Was ist eine Blockchain?

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Wozu ist die Blockchain erforderlich?

Die Blockchain ist für die digitale und dezentrale Buchführung in Systemen nötig, um einen Konsens über die Daten - im Falle von Kryptowährungen über die finanziellen Salden - zu erzielen. Aufgrund der eingesetzten Technologien (siehe weiter unten) können die Teilnehmer den Daten prinzipiell vertrauen. Eine Blockchain kann auch zu anderen Zwecken als dem Erschaffen von virtuellen Geld verwendet werden. Viele Blockchains, die heute eine Kryptowährung generieren, wurden für andere Zwecke geschaffen. Das bekannteste Beispiel hierfür ist die Ethereum-Blockchain, die für Smart Contracts entworfen wurde und gleichzeitig die Basis für die Kryptowährung Ether quasi als Nebenprodukt ist. Solche Blockchains gibt es inzwischen in großer Zahl, meistens geben die Entwickler auch eine Kryptowährung aus. Dennoch ist bemerkenswert, dass die Technologie der Blockchain zuerst für die Kryptowährung Bitcoin eingesetzt wurde und die Bitcoin-Blockchain, die seit 2009 existiert, auch die älteste aller derzeit vorhandenen Blockchains ist. Andere Anwendungen können Immobiliengrundbücher, diverse Verträge, Kunstgegenstände oder auch Wikipedia-Einträge sein. Der Zweck der Blockchain ist stets, dass jede Transaktion auf früheren Transaktionen aufbaut und diese dadurch als richtig bestätigt. Sie beweist durch das technisch mögliche Anhängen an die Blockchain die Kenntnis von früheren korrekten Transaktionen. Deren Existenz und ihre Inhalte können damit nicht mehr geleugnet, gelöscht oder manipuliert werden.

Technische Funktionsweise der Blockchain

Jeder Block der Kette enthält einen kryptografisch sicheren Hash, der sich auf den vorhergehenden Block bezieht, außerdem die Transaktionsdaten und einen Zeitstempel. Ein Hash ist eine Zeichenfolge mit beliebiger Länge auf einer Zeichenfolge mit einer festen Länge. In der Datenverarbeitung werden Hashfunktionen schon länger zur Integritätsprüfung von Daten genutzt. Sie ermöglichen auch das Verschleiern von Passwortdateien und sind die Datenbasis digitaler Signaturen, ebenso lassen sie sich als Pseudo-Zufallszahlengeneratoren einsetzen. Die kryptografische Hashfunktion ist kollisionsresistent durch ihre Eigenschaft als Einwegfunktion. Sie bietet also Schutz gegen Hackerangriffe, weil sie (als Einwegfunktion) zwar leicht zu berechnen, aber nur schwer oder nicht wieder umzukehren ist. Mit einfachen (aber etwas plakativen) Worten lässt sich sagen, dass ein an die Blockchain angehangener Datensatz ein sicheres Fortschreibungsverfahren der Blockchain darstellt und in sich vergleichsweise manipulationssicher ist. Eine weitere Eigenschaft der Blockchain ist ihre Eigenschaft, als Distributed Ledger (“verteiltes Kontobuch”) zu fungieren. Das Kontobuch - beispielsweise zu den finanziellen Transaktionen einer Kryptowährung - wird also dezentral, aber öffentlich geführt. Bei den meisten Kryptowährungen ist die Blockchain einsehbar, auch wenn die Transaktionsteilnehmer anonym bleiben. Es bedarf dadurch keiner zentralen Stelle (wie einer Bank) mehr, um einzelne Transaktionen zu legitimieren. Diese Eigenschaft der Blockchain kann für viele andere Zwecke genutzt werden.

Die Bewertung der Blockchain-Technologie außerhalb der Kryptowährungs-Gemeinschaften

Das die Vertreter einer Kryptowährungs-Community auf die Blockchain schwören, leuchtet ein. Jedoch fragt es sich, wie andere, vom virtuellen Geld nicht betroffene oder gar diesem skeptisch gegenüberstehende Institutionen die Blockchain-Technologie bewerten. Die Deutsche Börse arbeitet derzeit an Blockchain-Konzepten für den Wertpapierhandel. Die ESMA (European Securities and-Markets Authority, Europäische Finanzaufsicht) wies kürzlich auf die Vorteile der Blockchain für die Finanzmärkte hin. Genannt wurden dabei

• verbessertes Reporting,
• besseres Datenmanagement,
• effizientere Nachhandelsprozesse und
• Kostenreduzierung.

Die Autoren des ESMA-Papiers wiesen gleichzeitig auf eine Reihe von Herausforderungen im Kontext der Blockchain-Nutzung hin. Vor allem befinde sich die Technologie in einem absolut frühen Stadium und bedürfe bei ihrer Anwendung im klassischen Fiat-Geldmarkt bestimmter Regularien. Auch die Europäische Zentralbank hat sich zur Blockchain positioniert und prognostiziert tiefgreifende Auswirkungen auf den gesamten Finanzmarkt. Daher müsse man diese Technologie zwingend analysieren und testen. Nur so könne sichergestellt werden, dass zukünftige Marktinfrastrukturen gleichermaßen innovativ, effizient, belastbar und sicher sind. Es bleibt zu erwähnen, dass es zur Blockchain-Technologie Alternativen gibt. So basiert die Kryptowährung Iota, die den Bosch-Konzern aus technologischen Gründen als Partner gewinnen konnte, auf der Tangle-Technologie. Diese setzt nicht auf eine lineare Kette, sondern auf ein Netz. Eine Transaktion muss zwei vorhergehende bestätigen. Die technische Basis will Bosch für Technologien in Kraftfahrzeugen einsetzen. Gleichzeitig stärkt diese Kooperation die Kryptowährung Iota.

Geschichte der Blockchain

Zur praktischen Anwendung kam die Blockchain erst mit der Entwicklung und Ausreifung der nötigen Webtechnologien, weil nur das Internet eine Basis für die so viele Teilnehmer an einer Blockchain schaffen kann, dass sich deren Vorzüge entfalten. Auch die Entwicklung einer Währung - des Bitcoins - auf Blockchainbasis trug zur Verbreitung diese Technologie bei, denn es gibt genügend Interessenten an finanziellen Möglichkeiten. In rein mathematischer Hinsicht jedoch wurden die ersten Grundlagen schon früher geschaffen. Im Jahr 1991 beschrieben W. Scott Stornetta und Stuart Haber die kryptografisch sichere Verkettung einzelner Blöcke, 1996 bestätigte Ross J. Anderson diese Möglichkeit, 1998 folgten Bruce Schneier, John Kelsey und Nick Szabo. Letzterer wollte schon die erste dezentrale digitale Währung (den “Bit Gold“) schaffen. Im Jahr 2000 schloss sich Stefan Konst den Überlegungen mit einer allgemeinen Theorie zu kryptografisch sicheren Verkettungen an. Die erste funktionierende Blockchain entwickelte jedoch erst 2008 der “Bitcoin-Erfinder” Satoshi Nakamoto, der bis heute unbekannt ist. Alle genannten Theoretiker sind mit Kryptografie und Computertechnik befasst. Die Geschichte der Blockchain ist keinesfalls zu Ende, denn die in ihr eingesetzten Verfahren entwickeln sich immer weiter.

Verfahren in der Blockchain

Um einen neuen Datensatz an die Kette zu hängen, ist ein Konsensverfahren erforderlich. Dieses Verfahren muss einen Nachweis (engl. proof) über die Legitimität des neuen Blocks enthalten. Die derzeit gängigen Verfahren sind:

• Proof-of-Work (Nachweis der Arbeit)
• Proof-of-Stake (Nachweis des Anteils)
• Proof-of-Burn (Nachweis des Verbrennens digitaler Coins, indem diese an eine unzulässige Adresse geschickt werden)
• Proof-of-Activity (Nachweis der Aktivität)

Der Proof-of-Work, wie er beim Bitcoin zum Einsatz kommt, ist das bekannteste Legitimierungsverfahren. Beim Proof-of-Work müssen Miner eine Rechenaufgabe lösen, deren Ergebnis überprüfbar ist. Die Nachweise - in welcher Form auch immer - sind nötig, weil die gesamte Blockchain-Logik darauf basiert, dass die Daten stimmen müssen, die eine Kette bilden. Würden sie nicht stimmen oder ließen sie sich ändern, wäre die Integrität des gesamten Systems beschädigt. Durch die Legitimationsverfahren jedoch können Daten kaum oder nicht manipuliert werden. Ganz unmöglich ist es nicht, wie der Angriff auf die Ethereum-Blockchain beweist, der zum Ethereum Hard Fork führte. Prinzipiell soll aber der dezentrale Konsensmechanismus der Blockchain die Notwendigkeit einer übergeordneten, vertrauenswürdigen Instanz (wie einer Bank) zur Integritätsbestätigung überflüssig machen.

Die Bitcoin-Blockchain