So funktioniert eine Blockchain

Im November 2018 hab ich im Rahmen des NEXTGEN-Programms die DOAG in Nürnberg besucht und neben vielen interessanten Vorträgen an einem Seminar über Blockchain teilgenommen. Ich wusste nicht, was mich dort erwartet und auch mit Blockchain hatte ich noch keine Berührungspunkte. Ich wusste, dass es oft im Zusammenhang mit Bitcoin erwähnt wurde. Es wurde schnell klar, dass ich nicht die Einzige mit dem Vorurteil “Bitcoin und Blockchain gehören zusammen” war. Aus diesem Grund habe ich mich dazu entschieden, einen Blogartikel zu schreiben. Um das Thema so einfach und verständlich wie möglich zu halten, erkläre ich das Prinzip einer Blockchain und verzichte vorerst auf tiefergehende Algorithmen.

Zwei Systeme

Zuallererst ist es wichtig zu wissen, dass es zwei Systeme gibt. Einmal das zentrale und einmal das dezentrale System.

Im zentralen System gibt es eine Partei, die alle anderen überwacht.

Bei Banken ist das zum Beispiel die Europäische Zentralbank (EZB). Sie überwacht, dass alles mit rechten Dingen zugeht und keine der Banken sich mehr Geld geben kann, als sie tatsächlich besitzt. Das funktioniert allerdings nur, wenn alle der zentralen Partei vertrauen und keine der Parteien bevorzugt oder vernachlässigt werden.

Wie kann das Problem, dass man der zentralen Partei vertrauen muss, gelöst werden?

Die Lösung hierfür bietet das dezentrale System. Hierbei nimmt jede Partei nicht nur an dem System teil, sondern überwacht gleichzeitig alle anderen Parteien. Die “Macht” liegt also nicht mehr bei einer Partei, sondern ist auf alle Parteien verteilt.

Voraussetzung dafür ist, dass sich alle über den Zustand des Geldes einig sind.

Für die Banken bedeutet das, dass sie der EZB nicht mehr vertrauen müssen, da sie selbst alle anderen Banken überwachen. Dabei gilt, dass das System sicherer wird, je mehr Teilnehmer es hat, da es dann gleichzeitig auch mehr Überwacher gibt.

Daraus folgt allerdings auch, dass es für wenige Teilnehmer ein ungeeignetes System ist.

Wenn sich zum Beispiel Bank A und Bank B allein in einem dezentralisierten System befinden, überwachen sie sich gegenseitig. Nun haben beide Banken jeweils 100.000 Euro. Sie sind sich über den Zustand des Geldes einig und das dezentrale System funktioniert.

Behauptet Bank A allerdings, sie habe an Stelle von 100.000 Euro 200.000 Euro, würde Bank B sagen, dass das nicht richtig ist und diese Summe nicht annehmen. Die beiden Parteien sind sich nun uneinig, was den Zustand des Geldes angeht und das dezentrale System funktioniert nicht.

Befinden sich allerdings 10 Banken in diesem dezentralisierten System und Bank A würde versuchen sich mehr Geld zu geben, würden die übrigen 9 Banken sagen, dass das nicht richtig ist. Nun gibt es eine klare Mehrheit derer, die sagen, dass der Zustand des Geldes ein anderer ist als Bank A darstellt.. Das ist einer der wichtigsten Punkte im dezentralen System: Die Mehrheit hat immer recht.

 

Die Blockchain beruht auf einem dezentralen System, in dem jeder Teilnehmer dieselben Zugriffsrechte und Möglichkeiten besitzt. Dadurch ist die Blockchain ein neutrales System, das niemandem gehört und nicht manipuliert werden kann.

Blöcke, Transaktionen und Hashes

Bei einer Blockchain werden Transaktionen in Blöcken abgelegt. Eine Transaktion kann jede beliebige Information sein, zum Beispiel ein Vertrag oder eine finanzielle Transaktion. In einem Block liegt aber nicht nur die Transaktion, sondern auch eine Historie. Die Historie ist die Prüfsumme des vorhergehenden Blocks. Sie kommt zustande, in dem aus dem Block ein Hash generiert wird. So ist jeder neue Block mit dem vorhergehen Block verbunden und eine Kette entsteht – die sogenannte Blockchain. Zusätzlich zu der Historie enthält der Block auch die Prüfsumme der gesamten Kette.

Nachdem der Block verifiziert und versiegelt wurde, ist er unveränderlich und für alle sichtbar gespeichert.

Ein Beispiel:

Drei Freunde befinden sich in einem Gruppenchat und vereinbaren ein Treffen um 17 Uhr im Kino.

Es könnte wie folgt aussehen:

Person 2 überlegt es sich jetzt allerdings anders und möchte lieber einen späteren Film sehen.  Person 2 kann diese Entscheidung nicht alleine treffen und auch nicht die Uhrzeit im Chat nachträglich ändern. Demnach muss Person 2 entweder ein neues Treffen vereinbaren oder alleine ins Kino gehen.

Übertragen auf eine Blockchain wäre jede Nachricht die Transaktion eines Blocks.

Jeder der Teilnehmer kann den Chatverlauf auf seinem Smartphone oder Computer sehen. Die Blöcke sind unveränderlich, denn jeder Block bildet einen Hash, der im nachfolgenden Block gespeichert wird.

Würde Person 2 eine der Nachrichten ändern, würden die Hashes nicht mehr zusammenpassen und die gesamte Kette auseinander brechen. Es würde also allen beteiligten auffallen.

Wie kann ich an einer Blockchain teilnehmen?

Um Zugang zu einem auf Blockchain basierendem System zu erhalten, braucht es die sogenannte Wallet. Sie besteht aus einem privaten und einem öffentlichen Schlüssel. Der private Schlüssel ist geheim und dient als eine Art PIN, um Zugang zur eigenen Wallet zu erhalten. Außerdem werden mit ihm die ausgehenden Transaktionen signiert. Der öffentliche Schlüssel ist dagegen für jeden sichtbar und, vereinfacht, die Wallet Adresse. Er kann ohne Bedenken weitergegeben werden. An diesen Schlüssel können Daten gesendet werden. Da die Schlüssel auf asymmetrischer Verschlüsselung beruhen, ist es unmöglich vom öffentlichen Schlüssel auf den privaten Schlüssel zu schließen.

Ein Beispiel:

Person XY kauft ein Grundstück und wird als Besitzer in die Urkunde eingetragen. Diese Urkunde wird in einer Blockchain abgelegt. Sein öffentlicher Schlüssel und die Urkunde sind fest verdrahtet. Jeder Teilnehmer kann die Urkunde sehen. Nun möchte Person XY die Urkunde übertragen. Hierzu benötigt er den privaten Schlüssel. Hat er diesen Schlüssel nicht, gibt es keine Möglichkeit die Urkunde zu ändern.

Anwendungsgebiete

Neben Kryptowährungen gibt es eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten einer Blockchain. Die Kleinstadt Zug in der Schweiz bietet seit 2017 eine digitale Identität für ihre Einwohner an. Diese Identität basiert auf Blockchain. So können die Bürger ihren digitalen Ausweis sicher selbst verwalten.

Es gibt natürlich noch viele andere Möglichkeiten die Blockchain anzuwenden. Einige Beispiele sind:

  • Smart Contracts: Automatische Verträge werden ermöglicht und können bei bestimmten Ereignissen in oder außer Kraft treten.
  • Musikindustrie: Künstler können die Rechte an ihrer Musik selbst verwalten. Fans können den Künstler direkt unterstützen.
  • Wahlsysteme: Das Wahlsystem wäre vor Manipulation geschützt, anonym und sicher. Außerdem könnte von zu Hause aus gewählt werden.
  • Versicherungen: Bei KFZ-Versicherungen könnte das Fahrverhalten zum Beispiel analysiert werden und die Beiträge automatisch angepasst werden. Vorsichtige Fahrer könnten belohnt werden und risikobereite Fahrer würden mehr bezahlen.

 

Fazit

Die Blockchain bietet durch Dezentralität, Transparenz, Sicherheit und gemeinsamer Kontrolle großes Potenzial die Zukunft zu revolutionieren. Allerdings sollte man abwägen, ob eine Blockchain für das Vorhaben der richtige Ansatzpunkt ist.

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Lisa Milde
Ausbildung zur Fachinformatikerin für Anwendungsentwicklung
Lisa stellt sich gut gelaunt jeder Herausforderung und bringt Schwung in unsere Herren-Runde im Entwicklerteam.