Blockchain (Distributed Ledger)

Was ist Blockchain?

Eine Blockchain ist ein fälschungssicheres verteiltes Hauptbuch, das zur Validierung und Speicherung digitaler Transaktionsaufzeichnungen verwendet wird. Bei dezentralen Blockchains ist keine einzelne Behörde für die Pflege der Blockchain verantwortlich. Stattdessen speichern Computer, die als Knoten in einem Peer-to-Peer (P2P)-Netzwerk bezeichnet werden, jeweils eine Kopie des Hauptbuchs. Spezialisierte Knoten überprüfen die Transaktionen durch einen dezentralen Konsensmechanismus, um eine Einigung über den Zustand des Netzwerks zu erzielen.

Transaktionen werden in permanenten, mit einem Zeitstempel versehenen Einheiten gespeichert, die Blöcke genannt werden, und jeder Block ist mit dem vorherigen Block durch einen kryptografischen Hash verbunden (verkettet), der unter Verwendung der Daten des vorherigen Blocks erstellt wird. Die Hash-Verknüpfungen machen es unmöglich, Daten in einem Block zu ändern, ohne Änderungen an jedem nachfolgenden Block vorzunehmen. Jeder Versuch, Transaktionen in einem Block zu ändern oder zu löschen, unterbricht die kryptografische Kette und meldet allen Knoten im Netz sofort, dass ein Problem aufgetreten ist.

Blockchains können öffentlich oder privat sein. Bei einer öffentlichen Blockchain kann jeder das Hauptbuch einsehen und sich am Konsensmechanismus beteiligen. Bei einer privaten Blockchain ist der Konsensmechanismus auf bestimmte Knoten im Netzwerk beschränkt, und die Einsicht in das private Hauptbuch kann ebenfalls eingeschränkt sein. Hybrid-Blockchains haben sowohl privaten als auch öffentlichen Zugang, wobei der Zugriff auf private Daten in der Kette erlaubt ist.

Ursprünglich für digitale Währungen entwickelt, wird die Blockchain heute von vielen verschiedenen Branchen und Organisationen genutzt. Die Anwendungen reichen von Smart Contracts, d.h. Computerprogrammen, die auf der Blockchain laufen, bis hin zur Aktenverwaltung im Gesundheitswesen und Identitäts- und Zugriffsmanagement (IAM). Dezentrales Finanzwesen (DeFi), Gaming und Metaverse Projekte nutzen die Blockchain-Technologie, um gleichen Zugang und gleiches Eigentum an digitalen Vermögenswerten zu ermöglichen.

Techopedia erklärt die Bedeutung der Blockchain

Blockchain kann man sich als eine verteilte Datenbanktechnologie vorstellen, die von mehreren Computern in einem Netzwerk verwaltet wird. Daten und Transaktionen werden in Blöcken gespeichert, von denen jeder mit dem vorhergehenden Block durch einen kryptografischen Hash verbunden ist, um eine Kette zu bilden, die Transaktionen und Ereignisse in einem unveränderlichen Hauptbuch ordnet.

Die Sicherheit dieses Systems beruht auf dem Gedanken, dass die finanziellen Kosten einer betrügerischen Transaktion viel höher sind als der mögliche Gewinn. Verschiedene Arten von Konsensmechanismen werden verwendet, um Anreize bzw. Negativanreize zu schaffen, die das Verhalten der für den Konsens verwendeten Knoten fördern bzw. entmutigen.

Beispielsweise verwendet Bitcoin einen Arbeitsnachweis (PoW), bei dem Miner ein kryptografisches Rätsel lösen müssen, indem sie Hashes generieren, bis der richtige Hash gefunden ist, um einen Block zu schürfen, der neue Transaktionen enthält. Als Anreiz erhält der Schürfer eine Blockbelohnung, wenn ein neuer Block geschürft wird. Die Kosten für die Gewinnung eines neuen Blocks und nachfolgender verknüpfter Blöcke schrecken jedoch vor betrügerischen Transaktionen ab.

Geschichte der Blockchain

Die Theorie der Blockchain gibt es schon seit geraumer Zeit. David Lee Chaum wird zugeschrieben, dass er die Idee 1982 vorschlug.

Obwohl er die Theorie in seiner Dissertation Computer Systems Established, Maintained, and Trusted by Mutually Suspicious Groups vorstellte, sollte es bis 2008 dauern, bis die Blockchain-Technologie zusammen mit der digitalen Währung Bitcoin der Welt vorgestellt wurde.

Dem Start von Bitcoin im Jahr 2009 folgten in der Anfangszeit der Blockchain mehrere andere Projekte, darunter Litecoin und Peercoin, die 2011 bzw. 2012 ins Leben gerufen wurden. Letzterer führte einen neuen Konsensmechanismus namens Proof of Stake (PoS) ein.

Heute verwendet Ethereum, das zweitgrößte Blockchain-Projekt nach Marktkapitalisierung, PoS zur Validierung von Transaktionen, wobei Kryptowährung als Sicherheit verwendet wird, um ein korrektes Verhalten der Validierungsknoten zu gewährleisten.

Wie Blockchain funktioniert

Blockchains lauschen auf Übertragungen neuer Transaktionen von Krypto-Wallet-Adressen. Die Knoten innerhalb des Netzwerks fassen diese Transaktionen dann in Blöcken zusammen und verifizieren die Transaktionen, um Doppelausgaben oder doppelte Transaktionen zu verhindern.

Die verschiedenen Blockchains verwenden jeweils ihr eigenes Protokoll, um zu bestimmen, welche Transaktionen gültig sind und wie das Netzwerk zu einer Einigung (Konsens) über den Zustand des Netzwerks kommt, einschließlich der Reihenfolge der Transaktionen und des Guthabens der Brieftaschen.

Da jeder Block von Transaktionen zusammengesetzt und der Kette hinzugefügt wird, enthält jeder Block auch einen Link zum vorherigen Block und bildet so eine Kette. Wenn Daten in einem früheren Block geändert werden, ändert dieser Link auch den Hash-Wert der nachfolgenden Blöcke, wodurch eine Gabelung in der Kette entsteht. Andere Knoten im Netzwerk lehnen den geänderten Block und die nachfolgenden Blöcke als ungültig ab, so dass ein finanzieller Gewinn durch die Änderung eines zuvor geschürften Blocks ausgeschlossen ist. Dieser Aspekt des Konsenses macht Blockchains unveränderlich, d. h. die in den bestätigten Blöcken enthaltenen Daten können nicht ohne großen Aufwand geändert werden.

Blockchain-Netzwerke verwenden einen von zwei primären Konsensmechanismen: Proof of Work (PoW) und Proof of Stake (PoS). Letzterer ist bei neueren Blockchains beliebter geworden, weil er viel weniger Energie verbraucht. Ethereum beispielsweise wechselte im Jahr 2022 von PoW zu PoS und verringerte den Kohlenstoff-Fußabdruck der Kette um schätzungsweise 99,992 %.

Jahres-Energieverbrauch in TWh/Jahr

Quelle: Ethereum.org

Die Computer in einem Blockchain-P2P-Netzwerk synchronisieren sich regelmäßig, um sicherzustellen, dass alle Kopien der gemeinsamen Datenbank genau dieselben Informationen enthalten. Aber es ist die Verknüpfung zwischen den Blöcken, die die Blockchain-Ledger sicher macht.

Schlüsselelemente der Blockchain

Blockchains unterscheiden sich in den Details ihrer Funktionsweise, aber die meisten haben einige Schlüsselelemente gemeinsam.

Obwohl wir Blockchains oft mit Kryptowährungen in Verbindung bringen, verwenden nicht alle Blockchains Kryptowährungen. Private Blockchains benötigen unter Umständen keinen nativen Vermögenswert, um neue Daten oder Transaktionen in die Blockchain aufzunehmen.

Typen von Blockchain

Es gibt vier Arten von Blockchain:

Verwenden Sie den Code mit 1,2,3,4

1. Public: Jeder, der über einen Internetzugang verfügt, kann sich in den Konsens einbringen.
2. Privat: Eine einzige, zentrale Autorität hat die Entscheidungsgewalt.
3. Konsortium (oder föderiert): Mehrere Organisationen haben den Status einer Behörde.
4. Hybrid: Die Elemente sind öffentlich zugänglich, aber die Autorität liegt in privater Hand.

Blockchain-Protokolle

Protokolle sind Regelwerke, die von Blockchains verwendet werden. Blockchain-Protokolle reichen von öffentlichen Open-Source-Netzwerken wie Bitcoin bis hin zu Tools für den Unternehmenseinsatz wie Quorum.

Öffentliche Blockchain-Protokolle:

• • Bitcoin
  • Ethereum
  • Solana
  • Cardano

Blockchain-Protokolle für den Unternehmenseinsatz:

• Hyperledger
• Quorum
• Corda

Es gibt einige Überschneidungen zwischen den beiden Gruppen von Protokollen. Quorum basiert beispielsweise auf Ethereum und unterstützt viele der gleichen Funktionen, wie z. B. intelligente Verträge.

Blockchain und Bitcoin

Das White Paper Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System skizziert die Implementierung der Blockchain-Technologie von Bitcoin. Das Papier wurde von Satoshi Nakamoto veröffentlicht, der Person oder Gruppe, die Bitcoin geschaffen hat, aber dieser Name ist nach allgemeiner Auffassung ein Pseudonym.

Nakamoto behauptet, dass das Problem mit den derzeitigen Finanzinstituten darin besteht, dass sie auf Vertrauen beruhen. Die Zahlungsempfänger müssen einer Bank vertrauen, und die Bank muss für die Zahlungen bürgen. Blockchains hingegen bieten eine nicht veränderbare Aufzeichnung aller Transaktionen und sind für alle Parteien zugänglich. Dieses System bietet den Nutzern den Nachweis von Transaktionen und macht eine zentrale Verwaltung und das Vertrauen in einen Vermittler überflüssig.

Die Blockchain-Revolution begann mit einer Blaupause für ein vertrauensloses Peer-to-Peer-Zahlungssystem, Bitcoin. In den kommenden Jahren wird die Blockchain-Technologie zu weitaus fortschrittlicheren Anwendungen führen, von denen wir uns einige noch gar nicht vorstellen können.

Merkmale der Blockchain-Technologie

Die Merkmale der Blockchain-Technologie können je nach Art der verwendeten Blockchain, d. h. öffentlich oder privat, variieren. Öffentliche Blockchains bieten in der Regel die folgenden Merkmale.

• Dezentralisierung: Öffentliche Blockchains halten aktualisierte Kopien des Hauptbuchs auf mehreren Computern, den sogenannten Nodes, vor. Light Nodes halten eine verkürzte Version des Blockchain-Hauptbuchs, während Full Nodes eine vollständige Kopie des Hauptbuchs halten.
• Immutierbarkeit: Kryptografische Verbindungen zwischen Blöcken machen es nahezu unmöglich, Blockchains zu verändern.
• Transparenz: Öffentliche Blockchains machen Transaktionsdaten für jeden sichtbar und verknüpfen Transaktionen mit Wallet-Adressen.
• Tokenisierung: Blockchains können Werte in Form von Tokens speichern.
• Vertrauenswürdigkeit: Öffentliche Blockchains ermöglichen es Nutzern, mit anderen Nutzern oder intelligenten Verträgen zu handeln, ohne sich auf einen Vermittler zu verlassen, um Transaktionen abzuschließen.

Blockchain Anwendungsfälle

Die Rolle von Blockchains bei der Sicherung von Transaktionen und Daten macht Blockchains für eine Reihe von Anwendungsfällen gut geeignet. Diese reichen von einem effizienteren und fairen Zugang zu dezentralen Finanzdienstleistungen (DeFi) bis hin zu staatlichen Dienstleistungen, einschließlich Wahlen.

Erweiterbare Liste (без двоеточий)

Blockchain Pro und Contra

Blockchains können viele aktuelle Lösungen ersetzen oder ergänzen, die typischerweise von zentralisierten Datenbanken oder zentralen Anbietern bereitgestellt werden. Im Vergleich zu anderen Technologien hat die Blockchain mehrere Vorteile, ist aber für andere Anwendungen möglicherweise nicht so gut geeignet.

Blockchain-Sicherheit

Viele öffentliche Blockchains sind quelloffen, d. h. der Code ist zur Überprüfung offen zugänglich. Diese Transparenz trägt zur Sicherheit bei, da der Code einer weltweiten Gemeinschaft von Programmierern und Sicherheitsexperten zugänglich gemacht wird. Seriöse Blockchain-Projekte lassen auch Prüfungen durch Dritte durchführen, um potenzielle Schwachstellen oder ungeplantes Verhalten zu erkennen.

Intern verwenden Blockchains eine von mehreren Arten von Konsensmechanismen, um Transaktionen zu validieren und sich über den Zustand der Blockchain zu einigen. Die gebräuchlichsten sind Proof of Work und Proof of Stake, aber auch Proof of History (PoH), wie bei Solana, und Proof of Capacity (PoC) oder PoC+, wie bei Signum.

Ketten werden gebildet, indem jeder Block mit dem vorherigen Block verknüpft wird, indem ein kryptographischer Hash des Headers des vorherigen Blocks verwendet wird. Jeder Versuch, einen bestehenden Block zu ändern, verändert jeden nachfolgenden Block. Das Netzwerkprotokoll veranlasst die Knoten, diese geänderten Blöcke als ungültig zu kennzeichnen.

Die Verknüpfung in Verbindung mit dem Konsens macht Blockchains unveränderlich und sie sicherer im Vergleich zu Datenbankeinträgen, die leicht verändert werden können.

Zukunft der Blockchain

Blockchain kann alltägliche Aktivitäten viel effizienter machen und gleichzeitig durch Blockchain-Tokens sicherere Formen des Eigentums bieten. Spiele und Finanzen sind die wahrscheinlichsten Bereiche, in denen die meisten Verbraucher zuerst mit Blockchains interagieren werden.

Unternehmen nutzen die Blockchain-Technologie jedoch bereits für die Lieferkette und die interne Vermögensverwaltung. Eine verbesserte Interoperabilität zwischen Blockchains könnte eine Welt der Möglichkeiten eröffnen, in der Vermögenswerte, die sich auf einer Blockchain befinden, auch anderswo genutzt werden können.

Die Technologien in den Blockchain-Netzwerken von morgen können sich jedoch von den Blockchains von heute unterscheiden. Viele Verbesserungen bei der Skalierung von Blockchains werden bereits umgesetzt, wie z. B. das Dencun-Upgrade von Ethereum, das die Geschwindigkeit des Netzwerks auf 100.000 Transaktionen pro Sekunde (TPS) erhöhen könnte, verglichen mit Visa, das etwa 1.700 TPS verarbeitet. Projekte wie Chainlink und Blockchains wie Avalanche und Polkadot arbeiten bereits an der Verbesserung der Interoperabilität zwischen Netzwerken. Es lohnt sich, mit den neuesten Krypto-Prognosen auf dem aktuellen Stand zu bleiben.

Neuere Blockchain-Technologien könnten jedoch auch die Art und Weise verändern, wie wir über dezentrale Ledger-Architekturen denken, und sogar die weit gefasste Definition von Blockchain erweitern.

Projekte wie Avalanche, Hedera und Kaspa verwenden Directed Acyclic Graphs (DAGs) anstelle von Blockketten. Diese Struktur ermöglicht eine parallele Blockvalidierung und ordnet die Blöcke in der Reihenfolge ihrer Validierung an, was im Vergleich zu vielen älteren Ketten wesentlich schnellere Transaktionsgeschwindigkeiten ermöglicht.

Fazit

Blockchains bieten eine fälschungssichere und dezentralisierte Möglichkeit, Transaktionen abzuwickeln und Daten zu speichern. Öffentliche Blockchains wie Bitcoin und Ethereum bieten gleichen Zugang und die Möglichkeit, Transaktionen ohne Vermittler durchzuführen.

Smart-Contract-fähige Netzwerke wie Ethereum oder Solana bieten auch die Möglichkeit, Computerprogramme auf der Blockchain zu hosten, was eine neue Welt der Funktionalität eröffnet, von Spielen über Finanzen bis hin zu Immobilienverkäufen. Auch im privaten und öffentlichen Sektor gibt es eine Fülle von Anwendungen, wobei die Blockchain bereits in vielen Branchen und Anwendungen vom Lieferkettenmanagement bis zum Finanzwesen eingesetzt wird.

FAQ