Wie funktioniert Blockchain-Technologie?

Eine Blockchain ist ein dezentrale digitales Hauptbuch, das Daten mit kryptografischen Techniken sichert. Transaktionen werden von Minern validiert, die Hash-Algorithmen verwenden, um Blöcke zu erzeugen, die der Kette hinzugefügt werden. Die längste Blockchain gilt als die vertrauenswürdigste und sicherste. Blockchain-Technologie hat verschiedene Anwendungsfälle über Kryptowährungen hinaus und wird in unterschiedlichen Branchen erforscht.

Basics

Dezentrale digitale Hauptbuchtechnologie, die als Blockchain bezeichnet wird, ist im Wesentlichen eine Liste von Datensätzen. Kryptografie sichert die Daten, die in Blöcken in chronologischer Reihenfolge organisiert sind.

Bereits Anfang der 1990er Jahre entwickelten Stuart Haber und W. Scott Stornetta das früheste Blockchain-Modell, um digitale Dokumente mithilfe kryptografischer Techniken vor Manipulation zu schützen. Dies inspirierte andere Informatiker und Kryptografie-Enthusiasten. Schließlich wurde Bitcoin, die erste Kryptowährung, geschaffen.

Obwohl die Blockchain-Technologie älter ist als Kryptowährungen, wurde sie erst nach der Einführung von Bitcoin im Jahr 2008 wirklich bekannt. Allmählich gewann die Blockchain-Technologie an Interesse, und Kryptowährungen erhielten größere Anerkennung.

Während Blockchain-Technologie typischerweise verwendet wird, um Kryptowährungstransaktionen zu dokumentieren, eignet sie sich auch für andere Formen digitaler Daten und hat vielfältige Anwendungsfälle. Das größte und sicherste Blockchain-Netzwerk ist Bitcoin, das mit einer Balance aus Spieltheorie und Kryptografie konzipiert wurde.

Wie funktioniert die Blockchain?

Eine Blockchain ist im Wesentlichen eine stabile Kette von Blöcken, wobei jeder Block eine Liste bestätigter Transaktionen enthält. Das Netzwerk der Blockchain wird von zahlreichen Computern weltweit betrieben, was zu einer dezentralen Datenbank bzw. einem Hauptbuch führt. Jeder Knoten bewahrt eine Kopie der Blockchain-Daten und interagiert mit anderen, um Konsistenz sicherzustellen.

Blockchain-Transaktionen und Mining

Dieses globale Peer-to-Peer-Netzwerk erleichtert Blockchain-Transaktionen und macht Bitcoin zu einer dezentralen digitalen Währung, die zensurresistent ist und keine geografischen Beschränkungen kennt. Darüber hinaus werden Blockchain-Systeme oft als vertrauenslos angesehen, da sie keine Form von Vertrauen voraussetzen. Bitcoin wird nicht von einer einzelnen Autorität kontrolliert.

Mining ist ein zentraler Aspekt von Bitcoin und vielen anderen Blockchains, doch nicht alle Blockchains basieren stark auf Hash-Algorithmen für ihren Mining-Prozess. Bitcoin verwendet speziell den SHA-256-Algorithmus (Secure Hash Algorithm 256 Bits). Dieser Algorithmus verarbeitet Eingaben beliebiger Länge und erzeugt eine Ausgabe fester Länge. Die Ausgabe wird "hash" genannt und besteht aus 64 Zeichen (256 Bit).

Ausführung einer Blockchain-Transaktion

Um besser zu verstehen, wie eine Blockchain funktioniert, betrachten wir ein einfaches Beispiel einer Transaktion zwischen zwei Personen, Emily und Jack, und ihrem Kryptowährungs-Guthaben. Angenommen, Emily schuldet Jack 3 Bitcoins.

Um die Transaktion auszuführen, initiiert Emily eine Nachricht, die an alle Miner im Netzwerk gesendet wird. Die Nachricht enthält Jacks Adresse und den Betrag an Bitcoin, den Emily zu übertragen beabsichtigt. Zusätzlich hängt Emily eine digitale Signatur und ihren öffentlichen Schlüssel an, die von den Minern validiert werden, um ihr Eigentum an den Tokens zu bestätigen.

Den Block minen

Der Mining-Prozess beginnt, sobald die Miner die Gültigkeit einer Transaktion überprüft haben. Wenn eine Transaktion bestätigt ist, wird sie zusammen mit vielen anderen Transaktionen in einen Block aufgenommen. Miner versuchen dann, den Block zu minen, indem sie den SHA-256-Algorithmus auf ihn anwenden. Damit die Ausgabe als gültig gilt, muss sie mit einer bestimmten Anzahl von 0en beginnen. Die Anzahl der erforderlichen 0en wird von der "difficulty" bestimmt, die basierend auf der Rechenleistung des Netzwerks angepasst wird.

Kryptowährungs-Miner streben während des Mining-Prozesses an, eine Ausgabekennung zu erzeugen, die mit einer bestimmten Anzahl führender 0en beginnt. Dazu fügen sie dem Block ein sogenanntes "nonce" hinzu, das sie zufällig verändern, bis eine gültige Hash-Ausgabe gefunden wird. Denn schon eine kleine Änderung an der Eingabe führt zu einer völlig anderen Ausgabe.

Validierung des Blocks

Nach erfolgreichem Mining des Blocks teilt der Miner den neu geschürften Block mit anderen Minern. Die anderen Miner verifizieren dann, dass der Block gültig ist, bevor sie ihn in ihre eigene Kopie der Blockchain aufnehmen, womit die Transaktion effektiv abgeschlossen ist. Dieser Schritt ist entscheidend, da der Ausgabe-Hash des vorherigen Blocks auch im aktuellen Block enthalten sein muss, um alle Blöcke miteinander zu verknüpfen – daher der Begriff "Blockchain".

Jeder Miner pflegt seine eigene Kopie der Blockchain, und Vertrauen wird im System anhand der Blockchain mit der meisten aufgewendeten Rechenleistung hergestellt, auch bekannt als die längste Blockchain. Wenn ein Miner versucht, eine Transaktion in einem früheren Block zu ändern, würde sich der Ausgabe-Hash dieses Blocks ändern, was eine Kettenreaktion von Änderungen aller nachfolgenden Hashes auslösen würde. Um das System erfolgreich zu betrügen, müsste der Miner mehr als 50 % der Rechenleistung des Netzwerks kontrollieren, was unwahrscheinlich ist. Solche Angriffe auf das Netzwerk werden als 51%-Angriffe bezeichnet.

Proof of Work und Proof of Stake

Proof of Work ist das Rechenmodell, das zur Erzeugung von Blöcken beim Kryptowährungs-Mining verwendet wird. Ein anderes Modell, Proof of Stake, ist ebenfalls verfügbar und benötigt weniger Rechenleistung, kann mehr Nutzende verarbeiten und verbraucht dabei weniger Strom.

Fazit

Die Blockchain-Technologie hat die Art und Weise, wie wir über digitale Daten und Transaktionen denken, revolutioniert, indem sie ein sicheres und dezentrales Netzwerk zum Speichern und Übertragen von Informationen bietet. Obwohl das Konzept der Blockchain bereits Anfang der 1990er Jahre eingeführt wurde, begann die Technologie erst mit der Schaffung von Bitcoin im Jahr 2008, breite Anerkennung zu finden. Heute wird Blockchain-Technologie in verschiedenen Branchen jenseits von Kryptowährungen eingesetzt, und ihre potenziellen Anwendungen werden gerade erst erforscht.