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Vom Mining bis Proof-of-Concept Was ist... ? Das Blockchain-Glossar

Autor / Redakteur: Stephan Zimprich* / Ulrike Ostler

Blockchain ist als technische Plattform für digitale Innovationen zurzeit in aller Munde. Sie ist eine Querschnittstechnologie für transparente und revisionssichere Transaktionen, die keiner zentralen Instanz bedürfen. Es gibt nicht nur ein riesigen Hype, sondern auch zahlreiche neue Begriffe. Hier sind sie kurz erklärt.

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Das "Blockchain-Glossar" stammt von Stephan Zimprich, Leiter der Eco-Kompetenzgruppe Blockchain.
Das "Blockchain-Glossar" stammt von Stephan Zimprich, Leiter der Eco-Kompetenzgruppe Blockchain.
(Bild: ©Denys Rudyi - stock.adobe.com)

Eine Blockchain ist eine Datenbank, die über ein Netzwerk verteilt ist. So sind alle Transaktionen an vielen verschiedenen Orten gleichzeitig gespeichert. Ihre Integrität ist durch die Speicherung von Hashwerten des jeweils vorangegangenen Datensatzes gesichert. Entstanden ist sie als technische Grundlage für Kryptowährungen wie „Bitcoin“. Inzwischen existieren zahlreiche Weiterentwicklungen der ursprünglichen Blockchain-Technologie. Die ermöglichen über Kryptowährungen hinaus zahlreiche Anwendungen im Bereich Lizenz-Management, Versicherungswirtschaft, Logistik oder ID-Management.

Stephan Zimprich leitet die Eco-Kompetenzgruppe Blockchain. Hier erklärt er die wichtigsten Begriffe rund um die Blockchain.
Stephan Zimprich leitet die Eco-Kompetenzgruppe Blockchain. Hier erklärt er die wichtigsten Begriffe rund um die Blockchain.
(Bild: Eco Verband der Internetwirtschaft e.V.)

Für viele Experten liegt die Stärke der Blockchain in einfachen Transaktionen, die das Blockchain-Netzwerk validiert – beispielsweise in rechenintensiven Verfahren mittels Proof-of-Work. Die Mehrheit der Rechenleistung entscheidet darüber, welche Version der Blockchain korrekt ist. Das schützt sie vor Manipulationen und vertrauenswürdige Intermediäre wären zur Durchführung einer Transaktion nicht mehr erforderlich.

Was ist Distributed Ledger?

Jakob Fugger, „der Reiche“, lernte die „doppelte Buchführung“ in Venedig kennen und brachte sie nach Deutschland und führte dabei die Sachkonten ein. Unter ihm und seinem Neffen Anton Fugger erlangte das Unternehmen der „Fugger von der Lilie“ Weltgeltung. Die Fugger gelten somit als Erfinder der modernen Kontenführung. Was er wohl zu distributed ledger sagen würde?
Jakob Fugger, „der Reiche“, lernte die „doppelte Buchführung“ in Venedig kennen und brachte sie nach Deutschland und führte dabei die Sachkonten ein. Unter ihm und seinem Neffen Anton Fugger erlangte das Unternehmen der „Fugger von der Lilie“ Weltgeltung. Die Fugger gelten somit als Erfinder der modernen Kontenführung. Was er wohl zu distributed ledger sagen würde?
(Bild: gemeinfrei: derfla/Pixabay / CC0 )

Die Grundlage der Blockchain ist ein auf alle Nodes (Knoten) des Netzwerks verteiltes Transaktionsregister (distributed ledger). Das heißt, alle Daten werden zwischen den Teilnehmern in einem Peer-to-Peer-Netzwerk geteilt. Alle Teilnehmer dieses Netzwerks haben die gleichen Rechte und die gleichen Informationen und somit die gleichen Voraussetzungen, um an dem System teilzunehmen und neue Informationen hinzuzufügen.

Jeder Knoten speichert hierzu den gesamten Informationsbestand. Diese vollständige Redundanz schützt das System gegen einseitige Macht, Ausfall und Manipulation. Das System verwaltet sich selbst und könnte so Prozesse bei Banken und Börsen und in vielen weiteren Branchen vereinfachen.

Konsensverfahren

Das Konsensverfahren ist der entscheidende Baustein, um die Blockchain vor Manipulationen zu schützen. Es verhindert, dass ein Teilnehmer einen Wert mehrfach nutzt – also beispielsweise einen Betrag mehrfach transferiert, obwohl er nur einmal vorhanden ist. Das Konsensverfahren löst dieses „Double-Spending-Problem“: Erst wenn die Mehrheit der angeschlossenen Nodes sich über die Schaffung eines bestimmten neuen Blocks einig ist, wird dieser validiert und an die zuvor erstellten Blöcke angehängt.

Was ist Mining?

Mining bedeutet im Blockchain-Umfeld das eerschaffen neue Blöcke, indem in rechenintensiven Arbeitsschritten mehrere Transaktionen zusammengefasst und validiert werden.
Mining bedeutet im Blockchain-Umfeld das eerschaffen neue Blöcke, indem in rechenintensiven Arbeitsschritten mehrere Transaktionen zusammengefasst und validiert werden.
(Bild: gemeinfrei: ddzphoto/Pixabay / CC0 )

Alle Transaktionen sind in Blöcken hinterlegt, die sich aneinanderketten – wie ein stetig wachsender, aber miteinander verbundener Stapel Post-its. Die Miner, also die Teilnehmer des Netzwerks, erschaffen neue Blöcke, indem sie in rechenintensiven Arbeitsschritten mehrere Transaktionen zusammenfassen und validieren.

Bei diesem so genannten Mining wird jeder neue Block mit einem Hashwert, also einer Art Fingerabdruck, des vorherigen Blocks versehen und dann an diesen angehängt. Die Blöcke enthalten auch einen Zeitstempel und eine Nonce, eine zufällig gewählte Zeichenkette.

Um für den nächsten Block den Hashwert des aktuellen Blocks zu bilden, nutzen Blockchain-Systeme beispielsweise rechenintensive Proof-of-Work-Verfahren. Da jeder neu geschaffene Block mittels Hashwert des vorherigen Blocks an diesen angehängt ist, entsteht eine lineare, chronologische Verkettung.

Nodes

Jeder Rechner kann zu einem Node und damit zu einem vollwertigen Teil eines Blockchain-Netzwerks werden. Denn die Datenbank selbst, also die Blockchain, ist verteilt auf viele sogenannte Nodes (oder Clients), von denen jeder die gesamte Blockchain speichert. Die Nodes empfangen und prüfen mit der entsprechenden Software jede Transaktion und senden sie weiter.

Die Software kontaktiert dazu andere Nodes, um eine Info abzuholen oder einzureichen und ist selbst ein Baustein des Netzwerkes. Jeder kann ein Node betreiben, denn die verschiedenen Nodes müssen sich untereinander nicht vertrauen, um konsistente Daten zu gewährleisten.

Was ist Proof-of-Work?

Anstatt des Vertrauens in eine zentrale Instanz wird innerhalb der Blockchain beispielsweise ein Proof-of-Work verlangt, der ressourcenintensiv zu erbringen ist. In diesem Prozess entstehen neue Blocks in rechenintensiven Arbeitsschritten, deren Korrektheit von den übrigen Teilnehmern leicht zu überprüfen ist. Dabei ist Geschwindigkeit entscheidend: Wer als erster einen neuen Block berechnet hat, der erhält eine Belohnung.

Der neue Block wird vom übrigen Netzwerk nur akzeptiert, wenn die Mehrheit der Rechenleistung im Netzwerk das Ergebnis bestätigt. Das ist zugleich ein Vertrauensmechanismus, denn im Netzwerk rechnet kein Einzelner schneller als das gesamte Netzwerk.

Ein betrügerischer Teilnehmer müsste schneller sein als alle anderen zusammen und dafür mehr als 50 Prozent der Rechenleistung kontrollieren, was unmöglich ist, da die einzelnen Teilnehmer oder Nodes sich nicht grundsätzlich und gegenseitig vertrauen. Neben dem Proof-of-Work-Verfahren existieren weitere Verfahren, beispielsweise Proof-of-Stake oder Proof-of-Burn.

Was sind Smart Contracts?

Mit der Blockchain lassen sich neben einfachen Transaktionen auch „intelligente Verträge“, sogenannte Smart Contracts, erschaffen. Ein Smart Contract ist ein Programm, das einen Vertrag abbildet oder die Abwicklung eines Vertrags technisch unterstützt. Smart Contracts sind nicht wirklich intelligent, können aber automatisch bestimmte Aktionen bei Eintritt vordefinierter Bedingungen auslösen und so die Vertragsdurchführung ohne menschliches Eingreifen ermöglichen.

So können Vertragspartner im Vorhinein festlegen, das bei Regen an einem bestimmten Tag und Ort eine bestimmte Geldsumme ausgezahlt wird – dies wäre beispielsweise eine Anwendung in Form einer Schlechtwetterversicherung für Dreharbeiten. Die erforderlichen Wetterdaten kann der Smart Contract beispielsweise von einer internetfähigen Wetterstation ohne menschliches Zutun erhalten und die Auszahlung der Versicherungssumme erfolgt über eine Blockchain-basierte Kryptowährung wie etwa Bitcoin – so kommt die Vertragsabwicklung gänzlich ohne vertrauensbildende zentrale Instanz aus.

Intelligente Verträge dienen auch als Basis für komplexere Anwendungen, die kein menschliches Eingreifen mehr benötigen. So entstehen Decentralized autonomous organizations (DAO), also auf der Blockchain basierende, autonom handelnde und völlig digitale Unternehmen. Aktionen werden dabei gänzlich ohne menschliches Urteilsvermögen, sondern rein aufgrund von Algorithmen überwacht und durchgeführt. Solche Anwendungen lassen sich beispielsweise mit der Plattform Ethereum entwerfen. Diese Blockchain mit integrierter Programmiersprache stellt Entwicklern in einer offenen Plattform die Werkzeuge zur Verfügung, um selbst intelligente Verträge zu entwickeln und in einer Blockchain zu verwenden.

* Stephan Zimprich ist Leiter der Eco-Kompetenzgruppe Blockchain, erklärt die wichtigsten Begriffe rund um die Querschnitttechnologie.

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