Was ist eine Blockchain? Blockchain einfach erklärt!

1. Was ist eine Blockchain? Definition und Bedeutung

Einfach erklärt, ist eine Blockchain ("Blockkette") eine digitale Datenbank, auf der Informationen dezentral abgespeichert werden können. Die Datenbank kann man sich wie ein öffentliches Logbuch vorstellen: Notierte Einträge können von allen Nutzern des gesamten Netzwerks eingesehen und überprüft werden. Die Technologie wird auch als Distributed Ledger Technologie (DLT) bezeichnet.

Diese Datenbankeinträge können alle möglichen Informationen darstellen. Dazu zählen Protokolle in Form von so genannten Smart Contracts (Verträge) oder auch die Besitzverhältnisse von Kryptowährungen. Die erste und bekannteste Blockchain ist die Kryptowährung Bitcoin. Im Fall der Bitcoin BTC / USD-Blockchain wird in der Datenbank zum Beispiel eingetragen, welcher Netzwerk-Teilnehmer wie viele Bitcoins besitzt. Ändern sich die Besitzverhältnisse durch eine Transaktion, also den Kauf oder Verkauf von Bitcoin, aktualisiert sich die Datenbank entsprechend über das gesamte Netzwerk.

Eine Blockchain löst dafür folgendes Kernproblem: Sie ermöglicht einen vertrauenslosen, manipulations- und ausfallsicheren Datentransfer, ohne dass man eine dritte Partei benötigt.

Speziell bei Kryptowährungen bekommt man als Nutzer auch ein Bezahlsystem. Das spannende daran ist, dass es ohne Banken oder andere Finanzdienstleister funktioniert. Das Geld wird immer direkt von Person zu Person (Peer-to-Peer) geschickt, ohne Mittelsmann.

Es gibt mittlerweile sehr viele verschiedene Blockchains. Neben der bekannten Bitcoin-Blockchain ist vor allem Ethereum zu nennen. Auf der Ethereum-Blockchain laufen sehr viele Blockchain-Anwendungen diverser Bereiche, in denen Datenverarbeitung in irgendeiner Form eine Rolle spielt.

2. Wie funktioniert eine Blockchain?

Eine Blockchain ist dezentral aufgebaut. Das heißt, dass alle eingetragenen Datentransfers im Blockchain-Protokoll auf vielen tausend Rechnern gespiegelt abgespeichert werden (verteilte Datenbank). Die Daten unterliegen dabei einer asymmetrischen Verschlüsselung.

Die Informationen sind theoretisch überall auf der Welt verteilt. Sie liegen also nicht zentral auf beispielsweise dem Server oder in der Cloud eines einzelnen Unternehmens. Voraussetzung ist, dass die diversen Rechner das jeweilige Blockchain-Protokoll installiert haben und über einen Zugang zum Internet verfügen.

Die stattfindenden Transaktionen werden in Blöcken mit begrenzter Kapazität gespeichert. Sobald eine weitere Transaktion als neuer Block geschrieben ist, überprüft das gesamte Netzwerk die Korrektheit des Eintrags. Ist sich die Mehrheit einig, wird der Informationsblock in die Blockchain aufgenommen und an den vorherigen Block angekettet - daher der Begriff „Blockchain“.

Woher kommen die nötigen Rechner?

Die Infrastruktur für das Betreiben einer Blockchain liefern die Teilnehmer des Systems selbst. Sie stellen ihre Computer zur Verfügung, um die Transaktionen abzuwickeln und in der Blockchain zu speichern.

Man kann sich die Rechner als einzelne Knoten (engl. Nodes) innerhalb des Netzwerks vorstellen. Durch diese Knoten wird das ganze System miteinander verbunden und zusammengehalten. Um das zu verstehen, muss man sich die verschiedenen Teilnehmer-Typen einer Blockchain genauer anschauen: Anwender, Miner und Full-Nodes.

Wer sind die Benutzer einer Blockchain?

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 Wiederholung 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. Diese Programme werden „Wallets“ genannt und können mit herkömmlichen Computern oder Smartphones benutzt werden. Aktiv an der Sicherung und Aktualisierung des Protokolls beteiligen sich diese User nicht. Sie geben nur Transaktionen an das Netzwerk weiter, damit bestimmte andere Teilnehmer diese umsetzen, in das „Logbuch“ einpflegen und dieses dann auf Korrektheit überprüfen. 

Was ist Blockchain-Mining?

Die sogenannten Miner sind Teilnehmer, die alle stattfindenden Transaktionen in Blöcke eintragen und diese dann kryptografisch verschlüsseln, damit sie dem System hinzugefügt werden können.

Für diesen Vorgang ist 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. Vielmehr sind es kommerzielle Unternehmen, die ganze Serverfarmen betreiben. Vor allem in kalten Regionen zwecks effizienterer Kühlung wie Island, Kasachstan oder in Uruguay, haben diese Mining-Unternehmen ganze Lagerhallen mit Hochleistungsservern gefüllt. Deren einziger Zweck ist es, Blockchain-Transaktionen zu verarbeiten und dadurch ein hohes Output an Kryptowährungen zu erzeugen. Die Blockchain-Technologie ist sehr hungrig nach Energie und sie verbraucht aufgrund des enormen Verschleißes an Hardware viele Rohstoffe.

Die Zeiten, in denen der private Computer und Zugang zum Internet für das Mining ausreichte, sind lange vorbei. Aufgrund der stark gestiegenen Rechenanforderungen und somit stark erhöhtem Stromverbrauch, ist das Schürfen mit diesen Geräten in der Regel nicht mehr rentabel. Wenngleich die Anzahl privater Miner in Mittel- und Südamerika wieder stark angenommen hat, beispielsweise in Argentinien oder El Salvador.

Was sind "Full Nodes"?

In der Blockchain-Technologie stellt ein einzelner Rechner im System einen Knoten dar. „Full Nodes“ sind vollständige Knoten innerhalb des Blockchain-Netzwerks. Das heißt, dass diese Teilnehmer die gesamte Blockchain abspeichern und die von den Minern neu erstellten Blöcke hinsichtlich der im Blockchain-Protokoll vorher festgelegten Regeln auf ihre Einhaltung prüfen.

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

Wie sicher ist eine Blockchain? Kryptografie als Absicherung

Die Bezeichnung „gekettet“ kann deshalb gut als Beschreibung genutzt 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 vor Manipulation gesichert.

Auch die einzelnen Transaktionen sind auf diese Weise verschlüsselt. Wenn jemand nachträglich versuchen würde, Informationen aus alten Blöcken zu verändern, beispielsweise um Bitcoins unberechtigt an einen anderen Teilnehmer als ursprünglich angegeben zu übertragen, müsste man aufgrund dieser kryptographischen Verkettung auch alle darüber liegenden Blöcke verändern. Dies würde extrem viel Rechenleistung benötigen und einen „Angriff“ auf eine Blockchain unrentabel machen.

3. Seit wann gibt es die Blockchain?

Die Blockchain-Technologie konkretisierte sich im Jahr 2007. Aber bereits 1991 entstand eine Urform der Blockchain mit der Idee, Dokumente in Datenblöcken abzulegen, zu verschlüsseln und aneinander zu ketten.

Mit dem Blockchain-basierten Bitcoin wurde 2009 die erste Blockchain in Betrieb genommen. Die Grundlage lieferte ein White Paper aus dem Jahre 2008. Dieses Konzeptpapier stammt vom Pseudonym „Satoshi Nakamoto“. Die wahre Identität dieser Person oder Personengruppe ist bis heute unbekannt. Bitcoin wurde als Antwort auf die zu dem Zeitpunkt herrschende Finanzkrise veröffentlicht. Die ersten Bitcoin-Transaktionen fanden in kleinem Kreise zu Testzwecken statt.

Bis heute beruht das Bitcoin-Netzwerk auf dem Proof-of-Work-Mechanismus. Das heißt, dass die Teilnehmer (siehe oben) einen Konsensus zu einer Informationsänderung erreichen müssen. Dem Konsens-Mechanismus Proof-of-Work steht der deutlich weniger aufwändige Proof-of-Stake-Mechanismus gegenüber. Bei letzterer Anwendung ist kein Mining-Prozess notwendig und der Energieverbrauch ist deutlich reduziert. Die Ethereum-Blockchain wird aus diesem Grund sukzessiv auf Proof-of-Stake umgeschrieben.

4. Wo werden Blockchains eingesetzt?

Die Blockchain-Technologie besitzt das Potenzial, alle Geschäftsfelder nachhaltig zu verändern. Die wohl bekanntesten Anwendungsfälle der Blockchain-Technologie finden sich im Finanzsektor, genau genommen im Bereich der Transaktionen. Allen voran ist an dieser Stelle Bitcoin als Kryptowährung zu nennen. Da die Transaktionen aber sehr teuer sind, sind Kryptowährungen aktuell noch nicht in der Lage vorhandene Systeme ernsthaft herauszufordern. 

Außerdem finden sich diverse Projekte in unterschiedlichen Bereichen wieder. Man denke an Versicherungen oder Immobilien, wo Smart Contracts eine wichtige Rolle spielen. Kunst als NFTs (non fungible Tokens) oder Supply Chain Management, das Gesundheitswesen (es besteht die Möglichkeit, Daten nur bestimmten Menschen zugänglich zu machen), Mobilität hinsichtlich Zugriffsrechte und Bezahlung oder die gesamte Datenverwaltung im öffentlichen wie im privaten Bereich stellen Anwendungsgebiete dar.

Durch die Anwendung effizienter Blockchain-Technologien könnte man enorme Verwaltungskosten einsparen, Transparenz und Sicherheit fördern. Denn sämtliche Datensätze und Prozesse würden digital und optimiert erfasst.

Bis dahin ist es allerdings noch ein langer Weg. Derzeit sind die etlichen Blockchain-Lösungen noch nicht effizient und gleichzeitig fehleranfällig. Das Thema Sicherheit haben wir bereits weiter oben besprochen.

5. Chancen und Probleme von Blockchains

Die Blockchain-Technologie ist relativ jung. 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 (noch) sehr kostspielig, langsam und ineffizient. Daten werden millionenfach redundant gespeichert und die Konsensus-Erzeugung durch den Proof-of-Work-Mechanismus benötigt, beispielsweise bei Bitcoin, sehr viel Energie.

Auch der große Pluspunkt der Blockchain-Technologie, ihre Dezentralität, ist gleichzeitig eine ihrer größten Stolpersteine. Die Weiterentwicklung ist bedingt durch ihre Struktur nur sehr schwer umsetzbar. Updates des Kern-Protokolls müssen von einer Mehrheit des Netzwerks akzeptiert und übernommen werden und diese Entscheidungsfindung kann mitunter Monate oder sogar Jahre 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 hervorgebracht, darunter Bitcoin Cash.

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 vertrauenslosen, dezentralen und in großen Teilen automatisierten Strukturen mit existierenden Werten verknüpfen will, kommen schnell Fragen auf: Wie soll die Verlinkung auf sichere Art und Weise stattfinden?

Die Blockchain-Technologie bietet jedoch auch eine Menge Chancen, diverse Bereiche auf grundlegender 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, Geldwäsche oder Transparenz oder das Erstellen von automatisierten Verträgen (Smart Contracts) können auf Grundlage der neuen 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 eingehenden Markt heranzureifen - oder in Gänze zu scheitern, wenn nicht die angesprochenen Probleme und Risiken eingegrenzt werden.

6. Häufig gestellte Fragen zu Blockchains

Wie viele Blockchains gibt es?

Blockchains kommen und gehen. Wie viele Blockchain-Projekte es aktuell gibt, ist daher nur schwer zu beziffern. In jedem Fall sind es weit über 10.000 Kryptowährungen - die müssen jedoch nicht zwangsläufig auf stets eigenen oder separaten Blockchain-Systemen laufen. Die Technologie, auf der die meisten Projekte basieren ist Ethereum.

Welche Blockchains gibt es?

Es gibt vier unterschiedliche Typen von Blockchains:

1. Private Blockchains
2. Public Blockchains
3. Konsortien bzw. Federated Blockchains
4. Hybrid Blockchains

Private Blockchains sind nur einem bestimmten, eingeladenen Personenkreis zugänglich, während sich bei den public Blockchains alle beteiligen können. Regeln und Restriktionen für die Nutzer kann es bei beiden Varianten geben. Die Private Blockchains sind durch die beschränkte Anzahl der Nutzer zentralisierter, womit die Grundidee einer Blockchain in Frage gestellt ist.

Bei einer Federated Blockchain schließen sich zum Beispiel die Nutzer einer Branche zusammen, um gemeinsam an einem Distributed Ledger zu arbeiten. Das könnte beispielsweise der Zusammenschluss mehrerer Banken sein. Hybrid Blockchains kombinieren Private und Public Blockchains miteinander.

Was ist eine Blockchain Wallet?

Wallets sind zu dem Zweck konzipiert, eine digitale Währung sicher zu verwahren und zu verwalten. Sie werden auch als digitale Geldbörsen bezeichnet. Wer in Besitz von Kryptowährungen ist, sollte über die Verwahrung der Coins in einer Wallet nachdenken - als reine Software oder Hardware in Form eines USB-Sticks.

Zu jeder Blockchain Wallet gehört ein Public Key und ein Private Key. Der Public Key kann als Kontonummer angesehen werden, während der Private Key das Passwort darstellt. Der Private Key ist der einzige Zugang zum Wallet und sollte entsprechend nicht aus der Hand gegeben werden. Bei Verlust des Private Keys ist der Zugang zu den Coins unwiederbringlich verloren. Das Passwort zur Wallet sollte dennoch kompliziert genug gewählt werden, um einen einfachen Zugang zu verhindern.

Was ist Blockchain Gaming?

Blockchain Gaming, auch Krypto-Gaming genannt, beschreibt nichts anderes als das Spielen von Blockchain-basierten Games. Eines der bekanntesten Beispiele ist Axie Infinity. Dabei benötigt man ASX, den Token des Games, um Spielfiguren zu kaufen.

Theoretisch lässt sich mit diesen Games auch Geld verdienen ("Play to earn"). Dazu müssen zum Beispiel Rätsel gelöst, Avatare geschaffen oder sonstige tokenisierte Gegenstände wieder verkauft werden.