Ein zentraler Bestandteil jeder Blockchain ist der Mining-Algorithmus. Nehmen wir als Beispiel den Algorithmus von Bitcoin. Dieser heißt SHA-256 kurz für "Secure hash algorithm 256 Bits". Er nimmt einen Input, der alles sein kann, Text, Zahlen oder sogar eine Computerdatei beliebiger Länge. Der erzeugte Output wird als "Hash" bezeichnet und hat jedes Mal die gleiche Länge, 256 Bits in Maschinencode.
Der gleiche Input liefert jedes Mal den gleichen Output, er ist nicht zufällig. Aber wenn du eine kleine Änderung am Input vornimmst, ändert sich der Output komplett.
Dies wird auch Einwegfunktion genannt, was bedeutet, dass man, wenn man nur den Output hat, nicht berechnen kann, was der Input war. Du kannst nur erraten, was der Input war, und die Chancen, ihn richtig zu schätzen, stehen 1 zu 2^256, was ziemlich unmöglich ist. Mit anderen Worten, der Algorithmus ist sicher.
Nun, da wir wissen, was der Algorithmus macht, lasst uns mit einem einfachen Beispiel einer Transaktion zeigen, wie eine Blockchain funktioniert.
Hier haben wir Alice und Bob mit ihrem Bitcoin Guthaben. Nehmen wir an, Alice schuldet Bob 2 Bitcoin.
Damit Alice Bob diese 2 Bitcoin schicken kann, sendet Alice eine Nachricht mit der Transaktion, die sie machen will, an alle Miner im Netzwerk.
In dieser Übertragung gibt Alice den Minern Bobs öffentliche Adresse, die Menge an Bitcoin, die sie senden möchte, zusammen mit einer digitalen Signatur und ihrem öffentlichen Schlüssel. Die Unterschrift erfolgt mit Alice's privatem Schlüssel und die Miner können bestätigen, dass Alice tatsächlich die Besitzerin der Bitcoin ist und dass sie die Transaktion durchführen will.
Sobald die Miner sicher sind, dass die Transaktion gültig ist, können sie sie zusammen mit vielen anderen Transaktionen in einen Block setzen und versuchen, den Block zu minen. Dies geschieht, indem der Block durch den SHA-256-Algorithmus geführt wird. Der Output muss mit einer bestimmten Anzahl von 0's beginnen, um als gültig angesehen zu werden. Die Anzahl der benötigten 0's hängt von der sogenannten "Schwierigkeit" ab, die sich je nachdem, wie viel Rechenleistung im Netzwerk vorhanden ist, ändert.
Um einen Output-Hash mit der gewünschten Menge von 0's zu erzeugen, fügen die Miner dem Block eine sogenannte " Nonce-Zahl " hinzu, bevor sie ihn durch den Algorithmus laufen lassen. Da eine kleine Änderung am Input den Output komplett verändert, versuchen die Miner zufällige Nonces, bis sie einen gültigen Output-Hash finden.
Sobald der Block geminet ist, sendet der Miner diesen neu gemineten Block an alle anderen Miner. Sie prüfen dann, ob der Block gültig ist, so dass sie ihn zu ihrer Kopie der Blockchain hinzufügen können und die Transaktion abgeschlossen ist. Aber im Block müssen die Miner auch den Output-Hash aus dem vorherigen Block einbeziehen, so dass alle Blöcke miteinander verbunden sind, daher der Name Block-CHAIN. Dies ist ein wichtiger Teil in der Funktionsweise von Kryptowährungen, da dies die Art und Weise darstellt wie Vertrauen in dem System funktioniert.
Jeder Miner hat seine eigene Kopie der Blockchain auf seinem Computer und jeder vertraut der Blockchain, in die die meiste Rechenarbeit gesteckt wurde: die längste Blockchain. Wenn ein Miner eine Transaktion in einem früheren Block ändert, ändert sich der Output-Hash für diesen Block, was dazu führt, dass sich alle Hashes in den anschließenden Blöcken ebenfalls ändern, da die Blöcke mit Hashes verknüpft sind. Der Miner müsste die gesamte Arbeit also wiederholen, um jeden zu überzeugen, dass seine Blockchain die richtige ist. Wenn also ein Miner betrügen wollte, würde er mehr als 50% der Rechenleistung des Netzwerks benötigen, was sehr unwahrscheinlich ist. Solche Netzwerkangriffe werden dabei als 51% Angriffe bezeichnet.
Das Konzept, Computer arbeiten zu lassen, um Blöcke zu produzieren, heißt Proof of Work (PoW). Es gibt auch andere Modelle wie Proof of Stake (PoS), die nicht so viel Rechenleistung und weniger Strom benötigen sowie in der Lage sind, auf mehr Benutzer zu skalieren.
Und das sind die Grundlagen, wie eine Blockchain funktioniert!