Blockchain – Ein Einblick

In diesem Artikel möchten wir Ihnen einen Einstieg die Blockchain-Technologie vermitteln. Hierzu wird diese Technologie zunächst anhand ihrer ursprünglichen Kernfunktionalität, die Abwicklung von Transaktionen innerhalb von Kryptowährungen, definiert bevor alternative Anwendungsfälle weiterführend betrachtet werden.

Im November 2008 wurde die Technologie für Bitcoin, als auch für die Blockchain unter dem Artikel „Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System“ von dem Pseudonym Satoshi Nakamoto im Internet veröffentlicht. Anschließend wurde, basierend auf der theoretischen Vorveröffentlichung, eine Referenz Software zu dieser Abhandlung unter einer Open-Source Lizenz veröffentlicht. Ziel der Veröffentlichung war es, ein elektronisches Zahlungssystem zu entwickeln, mit welcher die Benutzer, unabhängig von einer übergeordneten Instanz, untereinander vertrauenswürdige Transaktionen abwickeln können. Somit wurde die Transparenz der einzelnen Transaktionen zu einem der wesentlichen Bestandteile des Gesamtsystems. Um somit die Transaktionen vertrauenswürdig zu gestalten, soll jede Transaktion für jeden Benutzer des Gesamtsystems einsehbar gestaltet werden.

Der Begriff Chain heißt übersetzt Kette, zu welcher die Transaktionen, in chronologischer Reihenfolge hinzugefügt werden. Bitcoin und andere digitale Kryptowährungen haben den Begriff Blockchain mittlerweile zu einer bekannten Begrifflichkeit gemacht. Doch auch schon bevor Blockchain mit Bitcoin bekannt wurde, gab es erste Vorläufer dieser Technologie.

Bereits im Jahre 1991 haben die Kryptologen Stuart Haber und Scott Stornetta mit Surety erstmals ein Verfahren bereitgestellt, um digitale Dokumente fälschungssicher zu gestalten. Hierzu erstellte der Kunde einen Hashwert zu dem zu sichernden Dokument. Anschließend wird jenes an einen Server übertragen, welcher einen Zeitstempel hinzufügt und diese beiden Informationen zu einem digitalen Siegel vereint und dauerhaft speichert.

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 ist eine wachsende Liste an Transaktionsdaten, welche in Blöcken geschrieben werden. Dafür müssen wir uns zuerst mit der Frage beschäftigen, was es mit einem Block auf sich hat. Ein Block besteht aus dem Header, einer ID, einem Zeitstempel, der Difficulty (dynamische Kennzahl für die „Schwierigkeit“, bzw. der Menge an Rechenleistung, welche ein Computer aufbringen muss, um einen neuen Block generieren zu können), der Nonce, dem Hashwert des vorherigen Blocks und des aktuellen Hashwertes, sowie eines Datenfeldes, in dem die Transaktionsdaten enthalten sind.

Mining (Schürfen) ist die Durchführung mathematischer Berechnungen durch Computer Hardware, um z.B. Bitcoin-Transaktionen zu bestätigen.

Diese zuvor genannten Daten liegen in einer verteilten Datenbank repliziert bei jedem Teilnehmer. Alle Transaktionen sind für jeden der Teilnehmer transparent und sind durch Verschlüsselung vor Manipulationen sichergestellt. Mittelsmänner wie bspw. Banken, die für die Transaktion zwischen unterschiedlichen Parteien zuständig sind, sind in der Blockchain überflüssig geworden.

Peer-to-Peer (P2P) Netze sind Computernetze, in denen alle Computer gleichberechtigt miteinander verbunden und arbeiten. Beispielsweise funktionieren die meisten Filesharing-Dienste wie BitTorrent, aber auch Instant Messaging-Anwendungen, wie Skype, auf der P2P Technologie.

Blockchain Mechanismen

Im folgenden Abschnitt möchten wir Ihnen die Vorteile und Mechanismen der Blockchain-Technologie näher bringen.

Da die Daten auf mehreren Computern, über das sog. P2P-Netzwerk, repliziert und zugleich synchronisiert werden, ist es Angreifern quasi unmöglich Daten in der Blockchain nachträglich zu bearbeiten. Zudem ist dank der dezentralen Verteilung auf etlichen Systemen eine erhöhte Ausfallsicherheit gegeben. Mittlerweile hat die Blockchain, im Falle Bitcoin, bereits eine Größe von über 195 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 Prüfzahl/Nonce
  • 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.

Im folgenden Youtube Video von explain-it wird Ihnen die Blockchain in einem einfachen Beispiel nochmal erläutert.

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 (https://www.gruender.de/bitcoin-energieverbrauch/) ist, da die Wahrscheinlichkeit einen neuen Block zu generieren mit der Leistung des eingesetzten Systems steigt.
(Bitcoin, Ethereum, Litecon, Vergecurrency)

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).
(Ethereum, Stratis, PivX, Reddcoin)

Proof of Importance
Das PoI Verfahren wurde von den Entwicklern der Kryptowährung nem entwickelt und unter folgendem Artikel vorgestellt.
Mithilfe eines Wichtigkeitsstatus wird denjenigen, die aktiv, bzw. viele Transaktionen tätigen, die Möglichkeit gegeben, Transaktionen zu validieren. Der Vorteil ist, dass es nicht wichtig ist, wie bei PoS, wieviele Coins man besitzt, oder das man wie bei PoW eine gute Rechenleistung besitzt.
(nem)

Alternative Anwendungsbeispiele einer Blockchain

In der Logistik kann die Blockchain, z.B. mithilfe Ihrer völligen Transparenz, Einblicke zum genauen Standort von Produkten/Materialen und sonstige Informationen in Echtzeit abzubilden. Lieferanten, Empfänger, Transporteure, Behörden oder auch Finanzierer haben somit zeitgleich den identischen Stand und Informationen über die transferierenden Güter. Auch Störungen auf dem Lieferweg können somit direkt erkannt und entsprechende Maßnahmen zeitgleich eingeleitet werden.
Der Logistik Konzern Maersk und das Unternehmen IBM haben gemeinsam das Projekt „Trade-Lens“ vorgestellt, welches heute schon mehr als 150 Millionen Versandvorgänge vorzuweisen hat. Pro Tag kommen etwa 1 Million weitere hinzu.

Auch Walmart treibt die Blockchain-Technologie energisch an, indem sie von Ihren Zulieferern (in etwa 100, an der Zahl) verlangen, bis September 2019, Tracking via Blockchain einzuführen. Somit soll der Lieferweg vom Bauernhof bis zum Einkaufsladen sichergestellt und transparent dokumentiert werden. Auch das von Walmart eingesetzte System, Food-Trust, wird von IBM entwickelt.
Mithilfe eines Experiments zur Feststellung der Rückverfolgbarkeit mit geschnittenen Mangos, wurde geprüft, wie lange es dauert, das Produkt zu einer Farm zurückzuverfolgen.
Stolze sieben Tage wurden benötigt, da teilweise die Methoden antiquiert sind, z.B. nur mit Papier und Bleistift. Über die Blockchain-Technologie soll dieser Schritt nur 2,2 Sekunden in Anspruch nehmen, was vor allem den Gesundheitsbeamten dabei hilft, den Ausbruch lebensmittelbedingter Krankheiten zu verfolgen und zu bewältigen.

Unter folgenden Links idnt.net oder blockchain.adesso.ch können Sie anhand von Beispielen, die Blockchain-Technologie, direkt live testen.

Fazit
Die Blockchain bietet mit Ihrer Technik mittlerweile für viele Anwendungsbereiche einen sinnvollen Ersatz zu herkömmlichen Datenbanken und revolutioniert den Umgang mit sensiblen Daten. Durch diese Technik werden Informationsflüsse sicherer, schneller und zuverlässiger als je zuvor. Die genannten Anwendungsbeispiele zeigen, dass die Blockchain-Technologie aktuell zunehmend Branchen- und Anwendungsfall Übergreifend Verwendung findet. Somit ergeben sich, durch eine Integration der Blockchain-Technologie, viele unterschiedliche Möglichkeiten und neue Herausforderungen.

Quellen

 

JS