Proof-of-Burn, Proof-of-History und Proof-of-Authority. Der Algorithmus, den eine bestimmte Blockchain verwendet, wird basierend auf den Anforderungen des Projekts ausgewählt. Weitere Informationen finden Sie in unserem Artikel „ So wird eine Blockchain-Transaktion validiert.“
   
• Mining . Der kontinuierliche Betrieb von Netzwerken, die PoW verwenden, wird durch Miner sichergestellt, die Transaktionen verifizieren und mithilfe komplexer mathematischer Berechnungen neue Blöcke erstellen. Im Gegenzug erhalten sie Belohnungen in Form des nativen Tokens des Netzwerks und/oder einer Provision für die Verarbeitung von Transaktionen. Bei Netzwerken, die auf anderen Konsensalgorithmen basieren, sieht es etwas anders aus, aber das Wesentliche bleibt dasselbe: Transaktionen verifizieren, neue Blöcke erstellen und Netzwerksicherheit und Dezentralisierung gewährleisten.
   
• Datensicherheit . Wenn ein Betrüger versucht, auch nur eine Transaktion in einem Block zu ändern, ändert sich der Hash des Blocks. Danach erkennen die anderen Knoten im Netzwerk den böswilligen Eingriff und stellen sicher, dass der Block von der Hauptkette ausgeschlossen wird.

Wie Blockchains funktionieren

Eine Blockchain ist eine Datenbank, in der Aufzeichnungen von Kryptowährungstransaktionen gespeichert werden . Öffentliche Blockchains sind dezentralisiert, da sie auf Tausenden von Computern gleichzeitig gespeichert und gemäß ihren Protokollen automatisch verwaltet werden. Ein dezentralisiertes Blockchain-Netzwerk verfügt über Knoten , die Kopien der Blockchain speichern. Knoten verarbeiten Transaktionen, schürfen neue Blöcke und tauschen sie innerhalb einer Blockchain aus. Je nach Blockchain werden die Knoten, die neue Blöcke erstellen, als Miner oder Validatoren bezeichnet.

Um mit Kryptowährungen zu interagieren, benötigen Sie ein Krypto-Wallet . Dabei handelt es sich um eine Anwendung oder ein Gerät, das Transaktionen generiert und an eine Blockchain sendet. Bei der Ersteinrichtung generiert ein Krypto-Wallet einen  privaten Schlüssel  zum Signieren von Transaktionen und einen öffentlichen Schlüssel  zum Verifizieren von Transaktionen. Der öffentliche Schlüssel wird in eine Kryptoadresse umgewandelt,  um Transaktionen zu akzeptieren.

Um es einfach auszudrücken: In einer Krypto-Wallet wird keine Währung gespeichert, sondern die Schlüssel, die zum Signieren einer Krypto-Zahlung oder -Überweisung erforderlich sind.

1. Wenn Sie die Adresse und den Betrag eines Empfängers in Ihr Krypto-Wallet eingeben, wird Ihre Transaktion generiert und Ihr privater Schlüssel verwendet, um eine elektronische Signatur zu generieren. Das Krypto-Wallet sendet die digital signierte Transaktion an einen Blockchain-Knoten.
2. Der Blockchain-Knoten überprüft die elektronische Signatur. Die Transaktion ist legitim, wenn sie mit Ihrer Adresse übereinstimmt und die Adresse über ausreichend Guthaben verfügt. Anschließend übertragen die Knoten sie an andere Knoten.
3. Miner oder Validierer nehmen die Transaktion in einen neuen Block auf. Der Knoten, der den neuen Block zuerst geschürft hat, sendet ihn an die anderen Knoten. Blöcke mit Ihrer Transaktion, die andere Miner oder Validierer erstellt haben, werden abgelehnt.
4. Knoten, die den neuen Block mit Ihrer Transaktion erhalten haben, beginnen mit der Überprüfung. Jeder Block der Blockchain hängt vom vorherigen Block ab. Wenn festgestellt wird, dass der neue Block nicht mit dem vorherigen Block übereinstimmt, wird er abgelehnt. Wenn alles in Ordnung ist, fügen die Knoten Ihren Block zu ihren Kopien der Blockchain hinzu.
5. Sobald viele Blockchain-Kopien den Block mit Ihrer Transaktion behalten, gilt die Transaktion als abgeschlossen. Ein Empfänger kann die erhaltenen Mittel an der Adresse sehen, während das Guthaben Ihrer Adresse reduziert wird.

Einfach ausgedrückt: Um Kryptowährungen zu senden, muss die Transaktion mit dem privaten Schlüssel des Absenders signiert, von einem speziellen Blockchain-Validierungsknoten verifiziert und später der Blockchain hinzugefügt werden.

Wo werden Blockchains eingesetzt?

Die Hauptanwendung von Blockchains liegt in der Kryptoindustrie, aber das ist bei weitem nicht der einzige Sektor, in dem sie sich als nützlich erwiesen haben. Eine der wichtigsten Stärken von Blockchains besteht darin, dass sie als sehr zuverlässige Datenbanken dienen, da die darin enthaltenen Informationen nicht geändert oder gelöscht werden können. Dadurch ist die Technologie über das dezentrale Finanzwesen hinaus von Nutzen, und Blockchain-Projekte werden in Bankdienstleistungen und Versicherungen, im öffentlichen Sektor, in der Logistik, im Gesundheitswesen, im Energiesektor und in vielen anderen Branchen umgesetzt.

• Die Kryptoindustrie . Die erste und bekannteste Anwendung der Blockchain-Technologie ist die Kryptoindustrie, insbesondere das Bitcoin-Netzwerk, das eine Welle dezentraler Netzwerke und Kryptowährungen hervorbrachte. Die Blockchain ermöglichte die Übertragung von Vermögenswerten von einer Person zur anderen ohne Zwischenhändler auf zugängliche, schnelle, sichere und transparente Weise.
   
• Der Bankensektor . Der Einsatz der Blockchain im Finanz- und Kreditsektor verbessert die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Transparenz bei Geldtransfers, Kreditvergaben, Wertpapiertransaktionen und anderen Geschäftsprozessen.
   
• Cybersicherheit . Kopien der gesamten Datenbank werden gleichzeitig auf vielen Blockchain-Knoten gespeichert, sodass die Infrastruktur auch nach einem erfolgreichen Angriff auf einen oder mehrere Knoten funktionsfähig bleibt.
   
• Logistik . Die Blockchain-Technologie hilft dabei, große Mengen Daten über Transport, Frachtrouten, Lieferanten, Kunden und mehr schnell und effizient zu verarbeiten.
   
• Dezentrale Kennungen (DIDs) . Die persönlichen Daten einer Person können in der Blockchain gespeichert werden, anstatt in einer zentralen Datenbank einer Organisation.

Fazit

Die Blockchain ist eine innovative Technologie mit dem Potenzial, unsere Vorstellungen von Geschäftstätigkeit, Gesellschaftsführung und Kommunikation untereinander zu revolutionieren. Sie bietet hohe Effizienz, Transparenz und Sicherheit bei Datenübertragung, -speicherung und -transaktionen. Sie wird bereits in vielen Branchen eingesetzt, von Krypto bis hin zu Kreditvergabe, Versicherungen, Logistik usw.

Dies ist eine neue und sich ständig weiterentwickelnde Technologie. Daher können wir in Zukunft sicherlich mit mehr Blockchain-basierten Anwendungen und einigen unerwarteten Anwendungsfällen rechnen.