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Blockchain – Was steckt hinter der Technologie und wie funktioniert sie? Eine Erklärung

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Blockchain – Was steckt hinter der Technologie und wie funktioniert sie? Eine Erklärung

Eine Blockchain ist eine digitale Datenbank, auf der Informationen dezentral abgespeichert werden können. Man kann sie sich wie ein öffentliches Logbuch vorstellen, in dem Einträge notiert und vom gesamten Netzwerk, dass dieses Logbuch benutzt, eingesehen und auf Richtigkeit überprüft werden. Diese Einträge können alle möglichen Informationen darstellen. Die gängigste Anwendung einer Blockchain sind bisher Kryptowährungen. Im Fall der Bitcoin-Blockchain beispielsweise wird in diesem öffentlichen Logbuch eingetragen, welcher Netzwerk-Teilnehmer wie viele Bitcoins besitzt und nach jedem Senden und Empfangen wird das Logbuch aktualisiert.

Eine Blockchain löst folgendes Kernproblem: Sie ermöglicht einen vertrauenslosen, manipulations- und ausfallsicheren Datentransfer, ohne dass man dafür eine dritte Partei braucht. Speziell bei Kryptowährungen bekommt man als Nutzer also ein Bezahlsystem, welches ohne Banken oder andere Finanzdienstleister funktioniert. Das Geld wird immer direkt von Person zu Person geschickt, ohne Mittelsmann. Es gibt mittlerweile viele verschiedene Blockchains, darunter einige für Kryptowährungen, aber auch weitere Anwendungen in diversen Bereichen, in denen Datenverarbeitung in irgendeiner Form eine Rolle spielt.

Wie funktioniert das Ganze?

Eine Blockchain ist dezentral aufgebaut. Das heißt, dass alle eingetragenen Datentransfers im Blockchain-Protokoll nicht zentral, beispielsweise auf dem Server eines einzelnen Unternehmens, abgespeichert werden, sondern verteilt auf vielen tausenden Rechnern, die theoretisch überall auf der Welt platziert sein können. Diese Rechner müssen lediglich das jeweilige Blockchain-Protokoll installiert haben und brauchen einen Internetzugang, um mit ihr interagieren zu können.

Die stattfindenden Transaktionen werden in Blöcken mit begrenzter Speicherkapazität abgespeichert. Diese Blöcke werden dann, sobald sie gefüllt sind, durch das gesamte Netzwerk überprüft und wenn sich eine Mehrheit einig ist, dass die eingetragenen Informationen korrekt sind, wird der Informationsblock in das Blockchain-„Logbuch“ aufgenommen und an den vorherigen Informationsblock angekettet. Daher auch der Name „Blockchain“ („Block-Kette“).

Kryptographie als Absicherung

Die Bezeichnung „gekettet“ kann deshalb gut als Beschreibung verwendet werden, weil die Blockchain durch die sogenannte asymmetrische Kryptographie gesichert wird. Kryptographie ist ein mathematisches Verfahren, mit dem man Informationen verschlüsseln kann. Die Informationsblöcke innerhalb einer Blockchain werden durch diese kryptographische Verschlüsselung miteinander gekoppelt und dadurch sicher vor Manipulation gemacht. Auch die einzelnen Transaktionen sind auf diese Weise verschlüsselt. Wenn jemand nachträglich versuchen würde Informationen innerhalb eines weiter in der Vergangenheit liegenden Blocks zu verändern (beispielsweise um Bitcoins unberechtigterweise an einen anderen Teilnehmer als ursprünglich angegeben zu übertragen, oder einfach zu vervielfältigen), müsste man aufgrund dieser kryptographischen Verkettung auch alle darüberliegenden Blöcke verändern. Dies würde extrem viel Rechenleistung benötigen und einen „Angriff“ auf eine Blockchain unrentabel machen, da unglaublich viel Rechenleistung benötigt wird (und die muss man erstmal haben).

Woher kommen die benötigten Rechner?

Die nötige Infrastruktur, die man für das Betreiben einer Blockchain braucht, liefern die Teilnehmer der Blockchain selbst. Sie stellen ihre Rechner zur Verfügung, um die Transaktionen abzuwickeln und in der Blockchain zu speichern. Man kann sich die Rechner als einzelne Knoten innerhalb des Netzwerks vorstellen, die das ganze System miteinander verbinden und zusammenhalten. Um genau zu verstehen, was das bedeutet, muss man sich die verschiedenen Teilnehmer-Typen einer Blockchain anschauen:

User

Zum einen gibt es die normalen Nutzer, die die Blockchain einfach nur verwenden, um beispielsweise Bitcoins zu besitzen, zu senden und zu empfangen. Sie beteiligen sich nicht an der Aufrechterhaltung oder Überprüfung des Blockchain-Protokolls, sondern nutzen nur ihre Infrastruktur. Dieser Teilnehmer-Typ ist der mit Abstand am häufigsten vertretene.

Speziell für diese Art der Anwendung gibt es diverse Programme, die beispielsweise das Empfangen und Versenden von Kryptowährungen für Nutzer vereinfachen, dabei aber nicht aktiv an der Sicherung und Aktualisierung des Protokolls „mitarbeiten“, sondern nur „Transaktionsanfragen“ an das Netzwerk weitergeben, damit bestimmte Teilnehmer diese umsetzen, in das „Logbuch“ einpflegen und dieses dann auf Korrektheit überprüfen. Diese Programme werden „Wallets“ genannt und können mit herkömmlichen Computern oder Smartphones verwendet werden.

Miner

Die sogenannten Miner sind Teilnehmer der Blockchain, die alle stattfindenden Transaktionen in Blöcke eintragen und die Blöcke dann kryptografisch verschlüsseln, damit sie der Block-Kette hinzugefügt werden können. Für diesen Vorgang ist (mittlerweile, aufgrund der Größe des Netzwerks) eine enorme Rechenleistung notwendig. Als Gegenleistung erhalten sie die Transaktionsgebühren und, je nach Blockchain-Modell, durch die Erschaffung eines Blocks neu generierte Kryptowährungen. Dies wird als „Mining“ bezeichnet, weil sie sinnbildlich nach neuen Blöcken „schürfen“. Bitcoin wird in dieser Metapher als das geförderte Gold angesehen.

Bei diesen Minern handelt es sich in der Regel nicht mehr um Privatpersonen, sondern um kommerzielle Unternehmen, die ganze Serverfarmen betreiben. Vor allem in kalten Regionen (zwecks effizienterer Kühlung) wie Island, Kasachstan oder im Norden Chinas haben diese Mining-Unternehmen ganze Lagerhallen mit Hochleistungsservern gefüllt, die den einzigen Zweck haben, Blockchain-Transaktionen zu verarbeiten und dadurch ein möglichst hohes Output an Kryptowährungen zu erzeugen. Die Zeiten, in denen noch private Computer für das Mining verwendet wurden, sind lange vorbei, da es aufgrund der stark gestiegenen Rechenanforderungen (und somit stark erhöhtem Stromverbrauch) mit diesen Geräten nicht mehr rentabel ist.

Full-Nodes

„Full Notes“ sind vollständige Knoten innerhalb des Blockchain-Netzwerks. Das heißt, dass diese Teilnehmer die gesamte Blockchain abspeichern und die von den Minern neu erschaffenen Blöcke hinsichtlich der im Blockchain-Protokoll vorher festgelegten Regeln auf ihre Einhaltung überprüfen. Für das Mining hingegen muss nur ein Teil der bereits vorhandenen Blockchain heruntergeladen werden. Die Miner beziehen sich auf die obersten Blöcke, um neu erstellte Blöcke daran anzuknüpfen.

Miner und Full-Nodes sind also für die Erhaltung und Weiterführung einer Blockchain verantwortlich. Sie machen dabei im Grunde nichts anderes, als allgemeinen Konsensus darüber zu kreieren, was wahr ist und was nicht. Jede der Informationen, die auf einer Blockchain gespeichert ist, wurde von einer Mehrheit des Netzwerks als wahr bewertet und gilt somit als verifiziert. Generell gilt bei einer Blockchain: Je mehr Teilnehmer sich dem Netzwerk anschließen, desto sicherer und dezentraler wird es.

Probleme einer Blockchain

Die Blockchain ist ein sehr junges Phänomen, gerade einmal 10 Jahre alt, und daher gibt es viele ungeklärte Fragen in Bezug auf die Sicherheit, die tatsächliche Nutzbarkeit und ob sie überhaupt eine Verbesserung für bestimmte Anwendungsbereiche darstellt.

Zum einen ist das Betreiben einer Blockchain im Vergleich zu zentralisierten Systemen sehr kostspielig, langsam und ineffizient. Daten werden millionenfach redundant gespeichert und die Konsensus-Erzeugung benötigt, beispielsweise bei Bitcoin, sehr viel Energie.

Auch der große Pluspunkt einer Blockchain, ihre Dezentralität, ist gleichzeitig eine ihrer größten Stolpersteine. Die Weiterentwicklung ist bedingt durch ihre Struktur nur sehr aufwendig umsetzbar. Updates des Kern-Protokolls müssen von einer Mehrheit des Netzwerks akzeptiert und übernommen werden und diese Entscheidungsfindung kann mitunter Monate dauern. Oft wird keine komplette Einigkeit erzielt und die jeweilige Blockchain dadurch gespalten. Im Fall von Bitcoin ist dies bereits mehrere Male passiert und hat im Zuge dessen weitere Kryptowährungen wie beispielsweise Bitcoin Cash hervorgebracht. Dieses Phänomen nennt man „Fork“ (Deutsch: Gabelung – Die Blockchain wird gegabelt).

Ein weiterer Punkt ist die Verbindung mit der realen Welt. Mit Kryptowährungen, die rein digital existieren, funktioniert das Konzept der Blockchain perfekt. Sobald man ihre vertrauenslose, dezentrale, und in großen Teilen automatisierte Struktur mit physisch existierenden Werten verknüpfen will, kommen schnell Fragen auf, wie diese Verlinkung auf sichere Art und Weise stattfinden soll.

Chancen einer Blockchain

Die Blockchain bietet jedoch auch eine Menge Chancen, diverse Bereiche auf ganz fundamentaler Ebene zu verändern. Besitz und Handel von jeglichen Vermögenswerten, seien es Währungen, Immobilien oder geistiges Eigentum, kann durch die Blockchain massiv vereinfacht werden. Auch Dinge wie Datenschutz, Transparenz oder das Erstellen automatisierter Verträge können durch die neue Technologie in einer Form realisiert werden, die vorher undenkbar war.

Vor allem für Investoren tut sich hier ein komplett neues Wirtschaftsfeld auf, dass das Potential hat, in Zukunft zu einem riesigen Markt heranzureifen.

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Von Alexander Mayer

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Titelfoto: naulicrea / Shutterstock.com

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