Überspringen zu Hauptinhalt

Blockchain Teil 2 – Was ist die Blockchain und wie funktioniert sie?

Felix Auspurg, Teamleiter Projektmanagement
Autor/in:
Felix Auspurg
7 Minuten Lesezeit
Was ist die Blockchain und wie funktioniert sie?

Im ersten Teil unserer Reihe zur Blockchain haben wir Ihnen erklärt, warum die Blockchain überhaupt ein wichtiges Element in der Finanzindustrie ist und warum wir sie nutzen. Im zweiten Teil beschäftigen wir uns nun genauer mit der Technologie und der Funktionsweise, die hinter der Blockchain steht.

Digital Bullshit Bingo oder: Was bedeutet Blockchain überhaupt?

Blockchain ist eines der Trendwörter unserer Zeit. Die dahinterstehende Technologie wird häufig als die nächste disruptive Erfindung beschrieben und mit dem Internet vor gut 20 Jahren verglichen. Doch was genau versteckt sich hinter diesem Begriff und wie funktioniert die Technologie? Um es verständlich zu machen, vereinfachen wir an der ein oder anderen Stelle, das Grundprinzip gilt jedoch über alle Blockchains hinweg.

Wofür wird die Blockchain verwendet?

Warum genau die Blockchain ein wichtiger Treiber nicht nur in der Finanzwelt ist, haben wir Ihnen in Teil 1 unserer Blockchain-Reihe erklärt. Wann die Blockchain eine interessante Wahl für Finanztransaktionen darstellt, haben wir hier kurz zusammengefasst: Die Blockchain ist eine interessante Technologie, wenn

  • etwas unwiderruflich gespeichert oder dokumentiert werden muss
  • nicht alle Personen mit Schreibzugriff vertrauenswürdig und / oder bekannt sind
  • Transaktionen schnell und über Landesgrenzen hinaus abgewickelt werden sollen
  • Es keinen zentralen Akteur mit absoluter Entscheidungshoheit geben soll

Was macht eine Blockchain-Datenbank besser?

Während bis heute auch in der Bankenwelt meistens alle Daten an einem Ort gespeichert sind, ist einer der großen Unterschiede der Blockchain die Dezentralität. Die Daten werden also nicht zentral an einem Ort gespeichert, sondern gleichzeitig an vielen Orten (auch Nodes) innerhalb eines Netzwerks. Ein Node ist dabei ein einzelner Computer, der an die Blockchain angebunden ist und mit seiner Rechenleistung zum Erhalt der Blockchain beiträgt. Dies nennt man auch Distributed Ledger Technologie (DLT).

Charakteristisch für die Blockchain ist außerdem die Speicherung der Daten in Form von chronologisch aneinandergereihten Blöcken. Daher kommt übrigens auch der Name.

Beispiel: Dokumentation von Transaktionen

Block 1:
Transaktion 1: Winzer A verkauft 10 Flaschen Riesling (FR) an Kunde A.

Transaktion 2: Winzer B verkauft 15 Flaschen Riesling an Kunde B
Diese beiden Transaktionen werden im Block 1 zusammengefasst:

Block 2:
Transaktion 1: Kunde A merkt kurz nach dem Kauf, dass er gar keinen Riesling haben wollte, storniert die Bestellung und schickt die 10 Flaschen Riesling an Winzer A zurück.

Transaktion 2: Kunde B ist dagegen von dem Riesling so begeistert, dass er noch weitere 20 Flaschen bestellt. Diese nächsten beiden Transaktionen werden in Block 2 zusammengefasst:

Um die Blöcke nun miteinander zu verbinden, benötigt die Blockchain sogenannte Signaturen. Die Signatur wird durch einen Algorithmus berechnet. Zu Grunde liegt hier eine Streuwert- oder auch Hashfunktion. Deshalb wird die Signatur auch Hash genannt. Eine Streuwertfunktion macht aus einer beliebigen Anzahl an Zeichen einen eindeutigen Wert, der auf eine bestimmte Zeichenzahl festgelegt wird. Üblicherweise sind das 64 Zeichen.

Ein Datensatz bekommt durch diese Berechnung immer eine eindeutige Signatur, die sich von allen anderen Datensätzen unterscheidet. Konkret bedeutet das: Egal wie viele Daten in unserem Block 1 drin sind, mit Hilfe dieser 64 Zeichen kann der Block jederzeit eindeutig identifiziert werden.

Um die Blöcke nun miteinander zu verketten, wird die Signatur des ersten Datensatzes in den zweiten Block integriert. Alle Folgeblöcke beinhalten dadurch immer die Signatur ihres Vorgängers und der Ablauf der Transaktionen ist so eindeutig nachvollziehbar und es wird eine extrem hohe Sicherheit gewährleistet.

Um Datensicherheit zu gewährleisten, wird für jede Blockchain zu Beginn in einem Protokoll definiert, welche Signaturen gültig sind. Beispielsweise kann eine Regel sein, dass jede Signatur mit genau 10 Nullen beginnen muss. Da der Hashwert aber von den Daten innerhalb eines Blocks abhängig ist, benötigt es noch ein weiteres Element, mit dessen Hilfe das Protokoll dann erfüllt werden kann.

Nonce: Das dritte Element eines Blockchain Blocks

Diese zusätzliche Art von Daten wird  Nonce genannt. Die Nonce wird so lange verändert, bis eine Signatur gefunden ist, die die Regeln zur Gültigkeit erfüllt. Das Ändern der Nonce erfolgt dabei nach dem Prinzip Trial and Error. Es wird also einfach so lange probiert, bis eine passende Lösung gefunden ist. Danach wird der Block wieder bei allen Nodes abgelegt, so dass diese bei Bedarf dann weitere Blöcke an die Kette anbinden können.

Mining: Das Vollenden neuer Blöcke

Dieser Vorgang zur Vollendung von neuen Blöcken und somit zur Bestätigung von Transaktionen mit Hilfe der passenden Nonce nennt sich Mining. Dabei gibt es zwei unterschiedliche Herangehensweisen, um die passende Nonce zu finden: den Proof-of-Work Mechanismus und den Proof-of-Stake Mechanismus.

Proof-of-Work Mechanismus

Bei dieser Herangehensweise versuchen alle Akteure des Netzwerkes gleichzeitig die für die jeweilige Transaktion gültige Nonce – also Signatur – zu finden. Der Akteur, der die Nonce zuerst gefunden hat, erhält eine Belohnung, z. B. in Form von Kryptowährung. Bei dieser Herangehensweise wird pro Transaktion sehr viel Energie benötigt, da alle Akteure eines Netzwerkes gleichzeitig nach der einen Lösung suchen, um die Belohnung zu erhalten. Dabei haben die Akteure mit der größten Rechenleistung auch die beste Chance, die Nonce als erstes zu finden, da sie in der gleichen Zeit mehr Kombinationen probieren können als Akteure mit weniger Rechenleistung.

Funktionsweise Proof of Work bei der Blockchain

Proof-of-Stake Mechanismus

Bei dieser Art des Mining müssen die Akteure, die an der Lösung arbeiten wollen, eine Art Kaution (Stake) hinterlegen. Dabei muss diese Kaution aus Sicherheitsgründen immer höher sein als die jeweilige Transaktion, die sie bestätigen wollen. Der entscheidende Unterschied zum Proof-of-Work Mechanismus ist nun, dass nicht alle Teilnehmer eines Netzwerkes gleichzeitig an der Lösung arbeiten, sondern nur ein zufällig ausgewählter Akteur mit einem entsprechend großen Stake. Somit ist diese Art des Mining deutlich energieeffizienter. Wir bei WIWIN nutzen mittlerweile nur noch Blockchain-Technologien, die auf dem Proof-of-Stake Mechanismus beruhen.

Funktionsweise des Proof-of-Stake Konsensmechanismus der Blockchain

Sicherheit: Das Killerargument für die Blockchain

Insgesamt wird die Blockchain-Technologie als besonders sicher gesehen. Dies liegt insbesondere daran, dass die einzelnen Blöcke über die Hashfunktion (s.o.) fest miteinander verknüpft sind. Eine Änderung von einem Datensatz eines Blocks würde also dazu führen, dass sich alle folgenden Blöcke ebenfalls ändern müssen. Kombiniert man diesen Sachverhalt dann noch mit einem dezentralen System, welches die gleiche Kopie der Daten an einer Vielzahl von Orten speichert, und der Transparenz der Daten, wird sehr schnell klar, dass eine Manipulation einzelner Daten quasi nicht möglich ist.

Somit ist die Blockchain deutlich sicherer als herkömmliche Datenbanken. Das Vertrauen in die Validität einzelner Transaktionen beruht also nicht mehr auf einer zentralen und vertrauensschaffenden Instanz, sondern ergibt sich aus der Architektur des Systems selbst. Das bietet eine Vielzahl an Chancen und potenziellen Anwendungsfällen.

Sie möchten erfahren, wo die Blockchain in der Praxis zum Einsatz kommt? 

Bleiben Sie immer auf dem Laufenden!

An den Anfang scrollen