In diesem Artikel möchten wir Euch einen Überblick über die Blockchain-Technologie geben. Zunächst wird diese Technologie anhand ihrer grundlegenden Funktionalität, der Abwicklung von Transaktionen in Kryptowährungen, definiert, bevor wir uns mit weiteren alternativen Anwendungsfällen beschäftigen.
Im November 2008 wurde die Technologie hinter Bitcoin sowie die Blockchain selbst in dem Artikel „Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System“ von dem Pseudonym „Satoshi Nakamoto“ veröffentlicht. Auf Grundlage dieser theoretischen Veröffentlichung wurde anschließend eine Referenzsoftware unter einer Open-Source-Lizenz bereitgestellt. Das Ziel dieser Veröffentlichung war die Entwicklung eines elektronischen Zahlungssystems, das es den Nutzern ermöglicht, vertrauenswürdige Transaktionen untereinander abzuwickeln, ohne auf eine zentrale Instanz angewiesen zu sein. Dadurch wurde die Transparenz der einzelnen Transaktionen zu einem zentralen Element des Gesamtsystems. Um die Vertrauenswürdigkeit der Transaktionen zu gewährleisten, sollte jede Transaktion für alle Nutzer des Systems einsehbar sein.
Der Begriff „Chain“ bedeutet übersetzt „Kette“, in die die Transaktionen in chronologischer Reihenfolge eingetragen werden. Bitcoin und andere digitale Währungen haben den Begriff Blockchain mittlerweile populär gemacht. Doch bereits vor der Bekanntheit von Bitcoin gab es erste Ansätze dieser Technologie.
Bereits 1991 entwickelten die Kryptologen Stuart Haber und Scott Stornetta mit Surety ein Verfahren, um digitale Dokumente fälschungssicher zu machen. Hierbei erzeugte der Kunde einen Hashwert für das zu schützende Dokument, das dann an einen Server übertragen wurde, der einen Zeitstempel hinzufügte und diese beiden Informationen zu einem digitalen Siegel vereinte und dauerhaft speicherte.
Hashwerte sind Prüfsummen, die für die Verschlüsselung von Nachrichten verwendet werden, dabei ist es egal, wie lang eine solche Nachricht ist, denn der Hash-Wert bleibt immer gleich lang.
„Test“
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„hashgenerator.de“
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Die Blockchain stellt eine fortlaufende Liste von Transaktionsdaten dar, die in sogenannten Blöcken gespeichert werden. Um dies besser zu verstehen, müssen wir zunächst klären, was genau ein Block ist. Ein Block setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen: dem Header, einer ID, einem Zeitstempel, der Difficulty (einer dynamischen Kennzahl, die angibt, wie viel Rechenleistung erforderlich ist, um einen neuen Block zu erstellen), der Nonce, dem Hashwert des vorherigen Blocks sowie dem aktuellen Hashwert und einem Datenfeld, das die Transaktionsdaten enthält.
Mining (Schürfen) bezeichnet den Prozess, bei dem mathematische Berechnungen von Computerhardware durchgeführt werden, um beispielsweise Bitcoin-Transaktionen zu verifizieren.
Die zuvor genannten Daten sind in einer verteilten Datenbank gespeichert, die bei jedem Teilnehmer repliziert wird. Alle Transaktionen sind für jeden Teilnehmer transparent und durch Verschlüsselung vor Manipulationen geschützt. Dadurch sind Vermittler wie Banken, die normalerweise für Transaktionen zwischen verschiedenen Parteien zuständig sind, in der Blockchain überflüssig geworden.
Peer-to-Peer (P2P) Netzwerke sind Computernetze, in denen alle Computer gleichberechtigt miteinander verbunden sind und zusammenarbeiten. Viele Filesharing-Dienste wie BitTorrent sowie Instant Messaging-Anwendungen wie Skype basieren auf dieser P2P-Technologie.
Blockchain Mechanismen
Im folgenden Abschnitt werden die Vorteile und Funktionsweisen der Blockchain-Technologie näher erläutert.
Durch die Replikation und gleichzeitige Synchronisation der Daten auf mehreren Computern innerhalb eines sogenannten P2P-Netzwerks ist es für Angreifer nahezu unmöglich, Informationen in der Blockchain nachträglich zu verändern. Darüber hinaus sorgt die dezentrale Verteilung auf zahlreichen Systemen für eine erhöhte Ausfallsicherheit. Im Fall von Bitcoin hat die Blockchain mittlerweile eine Größe von über 600 GB erreicht.
Es lassen sich folgende essentielle Merkmale der Blockchain-Technologie ausmachen:
- Öffentliche Datenbank
- Völlige Transparenz für jeden Teilnehmer
- Dezentrale Datenbank, somit ausfallsicher
- Manipulationssicherheit durch die Nonce (Prüfzahl)
- Kein Mittelsmann nötig, wie z.B. Banken
Im Falle Bitcoin wird ein öffentliches P2P-Netzwerk genutzt. Somit hat jeder Nutzer die Möglichkeit, dezentral auf das Netzwerk zuzugreifen. Die Transaktionen werden mittels Proof-of-Work (PoW) abgewickelt.
- Mining
Mining ist ein Rechenprozess, bei dem Blöcke generiert werden. Anbei die etabliertesten Algorithmen. - Proof of Work
Bei dem PoW Verfahren, gesteht der Algorithmus den Teilnehmern, welche komplexe kryptografische Aufgaben lösen und damit Transaktionen validieren (neue Blöcke werden in der Blockchain generiert), eine Belohnung zu. Dieser Prozess ist im Allgemeinen auch unter Mining bekannt.
Dieses Protokoll hat jedoch den Nachteil, dass das Lösen der Aufgaben sehr energie- und kostenintensiv ist, da die Wahrscheinlichkeit einen neuen Block zu generieren mit der Leistung des eingesetzten Systems steigt. - Proof of Stake
Bei dem PoS Verfahren, kann die Person, die beispielsweise 1% einer Kryptowährung hält, gleichzeitig 1% aller Transaktionen validieren. Die Anteile werden in einer Wallet vorgehalten und wieder entsperrt (Staking).
Alternative Anwendungsbeispiele einer Blockchain
In der Logistik kann die Blockchain durch ihre vollständige Transparenz wertvolle Einblicke in den genauen Standort von Produkten und Materialien sowie andere Informationen in Echtzeit bieten. Lieferanten, Empfänger, Transporteure, Behörden und Finanzierer haben somit gleichzeitig Zugriff auf die gleichen Informationen über die transportierten Güter. Störungen auf dem Lieferweg können sofort erkannt und entsprechende Maßnahmen umgehend ergriffen werden.
Der Logistik-Konzern Maersk und IBM haben gemeinsam das Projekt „Trade-Lens“ ins Leben gerufen, das bereits über 150 Millionen Versandvorgänge dokumentiert. Täglich kommen etwa 1 Million weitere hinzu.
Auch Walmart fördert die Blockchain-Technologie aktiv, indem das Unternehmen von seinen rund 100 Zulieferern verlangt, bis September 2019 ein Tracking-System auf Basis der Blockchain einzuführen. Dadurch soll der gesamte Lieferweg vom Bauernhof bis zum Einzelhandel transparent und nachvollziehbar dokumentiert werden. Das von Walmart eingesetzte System, Food-Trust, wird ebenfalls von IBM entwickelt.
In einem Experiment zur Rückverfolgbarkeit von geschnittenen Mangos wurde getestet, wie lange es dauert, das Produkt bis zur Farm zurückzuverfolgen. Dabei benötigte man stolze sieben Tage, da teilweise veraltete Methoden wie Papier und Bleistift verwendet wurden. Mit der Blockchain-Technologie könnte dieser Prozess jedoch auf nur 2,2 Sekunden verkürzt werden, was insbesondere den Gesundheitsbehörden hilft, Ausbrüche lebensmittelbedingter Krankheiten schneller zu verfolgen und zu bewältigen.
Fazit
Die Blockchain-Technologie bietet mittlerweile in vielen Anwendungsbereichen eine sinnvolle Alternative zu herkömmlichen Datenbanken und revolutioniert den Umgang mit sensiblen Daten. Sie sorgt für sicherere, schnellere und zuverlässigere Informationsflüsse als je zuvor. Die genannten Beispiele verdeutlichen, dass die Blockchain-Technologie zunehmend branchenübergreifend Anwendung findet. Die Integration dieser Technologie eröffnet zahlreiche Möglichkeiten und bringt gleichzeitig neue Herausforderungen mit sich.
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