Die Blockchain als Basis für Bitcoin

Die Blockchain ist in aller Munde. Sie ist nicht nur die kryptographische Basis von Bitcoin, sondern füllt die gleiche Funktion auch für eine Vielzahl anderer sogenannter Kryptowährungen aus. Nahezu alle der von Bitcoin inspirierten oder aus Bitcoin hervorgegangenen alternativen Kryptowährungen (Altcoins) basieren auf der Technologie der Blockchain. Darüber hinaus können mit der Blockchain aber auch andere informationstechnische Probleme gelöst beziehungsweise Prozesse signiert werden.

Blockchain bedeutet soviel wie „Blockkette“ oder „Kette von Blöcken“ und stammt wie die meisten IT-Begriffe aus dem Englischen. Das praktische am Begriff ist, dass er recht gut beschreibt, um was es sich informationstechnisch eigentlich handelt. Nämlich einfach gesagt eine serielle Datenbank, bei der Blöcke, die bestimmte Informationen enthalten, nacheinander und untrennbar verknüpft werden. Umgangssprachlich klingt das einfach, die technische Umsetzung ist jedoch recht komplex und nur durch die Rechenleistung moderner Prozessoren zu erreichen. Die oben genannte untrennbare Verknüpfung wird durch sehr rechenintensive kryptographische Verfahren sichergestellt. Daher ist das Verfahren der kryptographischen Verknüpfung von Datenblöcken zwar theoretisch schon seit Beginn der 90er-Jahre bekannt und in Gedankenspielen durchexerziert worden, die praktische Umsetzung fand jedoch erstmals beim Bitcoin statt.

Zusätzlich dazu sind moderne Blockchains zumindest bei Bitcoin und vielen Altcoins als verteilte Datenbanken aufgebaut. Das bedeutet, dass diese nicht auf einem einzelnen Rechner erstellt und verwaltet werden, sondern in einem dezentralen Rechnerverbund. Im Falle von Bitcoins ist das das sogenannte Bitcoin-Netzwerk. Dabei müssen sich die jeweiligen Teilnehmer im Netzwerk einig sein, sonst wird ein Block nicht anerkannt. Dieses Verfahren schützt zusätzlich vor Manipulation, da ein einzelnes System sicherlich kompromittiert werden kann, mehrere nur mit viel Aufwand, aber ein großes Netzwerk mit tausenden Rechnern im Regelfall nicht.

Die Blockchain im Bitcoin-Whitepaper

Die Blockchain als dezentrale Datenbankverwaltung wurde als Konzept im ersten Bitcoin-Whitepaper vom anonymen Kryptographen und Mathematiker Satoshi Nakamoto beschrieben. Dieses im Oktober 2008 erschienenen Referenz-Papier gilt als theoretische Basis von Bitcoin. Im Januar 2009 erschien dann die erste Referenz-Software, nur wenige Tage nachdem Nakamoto den ersten Bitcoin-Block der Blockchain am 3. Januar errechnet hat. Mit der Verbreitung dieser Software wurde aus der zentralen Datenbank mit nur einem Block das dezentrale Netzwerk, denn nun konnte jeder, der das Programm installierte, ebenso Blöcke generieren, die miteinander im Netzwerk verknüpft wurden.

Das oben bereits erwähnte Verfahren der Konsensfindung ist dabei eine der zentralen Stärken der Blockchain. Durch die Einigkeit mehrerer Computer wird die Gültigkeit eines neuen Datenblocks erst bestätigt. Anschließend wird dieser an die bestehende Blockchain angehängt. Eine nachträgliche Manipulation oder Entfernung eines Blocks ist dann nicht mehr möglich, ohne die Unversehrtheit der gesamten verteilten Datenbank zu beschädigen.

Solche Manipulationen würden dem Rechnernetzwerk sofort auffallen und aus dem System ausgeschlossen werden, weil sie nicht verifiziert sind. Dadurch ist bei der Nutzung der Blockchain als Basis für Kryptowährungen auch keine externe und unabhängige Instanz notwendig, um die Gültigkeit eines Blocks, einer Transaktion oder eines Guthabens zu bestätigen. Das Rechner-Netzwerk der Blockchain reguliert sich somit selber. Die Aufgabe, die bei klassischen Währungen wie dem Euro oder Dollar Zentralbanken und Geschäftsbanken übernehmen entfällt. Keine Bank ist für die Ausgabe der Währung (das Drucken), den Nachweis der Echtheit (Fälschungssicherheit) und die Bestätigung der Transaktionen (Überweisung oder Einzug) verantwortlich. Das Blockchain-Netzwerk sichert all diese Prozesse ab.

Bitcoins auf Blockchain-Basis

Im Falle von Bitcoin – für den die Blockchain ja ursprünglich entwickelt wurde – kann das aus unserer Sicht interessanteste Anwendungsbeispiel beschrieben werden. Hier besteht die Kette aus aneinandergereihten Datenblöcken, in denen zum einen die mit jedem Block neu „erschaffenen“ Bitcoins und zum anderen eine bestimmte Zahl an Transaktionen (Überweisungen) gespeichert sind. Die Begrenzung der Summe der Transaktionen erfolgt die die Begrenzung der Blockgröße (bis 31.7.2017 ein Megabyte, ab 1.8.2017 zwei Megabyte). Nur solange Speicher vorhanden ist, können weitere Transaktionen gespeichert werden.

Wenn der Block voll ist, muss eine Transaktion im nächsten Block verarbeitet werden. Die gesammelten Transaktionen in einem Block werden mit einer Prüfsumme (Hash) versehen. Das ist im Falle der Bitcoin-Blockchain ein recht komplexes kryptographisches Verfahren, dass eine gewisse Rechenleistung erfordert. Auch die feste Verkopplung mit dem Vorgänger- und Nachfolger-Block erfolgt über die Berechnung und Speicherung von Hash-Werten. Somit können Transaktionen im Nachhinein nicht mehr manipuliert werden und sind damit für alle Ewigkeiten im Netzwerk verbrieft.

Die Bitcoin-Blockchain, die nun seit Janaur 2009 besteht hat inzwischen bereits eine Größe von weit über einhundert Gigabyte. Neue Teilnehmer im Netzwerk müssten sie theoretisch komplett herunterladen, um daran teilzunehmen. Es gibt aber auch verschiedene Konzepte, die das vermeiden. Zu Beginn des Bitcoins wurden mit jedem Block 50 Bitcoins erzeugt. Das System reguliert sich aber dergestalt, dass die Menge der erzeugten Coins nach jeweils 210000 Blöcken halbiert wird. Da im Bitcoin-Netzwerk langfristig nie mehr als durchschnittlich sechs Blöcke pro Stunde errechnet werden können, ergibt sich eine Halbierung der erzeugbaren Coins in etwa alle dreieinhalb bis vier Jahre. Die erste Halbierung auf 25 Bitcoin pro Block fand im Dezember 2012 statt und die zweite Halbierung auf 12,5 Coins bereits im Juli 2016. Die nächste Halbierung auf dann 6,25 Bitcoin pro Block steht dann vermutlich im Jahr 2020 an.

Kann man noch andere Dinge mit der Blockchain machen?

Ganz ohne Frage lassen sich noch andere Prozesse mit der Blockchain verifizieren. Das ist zwar nicht das Thema unseres Portals, aber wir wollen Ihnen dennoch zumindest einen kleinen Einblick geben. Im Prinzip lässt sich jede Transaktion, die in irgendeiner Form als kritisch oder sicherheitsrelevant zu betrachten ist, mit einer Blockchain absichern und verifizieren. Damit wäre auch eine Übertragung in klassische Währungssysteme möglich. Nicht ohne Grund arbeiten die großen Kreditkartenunternehmen bereits im Hintergrund an der Anwendung der Blockchain für ihre Millionen von Transaktionen pro Tag. Darüber hinaus gibt es aber auch weitere sehr innovative Anwendungsszenarien, die über die Absicherung von Geldgeschäften hinaus gehen.

Im Software-Bereich kann die Blockchain zum Auditing eingesetzt werden, das heißt es können bestimmte Interaktionen in einem Softwaresystem aufgezeichnet und dokumentiert werden, um die Verfälschung von Daten zu verhindern. Im Schweizer Bitcoin-Valley Zug können Menschen sich eine eine Personennummer auf Basis der Blockchain zuordnen lassen, die wie eine lebenslange Steuernummer funktioniert. Teilweise arbeiten Länder daran, ihre Grundbuchsysteme auf Blockchainbasis zu stellen, um Betrügereien bei Grundstücksverkäufen zu minimieren. Das größte Potezial im Bereich der Internetwirtschaft wird der Blockchain neben Bitcoin wohl im Bereich der sogenannten „Smart Contracts“ zugemessen. Diese intelligenten Verträge sind eine moderne technisch-basierte Art von Verträgen. Es kann festgelegt werden, welche Bedingungen von den jeweiligen Vertragspartnern erfüllt werden müssen. Erst nach Erfüllung aller Bedingungen wird der Vertrag vollständig vom Netzwerk anerkannt und damit gültig. Auch damit lässt sich Betrug technisch nahezu ausschließen, obwohl keine außenstehende Instanz wie ein Vertraganwalt eingeschaltet werden muss.

Sie sehen also, das Potenzial der Blockchain ist auch über Bitcoin hinaus sehr gewaltig. Wir können mit Sicherheit mit vielen weiteren innovativen und kreativen Einsatzfeldern rechnen, die sich in den nächsten Jahren auf Basis der Blockchain-Technologie entwickeln werden.

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