Was ist Blockchain?

Zwar mag die Blockchain-Technologie auf den ersten Blick sehr komplex erscheinen, aber wenn man einige ihrer Schlüsselmerkmale versteht, wird man im Handumdrehen zum Web3-Experten. Du glaubst vielleicht, dass alle Blockchains so sicher sind wie Bitcoin oder so leistungsfähig wie Ethereum. Tatsächlich gibt es aber große Unterschiede zwischen den Blockchain-Netzwerken. Von der Governance über das Schürfen neuer Coins bis hin zu der Frage, wer dem Netzwerk beitreten darf, können Blockchains Funktionen aufweisen, die die Funktionsweise des gesamten Netzwerks verändern.

Einige Blockchains sind für bestimmte Anwendungsfälle besser geeignet als andere, aber jede hat ihre ganz eigenen Stärken und Schwächen. In diesem Artikel erklärt Ledger Academy alles, was du darüber wissen musst: was eine Blockchain ist, wie sie funktioniert, was für Blockchains es gibt und wofür sie jeweils gebraucht werden.

Aber bevor wir uns mit den technischen Details beschäftigen, wollen wir mit den wirklich grundlegenden Aspekten beginnen.

Was ist eine Blockchain?

Einfach gesagt ist eine Blockchain ein verteiltes und unveränderliches digitales Kontobuch, das für die Aufzeichnung von Transaktionen und die Verfolgung der Bewegungen digitaler Vermögenswerte im Netzwerk zuständig ist. Ursprünglich wurden Blockchains zur Verfolgung von Finanzwerten verwendet, aber mittlerweile gibt es eine immer größere Zahl von Anwendungsfällen, denn schlussendlich ist die Blockchain eine hervorragende Möglichkeit, Werte zu speichern. Blockchains bieten einige wesentliche Merkmale, die eine neue Welt der Funktionalität eröffnen. Dieses Konzept wird oft als „Web3“ bezeichnet. Was also sind diese zentralen Merkmale?

Hauptmerkmale eines Blockchain-Netzwerks

Blockchains haben noch viele andere spannende Eigenschaften. Sie alle basieren jedoch auf zwei Grundpfeilern: der verteilten Kontobuchtechnologie und der Unveränderlichkeit der Einträge.

Die Technologie des verteilten Kontobuchs

Statt Informationen auf einem einzigen Zentralserver zu speichern, verteilt eine Blockchain ihr Kontobuch auf jeden einzelnen Computer im System. Diese Computer werden als Knoten (engl. „Node“) bezeichnet und sind für die Speicherung, den Austausch und die Aufzeichnung von Informationen wie auch für die Übertragung digitaler Vermögenswerte zuständig. Sie bilden die Grundlage der Technologie des verteilten Kontobuchs – und die einzige Möglichkeit für Blockchains, Informationen sicher zu speichern.

Unveränderliche Einträge

In einer Blockchain werden die Informationen in einer ganz speziellen Weise gespeichert: in Blöcken. Diese Blöcke mit neuen Informationen werden in Form einer Kette angeordnet, die über das Netzwerk verteilt wird. Daher kommt auch der Name „Blockchain“ (dt. „Blockkette“). Es ist diese spezielle Datenstruktur, mit der verhindert wird, dass Informationen, die einmal in die Blockchain aufgenommen wurden, nachträglich noch verändert werden können. Aufgrund dieser Eigenschaften ist es praktisch unmöglich, eine Blockchain zu hacken.

Wozu sind Blockchains gut?

Vielleicht fragst du dich, warum deswegen so ein Aufhebens gemacht wird. Denn wir alle führen doch ständig digitale Transaktionen durch. Und doch ist das digitale Versenden von Geld etwas ganz anderes als das Übermitteln von Informationen wie etwa eine E-Mail oder ein Bild.

Für jede Währung gilt: Damit sie einen Wert hat, muss ihr Angebot endlich sein. Wenn eine digitale Transaktion erfolgreich sein soll, muss der Wert bei der empfangenden Partei eingehen, während exakt der gleiche Wert aus dem Konto des Absenders entfernt wird. Ist dies nicht so, dann spricht man von einer so genannten Doppelausgabe.

Auch wenn du den Begriff vielleicht noch nie gehört hast, ist er doch ein Dreh- und Angelpunkt unseres gesamten Finanzsystems – und verantwortlich für unsere Abhängigkeit von den Banken. Die Blockchain-Technologie löst das Problem der Doppelausgaben, ohne dass eine Zentralinstanz für die Überprüfung der Transaktionen erforderlich wäre. So kann ein transparenter, geschützter und anonymer Peer-to-Peer-Wertetausch auf breiter Ebene stattfinden. Aber was bedeutet das?

Nun, allein die Lösung des Doppelausgabenproblems hat zur Folge, dass du dank Blockchain Werte mit einem Freund in der Gewissheit austauschen kannst, dass dein Kapital von einer Person zur anderen gelangt. Wichtig ist: Dies muss möglich sein, ohne dass neues Guthaben im System entsteht, das von den Beteiligten zweimal ausgegeben werden könnte.

Arten von Blockchains

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, ein Blockchain-Netzwerk aufzubauen – und es steckt wahrscheinlich etwas mehr dahinter, als du gedacht hast. Wenn der Begriff „Blockchain“ fällt, geht es fast immer um dezentralisierte Blockchains wie Bitcoin. Deswegen wollen wir an dieser Stelle erwähnen, dass sich mit dieser Technologie auch zentralisierte Systeme aufbauen lassen.

Nur weil Blockchains Peer-to-Peer-Übertragungen und einen dezentralen Wertaustausch ermöglichen, bedeutet das noch lange nicht, dass alle Blockchains auf diese Weise funktionieren. Einige Blockchains sind öffentlich, andere privat, wieder andere genehmigt oder von einem Konsortium erstellt. Manche sind auch eine Kombination aus mehreren dieser Varianten.

Versuchen wir also einmal, den Unterschied zwischen den verschiedenen Arten von Blockchain-Netzwerken zu verstehen und herauszufinden, warum das wichtig ist.

Private, genehmigte und Konsortial-Blockchains

Eine genehmigte Blockchain wird von einer einzigen Instanz betrieben, z. B. einer Regierung oder einem Unternehmen. Eine solche zentrale Instanz kann den Zugang zum System einschränken und festlegen, wer einen Knoten betreiben darf. Außerdem haben die Betreiber der Knoten eine Menge Macht. Macht, die sie missbrauchen könnten.

Dann gibt es private Blockchains. Per Definition sind diese Blockchains immer genehmigt. Allerdings gehen sie sogar noch einen Schritt weiter. Private Blockchains schränken nicht nur ein, wer einen Knoten betreiben darf, sondern auch, wer überhaupt auf das System zugreifen kann. Es handelt sich hierbei um ein vollständig zentralisiertes System, das es den Unternehmen ermöglicht, die Identitäten und Daten der Nutzer zu schützen. Daher werden diese Systeme von Behörden oder Wirtschaftsverbänden bevorzugt, die die Kontrolle über das System und seine Daten behalten wollen.

Ein gutes Beispiel für eine private Blockchain ist Hyperledger. In diesem Fall wird ein privates System verwendet, um Nutzerdaten (wie z. B. Versandinformationen) vor neugierigen Blicken zu schützen. Eine transparente Blockchain würde hier ein Risiko für den Datenschutz darstellen.

Konsortial-Blockchains sind ebenfalls genehmigte Blockchains, die jedoch nicht von einem einzelnen Unternehmen, sondern von einer ganzen Reihe von Organisationen gemeinsam betrieben werden. Diese Methode ist beliebt bei Finanzsystemen, die kooperieren möchten. Solche Blockchains können Transaktionen schnell verarbeiten, da sie Änderungen mithilfe eines Abstimmungsverfahrens verifizieren.

Allerdings sind alle beschriebenen Optionen stark zentralisiert: Es gibt stets eine kritische Schwachstelle – einen so genannten Single Point of Failure –, mit der die gesamte Sicherheit steht und fällt.

Genehmigungsfreie und öffentliche Blockchains

Umgekehrt kann bei einer genehmigungsfreien Blockchain jeder Teilnehmer einen Knoten im Netzwerk betreiben. In diesem System gibt es tendenziell mehr Beteiligte und sie können überall auf der Welt ansässig sein.

Das macht sie langsamer als ihre privaten und genehmigten Gegenstücke. Doch je größer das System ist, desto einfacher ist es, Teilnehmer mit unlauteren Absichten im Zaum zu halten. Die dezentrale Natur einer genehmigungsfreien Blockchain macht sie also viel sicherer als ihre privaten Gegenstücke.

Es gibt auch öffentliche Blockchains, die per Definition genehmigungsfrei sind. Sie erlauben nicht nur jedem, dem Netzwerk beizutreten, sondern behandeln alle Knoten gleich, und alle Daten des Netzwerks sind für jeden Teilnehmer leicht zugänglich. Öffentliche Blockchains eignen sich hervorragend für Kryptowährungen, da sie transparent, sicher und überprüfbar sind. Ein gutes Beispiel für eine öffentliche Blockchain ist das Bitcoin-Netzwerk.

Wie funktioniert eine Blockchain?

Wie bereits erwähnt, speichert ein Blockchain-Netzwerk Daten auf allen Computern, die zum Netzwerk gehören: den sogenannten Knoten. Kryptoknoten tragen zur Sicherheit des Netzwerks bei, da sie an der Transaktionsvalidierung beteiligt sind. Jeder dieser Knoten speichert Informationen in Blöcken. Dann wird jeder dieser Blöcke in einer Kette angeordnet. Jedes Mal, wenn das Netzwerk eine Transaktion verarbeitet, wird die Kette länger.

Allerdings speichern die Knoten die Informationen nicht so, dass man sie lesen könnte. Stattdessen wird ein kryptografischer Hash verwendet. Zum Schutz der sensiblen Informationen, die zu einer Transaktion gehören, wandelt der Knoten die Informationen in eine Zeichenfolge aus Zahlen und Buchstaben um und speichert sie dann im jeweiligen Block.

Dieser kryptografische Hash enthält nicht nur die Informationen des Blocks, dem er entspricht, sondern auch Informationen über den vorherigen Block in der Kette. Wenn also jemand einen Block verändert, verändert er auch dessen Hash und damit jeden nachfolgenden Block in der Kette. Dadurch wird jeder potenzielle Eingriff im gesamten Netzwerk sichtbar. Deswegen ist das Netzwerk sicher. Je früher im Verlauf der Blockchain die Transaktion erfolgt, desto schwieriger wird es, die Daten zu verändern. Es ist diese Fähigkeit, die Blockchains zu einem einzigartigen Medium für die Speicherung wertvoller Daten macht. Wenn du Genaueres dazu erfahren möchtest, solltest du den ganzen Artikel über Blockchain-Transaktionen und Knoten und deren Betrieb lesen.

Wir wissen jetzt also, wie eine Blockchain ihre Informationen speichert.

Nun drängt sich dir vielleicht die Frage auf, was einen Knoten davon abhält, zum eigenen Vorteil über den Zustand des Netzwerks zu lügen.

Das wiederum hängt von der Art der Blockchain und ihrem Konsensmechanismus ab.

Wie werden Blockchains geschützt?

Bei genehmigten und privaten Blockchains organisiert das kontrollierende Unternehmen normalerweise eine Abstimmung. Öffentliche Blockchains wie Bitcoin oder Ethereum haben jedoch eine Methode gefunden, um Sicherheit auf dezentrale Weise umzusetzen: durch Verwendung eines Konsensmechanismus.

Was ist ein Konsensmechanismus?

Der Konsensmechanismus ist der wohl cleverste Teil der Blockchain. Es gibt Tausende von Knoten, die über den ganzen Planeten verstreut sind, und eine Mehrheit davon muss jede neue Transaktion verifizieren, bevor diese in die Blockchain eingereiht wird. Sobald der Block hinzugefügt wurde, muss jeder Knoten in einer Blockchain denselben Zustand erreichen. Dies nennt man Konsensfindung.

Da die Verwaltung des Kontobuchs der Blockchain so breit gestreut ist, ist es unmöglich, dass eine zentrale Instanz die Kontrolle über das Netzwerk erlangt oder falsche Informationen validiert. Dies macht das gesamte Netzwerk sicher. Allerdings unterscheidet sich die Art und Weise, wie diese Knoten Transaktionen verarbeiten, geringfügig je nach von der Blockchain verwendetem Konsensmechanismus. Hinzu kommt: Jede Methode hat ganz bestimmte Vor- und Nachteile.

Um die Unterschiede voll und ganz zu verstehen, solltest du den kompletten Ledger Academy-Artikel über Konsensmechanismen lesen.

Verschiedene Konsensmechanismen

Bei öffentlichen Blockchains gibt es im Wesentlichen zwei Arten von Konsensmechanismen: Proof-of-Work und Proof-of-Stake. Es gibt daneben noch einige andere Konsensmethoden, die zentraler ausgerichtet sind und weniger häufig genutzt werden.

Proof-of-Work (PoW): Dies ist ein langsamerer, aber sicherer Konsensmechanismus. Hierbei generieren so genannte Miner neue Münzen und verarbeiten Transaktionen, indem sie komplexe Rätsel lösen, für die viel Rechenleistung erforderlich ist. Dadurch bleibt das Netzwerk sicher, da es für Miner sinnlos ist, das System zu betrügen: Die Kosten für den Energieverbrauch wären einfach zu hoch, als dass es sich lohnen würde. Ein gutes Beispiel für eine PoW-Blockchain ist Bitcoin.

Proof-of-Stake (PoS): Hierbei handelt es sich um einen schnelleren und energieeffizienten Konsensmechanismus, bei dem zur Verarbeitung von Transaktionen Validatoren eingesetzt werden. Anstatt Rechenleistung aufzuwenden, um ihre Vertrauenswürdigkeit zu beweisen, verwenden Validatoren in einer PoS-Blockchain erhebliche Mengen an Kryptowährungen als Sicherheiten. Ausführliche Informationen hierzu kannst du dem kompletten Artikel zum Krypto-Staking entnehmen; grundsätzlich aber gibt es bei PoS Anreize für die Validatoren, sich korrekt zu verhalten. Kurz gesagt werden sie für vorbildliches Handeln belohnt, jedoch bestraft, wenn sie Böses im Schilde führen. Ein gutes Beispiel für eine Blockchain, die dieses System nutzt, ist Ethereum.

Blockchain: Warum gibt es eigentlich so viel Aufregung darum?

Auch wenn man die Blockchain-Technologie meist direkt mit Kryptowährungen in Verbindung bringt, steckt eigentlich noch eine Menge mehr dahinter. Es geht bei Blockchains nicht nur um Kryptowährungen und Finanzen, sondern diese Netzwerke eignen sich durchaus auch für einige andere innovative Anwendungen.

So sind manche Blockchain-Netzwerke beispielsweise in der Lage, Smart Contracts auszuführen. Hierbei handelt es sich um eine Art Computerprogramm für Blockchains. Ohne zu technisch werden wollen: Smart Contracts haben in der Blockchain-Technologie eine ganze Kulturrevolution ausgelöst.

Diese Computerprogramme ermöglichen das Erstellen von Blockchain-Apps für eine Vielzahl von Anwendungsfällen.

So sind zum Beispiel DeFi-Apps – also Apps für ein dezentrales Finanzwesen, die auch Kreditvergabe und -aufnahme ermöglichen – nur dank dieser Funktionalität möglich. Daneben werden auch Blockchain-Spiele und Blockchain-Kunst in Form von NFTs (Non-Fungible Token) ermöglicht. Zudem erlaubten solche Apps den Aufbau dezentraler Metaverse-Plattformen wie The Sandbox und Decentraland.

Die Blockchain-Technologie hat sogar die Macht, die Art und Weise zu verändern, wie wir Dinge regeln. Das liegt daran, dass Token und Coins es ermöglichen, komplexe dezentrale Abstimmungssysteme in Form von Dezentralisierten Autonomen Organisationen (DAOs) zu erschaffen.

Mit der zunehmenden Innovation in der Web3-Branche wächst auch das Potenzial für immer mehr Einsatzmöglichkeiten. Kurz gesagt: Die Blockchain-Technologie wird sich durchsetzen, und wer weiß, was sie in Zukunft noch alles wird bewirken können.