Was ist eine Blockchain und wie funktioniert sie?
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Was ist eine Blockchain und wie funktioniert sie?

Was ist eine Blockchain und wie funktioniert sie?

Anfänger
Veröffentlicht May 15, 2023Aktualisiert Nov 28, 2023
11m

TL;DR

  • Eine Blockchain ist ein dezentrales digitales Hauptbuch, das Transaktionsdaten auf vielen spezialisierten Computern im Netzwerk sicher aufzeichnet.

  • Eine Blockchain stellt die Datenintegrit√§t durch ihre Unver√§nderlichkeit mittels Kryptografie und Konsensmechanismen sicher, was bedeutet, dass Informationen, sobald sie aufgezeichnet wurden, nicht r√ľckwirkend ge√§ndert werden k√∂nnen.

  • Eine Blockchain bildet das R√ľckgrat von Kryptow√§hrungen wie Bitcoin und Ethereum und tr√§gt ma√ügeblich zur F√∂rderung von Transparenz, Sicherheit und Vertrauen in der Finanzbranche und zahlreichen anderen Sektoren bei.¬†

Was ist Blockchain?

Eine Blockchain ist eine spezielle Art von Datenbank, auch dezentrales digitales Hauptbuch genannt, die von zahlreichen Computern weltweit verwaltet wird. Blockchain-Daten werden in Blöcken organisiert, die chronologisch angeordnet und durch Kryptografie gesichert sind.

Das fr√ľheste Modell einer Blockchain entstand Anfang der 1990er Jahre, als der Informatiker Stuart Haber und der Physiker W. Scott Stornetta kryptografische Techniken in einer Kette von Bl√∂cken einsetzten, um digitale Dokumente vor Datenmanipulation zu sch√ľtzen.

Haber und Stornetta inspirierten die Arbeit vieler anderer Informatiker und Kryptografie-Enthusiasten und f√ľhrten schlie√ülich zur Schaffung der ersten Kryptow√§hrung auf Basis der Blockchain-Technologie, Bitcoin. Seitdem hat sich die Akzeptanz der Blockchain-Technologie schrittweise ausgeweitet, und Kryptow√§hrungen werden weltweit von immer mehr Menschen genutzt.

W√§hrend die Blockchain-Technologie h√§ufig zur Aufzeichnung von Kryptow√§hrungstransaktionen verwendet wird, eignet sie sich auch f√ľr die Aufzeichnung vieler anderer Arten digitaler Daten und eine Vielzahl von Anwendungsf√§llen.

Was ist Dezentralisierung in der Blockchain?

Unter Dezentralisierung in der Blockchain versteht man die Idee, dass die Kontroll- und Entscheidungsbefugnis eines Netzwerks auf seine Nutzer verteilt wird und nicht von einer einzelnen Instanz wie einer Regierung oder einem Unternehmen kontrolliert wird. Dies kann in Situationen hilfreich sein, in denen sich Menschen mit Fremden abstimmen m√ľssen oder die Sicherheit und Integrit√§t ihrer Daten gew√§hrleisten m√∂chten.

In einem dezentralen Blockchain-Netzwerk gibt es keine zentrale Stelle oder Intermedi√§re, die den Daten- oder Transaktionsfluss kontrollieren. Stattdessen werden Transaktionen von einem verteilten Netzwerk von Computern √ľberpr√ľft und aufgezeichnet, die zusammenarbeiten, um die Integrit√§t des Netzwerks aufrechtzuerhalten.

Wenn von Blockchain-Technologie die Rede ist, geht es oft nicht nur um die Datenbank. Die Blockchain-Technologie unterst√ľtzt Anwendungen wie Kryptow√§hrungen und nicht fungible Tokens (NFTs) und erm√∂glicht es Menschen, zusammenzuarbeiten und Transaktionen durchzuf√ľhren, ohne auf eine zentrale Stelle angewiesen zu sein.

Wie funktioniert eine Blockchain?

Im Kern ist eine Blockchain ein digitales Hauptbuch, das Transaktionen zwischen zwei Parteien gesch√ľtzt und manipulationssicher aufzeichnet. Diese Transaktionsdaten werden von einem weltweit verteilten Netzwerk spezieller Computer, sogenannten Nodes, aufgezeichnet.

Wenn ein Nutzer eine Transaktion initiiert, beispielsweise das Senden einer bestimmten Menge Kryptow√§hrung an einen anderen Nutzer, wird diese Transaktion an das Netzwerk gesendet. Jeder Node authentifiziert die Transaktion, indem er digitale Signaturen und andere Transaktionsdaten √ľberpr√ľft.

Sobald die Transaktion verifiziert ist, wird sie zusammen mit anderen bereits verifizierten Transaktionen einem Block hinzugef√ľgt. Mithilfe kryptografischer Methoden werden Bl√∂cke miteinander verkettet und bilden die Blockchain. Der Prozess der √úberpr√ľfung von Transaktionen und deren Hinzuf√ľgung zur Blockchain erfolgt √ľber einen Konsensmechanismus, eine Reihe von Regeln, die festlegen, wie Nodes im Netzwerk zu einer Einigung √ľber den Status der Blockchain und die G√ľltigkeit von Transaktionen gelangen.

Kryptografie ist f√ľr die Blockchain von entscheidender Bedeutung, um eine gesch√ľtzte, transparente und manipulationssichere Aufzeichnung von Transaktionen zu f√ľhren. Hashing ist beispielsweise eine wichtige kryptografische Methode, die in Blockchains verwendet wird. Es handelt sich um einen kryptografischen Prozess, der eine Eingabe beliebiger Gr√∂√üe in eine Zeichenfolge fester Gr√∂√üe umwandelt.

Die in Blockchains verwendeten Hash-Funktionen sind im Allgemeinen kollisionsresistent, was bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, zwei Datens√§tze zu finden, die die gleiche Ausgabe erzeugen, astronomisch gering ist. Ein weiteres Merkmal ist der sogenannte Lawineneffekt. Er bezieht sich auf das Ph√§nomen, dass jede geringf√ľgige √Ąnderung der Eingabedaten zu einer drastisch anderen Ausgabe f√ľhren w√ľrde.¬†

Wir wollen dies anhand von SHA256 veranschaulichen, einer in Bitcoin verwendeten Funktion. Wie du siehst, hat die √Ąnderung der Gro√ü- und Kleinschreibung der Buchstaben zu einer dramatischen Ver√§nderung der Ausgabe gef√ľhrt. Hash-Funktionen sind au√üerdem Einwegfunktionen, da es rechnerisch nicht m√∂glich ist, durch Reverse Engineering der Hash-Ausgabe zu den Eingabedaten zu gelangen.¬†

Eingabedaten

SHA256 Ausgabe

Binance Academy

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Binance Academy

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Binance Academy

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Jeder Block innerhalb einer Blockchain enth√§lt den Hash des vorherigen Blocks und bildet so eine robuste Kette von Bl√∂cken. Jeder, der einen Block √§ndern m√∂chte, m√ľsste alle nachfolgenden Bl√∂cke √§ndern, eine Aufgabe, die nicht nur technisch anspruchsvoll, sondern auch unerschwinglich kostspielig ist.¬†

Eine weitere in der Blockchain weit verbreitete kryptografische Methode ist die Public-Key-Kryptografie. Sie wird auch als asymmetrische Kryptografie bezeichnet und tr√§gt dazu bei, sichere und √ľberpr√ľfbare Transaktionen zwischen Nutzern zu erm√∂glichen.

Das funktioniert wie folgt: Jeder Teilnehmer verf√ľgt √ľber ein einzigartiges Schl√ľsselpaar¬†‚Äď einen privaten Schl√ľssel, den er geheim h√§lt, und einen √∂ffentlichen Schl√ľssel, der offen geteilt wird. Wenn ein Nutzer eine Transaktion initiiert, signiert er diese mit seinem privaten Schl√ľssel und erstellt so eine digitale Signatur.

Andere Nutzer im Netzwerk k√∂nnen dann die Authentizit√§t der Transaktion √ľberpr√ľfen, indem sie den √∂ffentlichen Schl√ľssel des Absenders auf die digitale Signatur anwenden. Dieser Ansatz gew√§hrleistet sichere Transaktionen, da nur der rechtm√§√üige Inhaber des privaten Schl√ľssels eine Transaktion autorisieren kann, jeder jedoch die Signaturen mithilfe des √∂ffentlichen Schl√ľssels √ľberpr√ľfen kann.¬†

Ein weiteres Merkmal der Blockchain ist ihre Transparenz. Generell kann jeder die Daten einer Blockchain, einschlie√ülich aller Transaktionsdaten und Blockdaten, auf √∂ffentlichen Blockchain-Seiten einsehen.¬† Beispielsweise kannst du auf Blockchain-Explorer-Websites jede Transaktion sehen, die jemals im Bitcoin-Netzwerk aufgezeichnet wurde, einschlie√ülich der Kennung des Absenders und des Empf√§ngers, des √úberweisungsbetrags und einer Liste der Inhaber von Bitcoin. Du kannst auch die Bl√∂cke von heute (bei Block 788.995, Stand: 29.¬†Mai 2023, 18:52:21¬†Uhr GMT) bis zum ersten Block, dem sogenannten Genesis-Block, zur√ľckverfolgen.

Was ist ein Konsensmechanismus?

Ein Konsens-Algorithmus ist ein Mechanismus, der es Nutzern oder Maschinen erm√∂glicht, sich in einer verteilten Umgebung zu koordinieren. Es muss sichergestellt werden, dass sich alle Teilnehmer im System auf eine einzige Quelle der Wahrheit einigen k√∂nnen, auch wenn einige Teilnehmer ausfallen. Sie stellen sicher, dass alle Nodes im Netzwerk √ľber dieselbe Kopie des Hauptbuchs verf√ľgen, das eine Aufzeichnung aller Transaktionen enth√§lt. Konsensmechanismen sind f√ľr Blockchains notwendig, da es keine zentrale Stelle gibt, die Transaktionen √ľberpr√ľft und die Integrit√§t des Netzwerks aufrechterh√§lt.

Wenn Zehntausende Nodes eine Kopie der Daten der Blockchain aufbewahren, können schnell einige Herausforderungen auftreten, darunter Datenkonsistenz und böswillige Nodes. Um die Integrität der Blockchain sicherzustellen, gibt es verschiedene Konsensmechanismen, die regeln, wie Netzwerk-Nodes eine Einigung erzielen. Schauen wir uns nun die wichtigsten an.

Arten von Konsensmechanismen

Was ist Proof of Work?

Proof of Work (PoW) ist ein Konsensmechanismus, der in vielen Blockchain-Netzwerken verwendet wird, um Transaktionen zu verifizieren und die Integrit√§t der Blockchain aufrechtzuerhalten. Es handelt sich um den urspr√ľnglichen Konsensmechanismus, den Bitcoin verwendet.

Bei PoW konkurrieren Miner um die L√∂sung eines komplexen mathematischen Problems, um jeweils den n√§chsten Block zur Blockchain hinzuzuf√ľgen. Bei dem als Mining bekannten Prozess wird der erste Miner, der das Problem l√∂st, mit Kryptow√§hrung belohnt.¬†

Miner m√ľssen leistungsstarke Computer einsetzen, um mathematische Probleme zu l√∂sen, um neue Coins zu minen und das Netzwerk zu sichern. Aus diesem Grund erfordert der Mining-Prozess erhebliche Mengen an Rechenleistung und damit Strom.¬†

Was ist Proof of Stake?

Proof of Stake (PoS) ist ein Konsensmechanismus, der einige der Nachteile von Proof of Work (PoW) beheben soll. In einem PoS-System konkurrieren Miner nicht um die L√∂sung komplexer mathematischer Probleme, um Transaktionen zu validieren und neue Bl√∂cke zur Blockchain hinzuzuf√ľgen, sondern Validierer werden auf der Grundlage der Menge an Coins ausgew√§hlt, die sie im Netzwerk ‚Äěstaken‚Äú.

Validierer halten eine bestimmte Menge an Kryptow√§hrung als Sicherheit oder ‚ÄěStake‚Äú, um am Konsensprozess teilzunehmen. Anschlie√üend werden sie nach dem Zufallsprinzip ausgew√§hlt, um neue Bl√∂cke zu erstellen und Transaktionen basierend auf der Gr√∂√üe ihres Stakes zu validieren. Validierer werden mit Transaktionsgeb√ľhren f√ľr die Erstellung neuer Bl√∂cke belohnt und als Anreiz daf√ľr, im besten Interesse des Netzwerks zu handeln.

Andere beliebte Konsensmechanismen

Proof of Work und Proof of Stake sind die gebräuchlichsten Konsens-Algorithmen, aber es gibt auch andere. Einige sind Hybride, die Elemente aus beiden Systemen kombinieren, während andere ganz unterschiedliche Methoden sind.

Beispielsweise ähnelt der delegierte Proof of Stake (DPoS) dem PoS, aber anstatt dass alle Validierer berechtigt sind, neue Blöcke zu erstellen, wählen Token-Inhaber eine kleinere Gruppe von Delegierten, die dies in ihrem Namen tun.

Andererseits werden Validierer beim Proof of Authority (PoA) anhand ihres Rufs oder ihrer Identit√§t identifiziert und nicht anhand der Menge an Kryptow√§hrung, die sie besitzen. Validierer werden aufgrund ihrer Vertrauensw√ľrdigkeit ausgew√§hlt und k√∂nnen aus dem Netzwerk entfernt werden, wenn sie b√∂swillig handeln.

Vorteile der Blockchain

1. Dezentralisierung

Der dezentrale Charakter der Blockchain bedeutet, dass es keinen einzigen Kontroll- oder Ausfallpunkt gibt, was sie sicherer und widerstandsfähiger gegen Angriffe oder Datenschutzverletzungen machen kann.

2. Transparenz

Transaktionen auf einer Blockchain sind f√ľr alle Teilnehmer sichtbar, was es einfacher macht, Transaktionen zu verfolgen und zu √ľberpr√ľfen und ihre Richtigkeit sicherzustellen.

3. Unveränderlichkeit

Sobald eine Transaktion in einer Blockchain aufgezeichnet ist, kann sie weder ge√§ndert noch gel√∂scht werden. Sie erstellt eine permanente Aufzeichnung aller Transaktionen, die von jedem mit Zugriff auf das Blockchain-Netzwerk √ľberpr√ľft werden kann. Dies ist eine wesentliche Abweichung von herk√∂mmlichen Systemen, bei denen Transaktionen umkehrbar sind.

4. Effizienz

Eine Blockchain kann schnellere und effizientere Transaktionen ermöglichen, da keine Zwischenhändler wie Banken erforderlich sind.

5. Niedrigere Geb√ľhren

Durch die Eliminierung von Zwischenhändlern und die Automatisierung von Prozessen können Blockchains die Transaktionskosten senken und bestimmte Geschäftsabläufe effizienter gestalten.

6. Vertrauenslosigkeit

Die Blockchain-Technologie ermöglicht transparente Transaktionen, die von den Netzwerkteilnehmern selbst verifiziert und validiert werden, ohne dass Zwischenhändlern vertraut werden muss.

Was sind die verschiedenen Arten von Blockchain-Netzwerken?

√Ėffentliche Blockchains

Eine √∂ffentliche Blockchain ist ein dezentrales Netzwerk, das jedem offen steht, der teilnehmen m√∂chte. Diese Netzwerke sind in der Regel Open Source, transparent und genehmigungsfrei, was bedeutet, dass jeder auf sie zugreifen und sie nutzen kann. Bitcoin und Ethereum sind Beispiele f√ľr √∂ffentliche Blockchains.

Private Blockchains

Eine private Blockchain ist, wie der Name schon sagt, ein Blockchain-Netzwerk, das nicht f√ľr die √Ėffentlichkeit zug√§nglich ist. Private Blockchains werden in der Regel von einer einzelnen Stelle, beispielsweise einem Unternehmen, betrieben und f√ľr interne Zwecke und Anwendungsf√§lle verwendet.

Private Blockchains sind autorisierte Umgebungen mit festgelegten Regeln, die vorschreiben, wer die Blockchain sehen und in sie schreiben kann. Es handelt sich nicht um dezentrale Systeme, da es eine klare Kontrollhierarchie gibt. Sie können jedoch verteilt werden, indem viele Nodes eine Kopie der Blockchain auf ihren Rechnern verwalten.

Konsortium-Blockchains

Eine Konsortium-Blockchain ist eine Mischung aus √∂ffentlicher und privater Blockchain. In einer Konsortium-Blockchain schlie√üen sich mehrere Organisationen zusammen, um ein Blockchain-Netzwerk zu schaffen, das gemeinsam verwaltet und gesteuert wird. Diese Netzwerke k√∂nnen je nach den Bed√ľrfnissen der Konsortiumsmitglieder entweder offen oder geschlossen sein.

Anstelle eines offenen Systems, in dem jeder Blöcke validieren kann, oder eines geschlossenen Systems, in dem nur eine einzige Stelle Blockproduzenten benennt, agieren in einer Konsortium-Blockchain eine Handvoll gleich mächtiger Parteien als Validierer. 

Die Regeln des Systems sind flexibel: Die Sichtbarkeit der Blockchain kann auf Validierer beschr√§nkt, f√ľr autorisierte Personen oder f√ľr alle sichtbar sein. Wenn die Validierer einen Konsens erzielen, k√∂nnen √Ąnderungen problemlos umgesetzt werden. Was die Funktionsweise der Blockchain betrifft, so wird das System keine Probleme bekommen, wenn eine bestimmte Mindestanzahl dieser Parteien sich ehrlich verh√§lt.

Wof√ľr wird die Blockchain verwendet?

Obwohl die Blockchain-Technologie noch in den Kinderschuhen steckt, gibt es bereits Anwendungsfälle in vielen verschiedenen Branchen. Zu den häufigsten aktuellen Anwendungen der Blockchain-Technologie gehören:

1. Kryptowährungen

Die Blockchain-Technologie wurde entwickelt, um die Schaffung von Kryptow√§hrungen zu unterst√ľtzen, die Blockchain als sicheres und dezentrales Hauptbuch zur Aufzeichnung von Transaktionen nutzen.

2. Digitale Identität

Mithilfe der Blockchain k√∂nnen gesch√ľtzte und manipulationssichere digitale Identit√§ten erstellt werden, mit denen personenbezogene und andere sensible Daten √ľberpr√ľft werden k√∂nnen. Dies k√∂nnte immer wichtiger werden, da immer mehr unserer personenbezogenen Daten und Verm√∂genswerte online √ľbertragen werden.

3. Abstimmung

Durch die Bereitstellung eines dezentralen, manipulationssicheren Protokolls aller abgegebenen Stimmen kann mithilfe der Blockchain-Technologie ein sicheres und transparentes Abstimmungssystem geschaffen werden, das die Möglichkeit von Abstimmungsbetrug ausschließt und die Integrität des Abstimmungsprozesses gewährleistet.

4. Lieferkettenmanagement

Mithilfe der Blockchain-Technologie kann ein Hauptbuch aller Transaktionen innerhalb einer Lieferkette erstellt werden. Jede Transaktion kann als Block auf der Blockchain aufgezeichnet werden, wodurch eine unveränderliche und transparente Aufzeichnung des gesamten Lieferkettenprozesses entsteht.

5. Smart Contracts

Smart Contracts sind selbstausf√ľhrende Vertr√§ge, die sich so programmieren lassen, dass sie automatisch ausgef√ľhrt werden, wenn bestimmte Bedingungen erf√ľllt sind. Die Blockchain-Technologie erm√∂glicht die sichere und dezentrale Erstellung und Ausf√ľhrung von Smart Contracts. Eine der vielversprechendsten Anwendungen von Smart Contracts sind dezentrale Anwendungen (dApps) und dezentrale Organisationen (DAOs).

Fazit

Die Blockchain-Technologie bietet eine sichere und transparente Möglichkeit, Transaktionen aufzuzeichnen und Daten zu speichern. Sie hat das Potenzial, Branchen zu revolutionieren, indem sie ein neues Maß an Vertrauen und Sicherheit in die digitale Welt bringt.

Ob es um die Erm√∂glichung von Peer-to-Peer-Transaktionen, die Schaffung neuer Formen digitaler Verm√∂genswerte oder die Erleichterung dezentraler Anwendungen geht¬†‚Äď die Blockchain-Technologie er√∂ffnet eine Welt voller M√∂glichkeiten. Da sich die Technologie weiterentwickelt und eine breitere Akzeptanz findet, k√∂nnen wir davon ausgehen, dass in den kommenden Jahren weitere innovative und transformative Anwendungsf√§lle entstehen werden.

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