Blockchain, zu Deutsch „Blockkette“, ist eine ständig erweiterbare Aneinanderreihung von Datensätzen beziehungsweise Blöcken. Es ist hilfreich, sie als Kontenbuch oder als Datenbank zu verstehen. Die grundsätzliche Idee ist nicht neu.
Die ersten Schritte auf dem Weg zur heutigen Blockchain wurden bereits 1979 gelegt, als Ralph Merkle das „Merkle-Tree-Prinzip“ entwickelte. 1998 versuchte auch Nick Szabo eine dezentrale digitale Währung umzusetzen. Zuvor riet Adam Back dazu, die Grundlage des Proof-of-Work-Algorithmus zur Umsetzung einer digitalen Währung zu nutzen. Ursprünglich war das Proof-Konzept gegen Denial-of-Service-Attacken und E-Mail-Spams gedacht. Zuletzt entwarf Stefan Kost im Jahr 2000 eine allgemeine Theorie und Umsetzungsvorschläge zu kryptografisch abgesicherten Verkettungen.
Blockchain und Bitcoin
Don und Alex Tapscott, Autoren des Buchs „Blockchain Revolution“, definieren Blockchain wie folgt: „Die Blockchain ist ein unbestechliches digitales Hauptbuch von wirtschaftlichen Transaktionen, das so programmiert werden kann, dass es nicht nur finanzielle Transaktionen, sondern praktisch alles von Wert erfasst.“ Mithilfe der Blockchain-Technologie, auch Distributed Ledger Technology (DLT), lassen sich alle Arten von Informationen in einer öffentlich einsehbaren Datenbank sichern, teilen und verwalten. Die einzelnen Informationen oder Blöcke sind durch Verschlüsselungsverfahren verkettet.
Zum genaueren Verständnis von Blockchain muss man sich paradoxerweise zunächst mit der Entstehung der Kryptowährung Bitcoin befassen. Denn Bitcoin und Blockchain sind eng miteinander verzahnt. In der Blockchain werden die Bitcoin-Transaktionen verzeichnet. Auch wird die ursprüngliche Idee der Blockchain im ersten Bitcoin-Whitepaper auf einer Mailingliste über Kryptographie beschrieben.
Dieses wurde 2008 unter dem Namen Satoshi Nakamoto veröffentlicht. Bis heute ist nicht bekannt, wer sich dahinter verbirgt oder ob es sich sogar um eine Gruppe von Personen handelt. Ein Jahr später wurde die erste öffentlich verteilte Blockchain ins Leben gerufen. Im Bitcoin-Whitepaper werden zentrale Schwierigkeiten im Umgang mit monetären Werten skizziert und zentralen Institutionen der Vorwurf gemacht, mit diesen Werten nicht vertrauensvoll genug umzugehen. Daher sollte ein Weg gefunden werden, digitale Transaktionen unabhängig von einer zentralen Gewalt zu tätigen.
Dezentral, sicher und anonym
Eines der elementaren Funktionsprinzipien der Blockchain ist die Dezentralisierung. Jede Information ist öffentlich zugänglich und damit wird Veruntreuung und Betrug nahezu unmöglich. Zur Gewährleistung der Sicherheit werden die Daten anonymisiert und jedem Konto eine eigene Adresse, bestehend aus einer Buchstaben-Zahlen-Kombination, zugeordnet. Konkret bedeutet das: Jeder kann die Transaktionen einsehen, weiß aber nicht, zu welcher realen Person diese gehören.
Die Informationen über einzelne Konten werden auch nicht an einer Stelle, sondern die Blockchain als Kontenbuch wird innerhalb eines dezentralen Computer-Netzwerks gespeichert. Damit befinden sich die Informationen auf jedem Computer im Netzwerk. Alle Akteure haben eine eigene gespeicherte Kopie und schreiben sie fort. Die verketteten Datensätze in der Blockchain werden kontinuierlich fortgeschrieben, wobei die Kette bei allen Beteiligten identisch sein muss.
Durch einen Merkle-Baum werden die Transaktionen in einem Block in Paaren gehasht. Lediglich der letzte Hashwert (Root-Hash) wird im Header des Blocks markiert. Der Root-Hash ist ausschlaggebend für die Verkettung der Blöcke. Im Header jedes Blocks ist der Hash des ganzen vorangegangenen Blockheaders. So ist die Reihenfolge klar definiert.
Die aufeinander aufbauende Speicherung von Daten bewirkt, dass sich die Kette nicht nachträglich verändern lässt. Würde man das tun, beschädigt das die Integrität des Gesamtsystems. Durch Abgleichen der einzelnen Blockchain-Versionen können also Betrüger erkannt und aus dem Netzwerk ausgeschlossen werden. Damit entfällt die Notwendigkeit einer dritten Kontrollinstanz. Ebenso können Bankkunden erkennen, wenn das Geld auf ihrem Konto falsch verwendet wird. Aufgrund von digitalen Signaturen lässt sich darüber hinaus einwandfrei nachweisen, dass ein Nutzer gewisse Daten hinterlegt hat.
Neue Blöcke in der Blockchain
Der Startblock ist festgelegt und wird auch Genesisblock genannt. Vorschläge für neue Blöcke werden durch Validatoren ausgearbeitet. Alle Teilnehmer müssen sich einigen, welcher Block der Kette hinzugefügt wird. Zur Abstimmung wird ein algorithmisches Verfahren, das Konsensprotokoll, verwendet. Normalerweise wird die Proof-of-Work-Methode als Konsensverfahren angewendet. Mittels eines rechenintensiven Prozesses, dem Mining, werden neue Blöcke erzeugt, die dann im Netzwerk verbreitet werden.
Dabei kann es passieren, dass von verschiedenen Bitcoin-Nodes zeitgleich ein gültiger neuer Block erschaffen wird. Dann entscheiden die Teilnehmer, welchen der beiden empfangenen, gültigen neuen Blöcke sie übernehmen. Es ist vorstellbar, dass ein Fork in der Blockchain entsteht, das heißt, dass sich die Kette in zwei Äste mit gültigen neuen Blöcken aufteilt. Am Ende setzt sich dann der Fork mit der längeren Kette durch und die Transaktionen im verworfenen Ast sind somit wertlos.
Anfang 2020 ist die Blockchain rund 260 Gigabyte groß. Neu beigetretene Bitcoin-Nodes müssen diese ganz herunterladen und dabei auch auf Gültigkeit prüfen. Derzeit liegt das Limit der neu erzeugten Bitcoins bei 12,5 Bitcoins pro Block. Sobald ein Bitcoin-Node versucht, das zu überschreiten, wird sein Block von den anderen nicht anerkannt. So können maximal 21 Millionen Bitcoins erzeugt werden.
Die Blockchain-Technologie hatte bereits enormen Einfluss auf den Umgang mit privaten Informationen und materiellen Werten. Welche Entwicklungen dabei noch bevorstehen, bleibt abzuwarten.
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