Die Blockchain: Wie sie funktioniert und wo sie eingesetzt werden kann

Was ist eigentlich die Blockchain?

Eine Blockchain ist eine dezentrale Datenbank, die eine wachsende Liste von Datensätzen enthält. Diese werden „Blöcke“ genannt. Mittels kryptografischer Verfahren werden diese Blöcke miteinander verkettet. Der Begriff „Blockchain“ bezeichnet also grundsätzlich ein dezentral geführtes Buchhaltungssystem. Gleichzeitig besteht trotz der dezentralen Speicherung Einigkeit über den einen „richtigen“ Zustand der Buchführung, auch wenn viele verschiedene Teilnehmer daran mitwirken. Welchen Gegenstand diese Art der Buchführung hat, ist für das Blockchain-Prinzip jedoch nicht unbedingt relevant. Es kann sich dabei sowohl um Währungen, als auch beispielsweise um Grundbücher, Kunstgegenstände oder Verträge handeln. Dezentralität, Transparenz und Unveränderlichkeit gelten als wesentliche Merkmale einer Blockchain.

Die Blockchain ist Grundlage vieler digitaler Währungen, wobei die wohl bekannteste und auch älteste Blockchain die Bitcoin-Blockchain ist. Sie startete im Januar 2009 und hatte im September 2017 bereits eine Größe von etwa 131 Gigabyte erreicht. Sie wächst mit jeder weiteren Transaktion an und enthält auf diese Weise eine Liste mit den Kontoständen aller Bitcoin-Nutzer zu jedem beliebigen Zeitpunkt.

Wie funktioniert die Blockchain?

Die Datenbank wird bei einer Blockchain chronologisch linear erweitert, da am unteren Ende, wie bei einer Kette, ständig neue Elemente hinzugefügt werden. Im Falle von Bitcoin werden die Transaktionen zu Blöcken zusammengefasst, auf Gültigkeit überprüft und in einem sogenannten Proof-of-Work-Prozess an die bisherige Kette angefügt. Bei dem Proof-of-Work-Prozess müssen komplizierte Rechenaufgaben gelöst werden, was nur durch häufiges Ausprobieren gelingt. So soll ausreichend Arbeit in die Berechnung und Absicherung von Transaktionen investiert werden. Da dieser Prozess enorm energieaufwendig ist, fallen dabei auch sehr hohe Strom- und Hardwarekosten an. Ist ein Block vollständig, wird der nächste erzeugt, wobei jeder Block eine Prüfsumme des vorangegangenen Blocks enthält. Jeder Computer, der an das Bitcoin-Netz angeschlossen ist, neue Bitcoins erzeugt oder verwaltet, verwaltet gleichzeitig auch eine Kopie der vollständigen Blockchain.

Entwicklung der Blockchain und Einsatzmöglichkeiten

Die ersten Grundlagen für kryptografisch abgesicherte Verkettungen von Blöcken wurden im Jahr 1991 von Stuart Haber und W. Scott Stornetta sowie 1996 von Ross J. Anderson und 1998 von Bruce Schneider und John Kelsey beschrieben. Parallel dazu arbeitete 1998 auch Nick Szabo an einem Mechanismus für eine digitale, dezentrale Währung mit dem Namen „Bit Gold“. Im Jahr 2000 entwickelte dann Stefan Konst eine Theorie zu kryptografisch abgesicherten Verkettungen, von der er verschiedene Arten der Umsetzung ableitete. 2008 wurde das Blockchain-Prinzip als dezentrales Datenmanagementsystem von Satoshi Nakamoto erstmals in seinem Whitepaper zu Bitcoin mit dem Titel „Bitcoin: A Peer to Peer eletronic cash system“ beschrieben. Die erste Implementierung der Bitcoin-Software wurde nur ein Jahr später veröffentlicht.

Nicht nur Bitcoin, sondern beispielsweise auch die Kryptowährungen Ethereum und Ripple basieren auf dem Prinzip der Blockchain. Vor allem für die Finanzindustrie bieten sich also Anwendungsplattformen. Daneben gibt es auch Anwendungsbereiche, die über die Funktion als Finanztransaktionsbuch hinausgehen. So könnten in einer Blockchain auch sogenannte „Smart Contracts“, also in einem Programmcode eingebettete Verträge, abgelegt werden, womit diverse Verwaltungs- und Prozessanwendungen abgewickelt werden könnten. Auch sensible Daten, wie Gesundheitsdaten oder Eigentumsverhältnisse können über eine Blockchain organisiert und gesteuert werden. Auch im Bereich E-Commerce kann das Blockchain-Prinzip Anwendung finden. Unterschieden wird außerdem zwischen öffentlichen Blockchains, wie beispielsweise Bitcoin und Ethereum, und privaten Blockchains. Letztere werden eher für interne Organisation verwendet. Daneben gibt es es auch noch Konsortien, die ein Mittelweg zwischen privaten und öffentlichen Blockchains sind. Sie ermöglichen die Kooperation verschiedener, ausgesuchter Organisationen mittels Blockchain. Bekannte Konsortien sind zum Beispiel Hyperledger, unter anderem mit IBM, Intel und Wells Fargo, oder die Enterprise Ethereum Alliance mit JP Morgan und Microsoft.

Warum ist die Blockchain so wichtig?

Die Blockchain ist die wohl größte technologische Erfindung im Zusammenhang mit Kryptowährungen, denn ohne die Blockchain würde das gesamte System nicht funktionieren. Nichtsdestotrotz muss das Blockchain-Prinzip auch losgelöst von den digitalen Währungen betrachtet werden. Auf Grundlage dieser Technologie lassen sich völlig neue Anwendungen finden, weshalb auch andere Industrien davon profitieren können. Dezentrale Strukturen im Internet liegen im Trend, da Nutzer zunehmend Wert darauf legen, ihre digitalen Daten stets selbst und jederzeit im Auge zu behalten. Neben der Dezentralisierung von Kommunikation, Rechenleistung und Speicher kommt mit der Blockchain nun ein weiteres Element hinzu. Dementsprechend springen neben Banken auch IT-Konzerne, wie IBM oder Microsoft, auf den Blockchain-Zug auf.

Vorteile und Risiken

Der Blockchain werden diverse Vorteile zugeschrieben, wie beispielsweise der Schutz der Daten durch Verschlüsselung und Zugriffsverwaltung. Eine Manipulation oder Missbrauch der Blockchain wird zudem durch die enorme Rechen- und Hardwareleistung durch komplexe Rechenaufgaben erschwert. Zudem können mit Hilfe der Blockchain große Datenmengen gesammelt und analysiert werden. Schwachstellen im System könnten automatisch aufgespürt werden. Darüber hinaus kann die Nutzung einer Blockchain dazu beitragen, Kosten zu reduzieren oder sogar vermeiden.

Kritikpunkte sind auf der anderen Seite jedoch auch die schwer zu verwaltenden Berechtigungen, die millionenfache Vervielfältigung sowie die enormen Mengen an Speicherplatz, die eine Blockchain beansprucht, denn Speicherplatz ist begrenzt. Hinzu kommt, dass Nutzer der Blockchain bei Transaktionen viel Zeit mitbringen müssen, denn die jeweilige Datenmenge muss auch jedes Mal heruntergeladen werden. Eine Transaktion kann bei viel Pech also auch durchaus mehrere Tage in Anspruch nehmen.