Neben Artificial Intelligence und Internet of Things ist die Blockchain-Technologie eines der am meisten diskutierten Technologiethemen der heutigen Zeit. Das Blockchain-Protokoll wurde urspr\u00fcnglich von dem Pseudonym Satoshi Nakamoto im Jahr 2009 entwickelt. In den vergangenen Jahren befasste sich der Diskurs in Politik, Wissenschaft und Gesellschaft vornehmlich mit den auf der Blockchain-Technologie basierenden Kryptow\u00e4hrungen, wie Bitcoin, und deren kuriosem Kursverhalten. Mit der Zeit wurde aber deutlich, dass die Blockchain-Technologie deutlich mehr Anwendungsm\u00f6glichkeiten hat, als nur Grundlage von Kryptow\u00e4hrungen zu sein. Der Fokus des Diskurses verschob sich folglich in der j\u00fcngeren Vergangenheit weg von der Blockchain-Technologie als reine Basis f\u00fcr Kryptow\u00e4hrungen hin zu den vielf\u00e4ltigen, potentiellen Einsatzm\u00f6glichkeiten in allen Wirtschaftszweigen.<\/p>\n
Dieser Artikel stellt den\u00a0Grundstein f\u00fcr weitere Artikel zum Thema Blockchain dar und erl\u00e4utert, was eine\u00a0Blockchain ist und wie die Ursprungs-Blockchain \u2013 die Bitcoin-Blockchain \u2013\u00a0funktioniert. In folgenden Beitr\u00e4gen werden wir darauf aufbauend die\u00a0Funktionsweise weiterer Blockchain-Protokolle, allen voran die\u00a0Ethereum-Blockchain, sowie die weitreichenden Einsatzm\u00f6glichkeiten der\u00a0Blockchain-Technologie beleuchten.<\/p>\n
Die Blockchain-Technologie feiert\u00a0in diesem Jahr bereits ihren 10. Geburtstag und dennoch existiert bisher keine\u00a0einheitliche Definition des Begriffs \u201eBlockchain\u201c. Vielmehr kursieren im\u00a0Internet und in den Fachmedien verschiedenste Definitionen.<\/p>\n
So wird eine Blockchain\u00a0beispielsweise ganz kurz und b\u00fcndig als \u201eeine dezentrale Datenbankstruktur bzw.\u00a0ein digitales Register, welches Transaktionen transparent aufzeichnet\u201c, bezeichnet.<\/p>\n
Etwas ausf\u00fchrlicher definiert die\u00a0Bundesanstalt f\u00fcr Finanzaufsicht (BaFin) den Begriff Blockchain. Laut der BaFin\u00a0handelt es sich bei Blockchains um \u201ef\u00e4lschungssichere, verteilte\u00a0Datenstrukturen, in denen Transaktionen in der Zeitfolge protokolliert,\u00a0nachvollziehbar, unver\u00e4nderlich und ohne zentrale Instanz abgebildet sind.\u201c<\/p>\n
Deutlich ausf\u00fchrlicher definiert\u00a0der Blockchain-Experten Dr. Julian Hosp eine Blockchain untechnisch so: \u201eEine\u00a0Blockchain ist eine digitale Datei, in der dieselbe Information von allen\u00a0Mitgliedern einer Gesellschaft abgespeichert wird und Updates in regelm\u00e4\u00dfigen\u00a0Zeitbl\u00f6cken an die bereits bestehende Information geh\u00e4ngt werden, sodass jeder\u00a0Teilnehmer die gesamte Information besitzt und sich nicht auf andere verlassen\u00a0muss.\u201c<\/p>\n
Neben diesen Definitionen\u00a0existieren noch unz\u00e4hlige weitere. Allen Definitionen ist aber eins gemein: Sie\u00a0helfen nicht oder nur bedingt, wenn man verstehen will, was eine Blockchain\u00a0eigentlich ist oder wie die Blockchain-Technologie funktioniert. Nichts desto\u00a0trotz k\u00f6nnen die Definitionen hilfreich sein. Aus fast allen, insbesondere den\u00a0detaillierteren, lassen sich n\u00e4mlich vier Charakteristika einer Blockchain\u00a0ableiten, anhand derer die Funktionsweise einer Blockchain erkl\u00e4rt werden kann.<\/p>\n
Die Charakteristika einer\u00a0Blockchain sind\u00a0 Dezentralit\u00e4t, Unver\u00e4nderbarkeit, Transparenz und\u00a0Privatsph\u00e4re. Anhand dieser werden wir im Folgenden die Funktionsweise einer\u00a0Blockchain erl\u00e4utern.<\/p>\n
Ein wesentliches Element einer Blockchain ist die dezentrale Speicherung von Informationen. Die Informationen werden nicht auf dem Server einer zentralen Institution (z.B. Regierung, Bank, Google, Facebook), sondern auf den Servern von einer Vielzahl von Nutzern gespeichert. Diejenigen Nutzer, die eine Kopie, der auf der Blockchain gespeicherten Informationen, auf ihrem Server speichern und verwalten, werden als \u201eNodes\u201c bezeichnet. Die Nodes sind \u00fcber das Internet\u00a0miteinander verbunden und bilden so ein dezentral organisiertes Netzwerk;\u00a0sprich eine dezentrale Datenbank (Engl.: Distributed Ledger). Dabei m\u00fcssen aber nicht alle\u00a0Netzwerkteilnehmer die gesamten Informationen der Blockchain als Kopie\u00a0speichern. Vielmehr unterscheidet man zwischen \u201eFull Nodes\u201c und \u201eLightweight\u00a0Nodes\u201c. Erstere speichern eine Kopie der kompletten Blockchain, letztere nur\u00a0einzelne Teile. Ebenso\u00a0wie die Speicherung nicht auf dem Server einer zentralen Instanz erfolgt, ist\u00a0auch f\u00fcr die Validierung der eingespeisten Informationen keine zentrale\u00a0Institution erforderlich. Die Validierung von neu eingespeisten Informationen\u00a0erfolgt n\u00e4mlich auch dezentral auf Grundlage eines automatisch ausgef\u00fchrten\u00a0Genehmigungsverfahrens (Konsensverfahren; dazu ausf\u00fchrlich unter 2.).<\/p>\n
Dadurch, dass die Informationen,\u00a0die auf einer Blockchain gespeichert sind, nicht auf dem Server einer zentralen\u00a0Institution, sondern auf den Servern der Netzwerkteilnehmer gespeichert und\u00a0aktualisiert werden, besteht keine zentrale Schwachstelle mehr, die ein\u00a0Angreifer f\u00fcr eine missbr\u00e4uchliche Informationsver\u00e4nderung nutzen k\u00f6nnte.<\/p>\n
Ein weiteres Kennzeichen der Blockchain ist die Unver\u00e4nderbarkeit der auf ihr gespeicherten Informationen. Diese resultiert aus der Art und Weise, wie Transaktionen auf der Blockchain gespeichert werden. Die Speicherung von Transaktionen oder anderen Informationen erfolgt in Bl\u00f6cken (engl. \u201eBlock\u201c), die miteinander zu einer Kette (engl. \u201eChain\u201c) verbunden werden. Daher der Name Blockchain (bzw. \u201eBlockkette\u201c).<\/p>\n
Ganz\u00a0vereinfacht dargestellt l\u00e4uft die Speicherung einer Transaktion oder einer\u00a0Datenaktualisierung wie folgt ab:<\/p>\n
Wenn ein\u00a0Update in eine Blockchain eingespeist wird, wird dieses Update automatisch an\u00a0alle oder nur an ausgew\u00e4hlte Nodes \u00fcbermittelt, die das Update in ihren\u00a0aktuellen Block aufnehmen.
\nGleichzeitig werden diese Nodes aufgefordert, das Update im Rahmen eines\u00a0automatisierten Prozesses \u2013 dem Konsensverfahren \u2013\u00a0 zu genehmigen. Durch die Genehmigung wird der\u00a0Block an die bestehende Blockchain angeh\u00e4ngt, wodurch die Verkettung entsteht.
\nWie genau ein Konsensverfahren und damit die Verkettung abl\u00e4uft h\u00e4ngt von der jeweiligen Blockchain ab. Es gibt eine Vielzahl an unterschiedlich ausgestalteten Konsensverfahren. Das sogenannte Proof-of-Work-Verfahren (PoW), ist\u00a0 wohl das bekannteste und dasjenige, welches am h\u00e4ufigsten verwendet wird. Auch die beiden gr\u00f6\u00dften Blockchain-Projekte Bitcoin und Ethereum verwenden derzeit noch PoW. Andere Konsensverfahren sind zum Beispiel Proof-of-Stake (PoS), Proof-of-Activity (PoA) oder Proof-of Elapsed-Time (PoET), auf die an dieser Stelle aber nicht n\u00e4her eingegangen werden soll. Nachfolgend werden wir anhand der Bitcoin-Blockchain detailliert erkl\u00e4ren, wie die Erstellung neuer Bl\u00f6cke bzw. die Speicherung von neuen Informationen auf\u00a0 einer PoW-Blockchain funktioniert.<\/p>\n
Die Speicherung von Transaktionen\u00a0auf der Bitcoin-Blockchain erfolgt grunds\u00e4tzlich in folgenden sechs Schritten:<\/p>\n
Die Nodes nehmen die \u00fcbermittelten\u00a0Transaktionen jeweils in einem Block auf. Ein Block in der Bitcoin-Blockchain\u00a0ist wie folgt strukturiert:<\/p>\n