Was ist eine Blockchain? Konzepte, Prinzipien, Technologie

Eine Blockchain ist eine dezentrale Datenbank, die Informationen über alle Transaktionen der Mitglieder im Netzwerk enthält. Die Technologie basiert auf kryptografischen Methoden zur Informationssicherheit. Die Daten werden als Kette von Blöcken gespeichert, wobei jeder Block eine bestimmte Anzahl von Transaktionen enthält. Die Blockchain wird von vielen Computern – sogenannten Nodes – betrieben, die weltweit verteilt sind. Sie verarbeiten Transaktionen, erstellen neue Blöcke, tauschen diese aus und speichern Kopien der Blockchain.

Kurze Geschichte der Blockchain-Technologie

Die Geschichte der Blockchain-Technologie reicht bis in die späten 1970er-Jahre zurück, als der amerikanische Kryptograf Ralph Merkle sein Hash-Tree-Konzept, bekannt als Merkle-Baum, patentieren ließ.

Der Merkle-Baum dient dazu, Daten sicher zu organisieren und zu speichern, indem sie in einem System aus Blöcken mit Hilfe kryptografischer Hash-Funktionen miteinander verbunden werden.

1991 veröffentlichten Stuart Haber und W. Scott Stornetta die erste Ausarbeitung des Blockchain-Konzepts. Die beiden Informatiker nutzten Merkle-Bäume als Grundlage und schufen damit das Fundament für die Entwicklung der Blockchain-Technologie, wie wir sie heute kennen – inklusive kryptografischer Verschlüsselung und der Web3-Industrie. 

Their research aimed to create a database of immutable public data encrypted with cryptography. The technology was even patented (the patent expired in 2004), but it appears to have been too far ahead of its time to receive funding.

Regarding real-world applications, the blockchain story began in earnest in 2008 with Satoshi Nakamoto and the whitepaper for Bitcoin, the world’s first cryptocurrency. Haber and Stornetta are the two most cited experts in the founding document.

Grundprinzipien der Blockchain

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

• Dekentralisiert. Die Daten werden nicht auf einem zentralen Server gespeichert, sondern auf vielen Computern weltweit verteilt.
• Transparent. Jeder kann jede gewünschte Transaktion auf der Blockchain einsehen und die Bewegung von Coins sogar ab dem Zeitpunkt der Entstehung nachverfolgen.
• Unveränderlich. Bereits zur Blockchain hinzugefügte Blöcke können nicht bearbeitet, gelöscht oder verschoben werden. Es können nur neue Blöcke ergänzt werden. Die verteilte Netzwerkarchitektur und die Nutzung von Hash-Funktionen gewährleisten die Unveränderlichkeit und Unumkehrbarkeit der Blockchain.
• Sicher. Kryptografie, Konsensmechanismen, die Unveränderlichkeit der Daten und dezentrale Speicherverfahren machen Blockchains besonders sicher.

Wie ist eine Blockchain aufgebaut und wie funktioniert sie?

• Transaktionsverarbeitung. Die Parteien einer Transaktion tauschen Daten aus, die mit einem kryptografischen Algorithmus verschlüsselt wurden. Diese Daten können Kryptowährungen oder andere digitale Informationen bzw. Vermögenswerte darstellen.
• Bestätigung. Die Transaktion wird im Mempool – einer Warteschlange ausstehender Transaktionen – platziert. Die Netzwerk-Nodes fassen Transaktionen zu Blöcken zusammen, prüfen und bestätigen deren Gültigkeit.
   
• Blockchain-Struktur. Jeder Block wird durch einen Hash identifiziert, der einen Block-Header, den Hash des vorherigen Blocks und die Transaktionen 
  in the block. A sequence of interconnected hashes creates an interdependent chain of blocks.
   
• Blockprüfung. Bevor ein Block zur Kette hinzugefügt wird, wird er auf Datenkonsistenz geprüft. Die Regeln für die Überprüfung sind als Konsensmechanismus bekannt. Die bekanntesten Konsensmechanismen sind Proof-of-Work (PoW) und Proof-of-Stake (PoS), aber es gibt viele weitere wie Proof-of-Burn, Proof-of-History oder Proof-of-Authority. Welcher Algorithmus verwendet wird, hängt von den Anforderungen des jeweiligen Projekts ab. Mehr dazu findest du in unserem Artikel „Wie eine Blockchain-Transaktion validiert wird.“
   
• Mining. Das Funktionieren von Netzwerken mit PoW wird durch Miner sichergestellt, die Transaktionen prüfen und neue Blöcke mithilfe komplexer mathematischer Berechnungen erzeugen. Dafür erhalten sie Belohnungen in Form des nativen Netzwerktokens und/oder einer Gebühr für die Transaktionsverarbeitung. Bei Netzwerken mit anderen Konsensmechanismen läuft es etwas anders, aber das Prinzip bleibt gleich: Transaktionen verifizieren, neue Blöcke erzeugen und die Sicherheit sowie Dezentralisierung des Netzwerks gewährleisten.
   
• Datensicherheit. Versucht ein Betrüger, auch nur eine Transaktion in einem Block zu verändern, ändert sich der Hash des Blocks. Die anderen Nodes im Netzwerk erkennen diesen Eingriff und sorgen dafür, dass der Block aus der Hauptkette ausgeschlossen wird.

Wie funktionieren Blockchains?

Eine Blockchain ist eine Datenbank, in der Aufzeichnungen zu Kryptowährungs-transactions gespeichert werden. Öffentliche Blockchains sind dezentral, da sie gleichzeitig auf Tausenden von Computern gespeichert und automatisch gemäß ihrem Protokoll verwaltet werden. Ein dezentrales Blockchain-Netzwerk verfügt über nodes, die Kopien der Blockchain speichern. Nodes verarbeiten Transaktionen, minen neue Blöcke und tauschen diese innerhalb der Blockchain aus. Je nach Blockchain heißen die Nodes, die neue Blöcke erzeugen, Miner oder Validatoren.

Um mit Kryptowährungen zu interagieren, benötigst du eine crypto wallet t. Das ist eine Anwendung oder ein Gerät, das Transaktionen erzeugt und an eine Blockchain sendet. Bei der ersten Einrichtung erzeugt eine Krypto-Wallet einen private key  zum Signieren von Transaktionen und einen public key  zur Verifizierung. Aus dem Public Key wird eine Krypto-address generiert, um Transaktionen zu empfangen.

To put it simply: a crypto wallet doesn't store currency, it stores keys required to sign a crypto payment or transfer.

1. Wenn du in deiner Krypto-Wallet die Adresse des Empfängers und den Betrag eingibst, erzeugt sie die Transaktion und signiert sie mit deinem Private Key. Die Krypto-Wallet sendet die digital signierte Transaktion an einen Blockchain-Node.

2. Der Blockchain-Node überprüft die elektronische Signatur. Ist die Transaktion gültig – also stimmt sie mit deiner Adresse überein und sind genügend Mittel vorhanden –, leiten die Nodes sie an andere Nodes weiter.

3. Miner oder Validatoren nehmen die Transaktion in einen neuen Block auf. Der Node, der den neuen Block zuerst mined, sendet ihn an die anderen Nodes. Blöcke mit deiner Transaktion, die von anderen Minern oder Validatoren erstellt wurden, werden abgelehnt.

4. Nodes, die den neuen Block mit deiner Transaktion erhalten haben, beginnen mit der Überprüfung. Jeder Block der Blockchain baut auf dem vorherigen auf. Stellt sich heraus, dass der neue Block nicht zum vorherigen passt, wird er abgelehnt. Ist alles korrekt, fügen die Nodes deinen Block zu ihren Blockchain-Kopien hinzu.

5. Sobald viele Blockchain-Kopien den Block mit deiner Transaktion enthalten, gilt die Transaktion als abgeschlossen. Der Empfänger sieht die erhaltenen Mittel auf der Adresse, während sich der Saldo deiner Adresse verringert.

To put it simply: to send crypto, the transaction has to be signed with the sender's private key, verified by a special validating blockchain node, and added to the blockchain later.

Wo werden Blockchains eingesetzt?

Der wichtigste Anwendungsbereich für Blockchains ist die Krypto-Industrie, aber sie ist längst nicht auf diesen Sektor beschränkt. Einer der größten Vorteile von Blockchains ist ihre Zuverlässigkeit als Datenbank, da die darin gespeicherten Informationen nicht verändert oder gelöscht werden können. Die Technologie ist somit auch außerhalb von DeFi nützlich, etwa in Bankdienstleistungen und Versicherungen, im öffentlichen Sektor, in der Logistik, im Gesundheitswesen, im Energiesektor und vielen weiteren Branchen.

• Die Krypto-Industrie. Die erste und bekannteste Anwendung der Blockchain-Technologie ist die Krypto-Branche, insbesondere das Bitcoin-Netzwerk, das eine Welle dezentraler Netzwerke und Kryptowährungen auslöste. Die Blockchain ermöglicht es, Vermögenswerte direkt von Person zu Person zu transferieren – ohne Zwischenhändler, schnell, sicher und transparent.
   
• Der Bankensektor. Der Einsatz der Blockchain im Finanz- und Kreditwesen erhöht die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Transparenz bei Geldtransfers, Kreditvergabe, Wertpapiergeschäften und anderen Geschäftsprozessen.
   
• Cybersecurity. Kopien der gesamten Datenbank werden gleichzeitig auf vielen Blockchain-Nodes gespeichert. Dadurch bleibt die Infrastruktur auch nach einem erfolgreichen Angriff auf einzelne Nodes funktionsfähig.
   
• Logistics. Die Blockchain-Technologie hilft dabei, große Mengen an Daten zu Transporten, Routen, Lieferanten, Kunden und mehr schnell und effizient zu verarbeiten.
   
• Dezentrale Identifikatoren (DIDs). Persönliche Daten können auf der Blockchain gespeichert werden, statt in einer zentralen Datenbank einer Organisation.

Fazit

Die Blockchain ist eine innovative Technologie mit dem Potenzial, unser Verständnis von Wirtschaft, Gesellschaft und Kommunikation grundlegend zu verändern. Sie bietet hohe Effizienz, Transparenz und Sicherheit bei der Übertragung, Speicherung und Verarbeitung von Daten und Transaktionen. Schon heute wird sie in vielen Branchen eingesetzt – von Krypto über Kreditvergabe, Versicherungen, Logistik und mehr.

Da es sich um eine neue und sich ständig weiterentwickelnde Technologie handelt, dürfen wir in Zukunft noch viele weitere Blockchain-Anwendungen und auch unerwartete Einsatzmöglichkeiten erwarten.