Technik und Uses Cases der Blockchain
Wie die Blockchain funktioniert
Im Rahmen der DigitalisierungDigitalisierungvon Finanzdienstleistungen macht seit einiger Zeit die Kryptowährung Bitcoin von sich reden. Es handelt sich dabei um ein System, das Werttransfers zwischen unbekannten Parteien ohne einen Finanzdienstleister als zentralen Vermittler ermöglicht. Die technische Herausforderung besteht darin, die Transaktionen lückenlos, nachweisbar und transparent abzusichern. Dies wird durch die Peer-to-Peer-Architektur der Blockchain-Technologie realisiert; das Verfahren ist alles andere als trivial und soll daher im Folgenden näher dargestellt werden. Alles zu Digitalisierung auf CIO.de
DieBlockchain fungiert für Bitcoin als eine Art öffentliches Kontobuch aller Netzwerk-Teilnehmer, das jedoch nicht einen absoluten Kontostand festhält, sondern alle jemals ausgeführten und validierten Transaktionen; daraus lässt sich der jeweils aktuelle Kontostand errechnen. Die Informationen zu den Transaktionen sind zwar öffentlich, jedoch sind die Adressen der Transaktionen, die vergleichbar mit der sonst üblichen Kontonummer sind, nur anonyme Codes, so dass auch die jeweils Beteiligten anonym sind.
- Ethereum
Eine weitere Kryptowährung, die auf dem Blockchain-Prinzip basiert. Bietet eine Plattform für programmierbare Smart Contracts. Die "Ether" werden von Fans als legitime Nachfolger der Bitcoins angesehen (siehe auch obiges Bild). - Cryptlet
Von Microsoft für die Azure-Cloud entwickelter Service, mit dessen Hilfe Anwender externe Daten in eine Blockchain einpflegen können, ohne ihre Sicherheit und Integrität zu zerstören. Cryptlets können als indvidualisierte Middleware auch von Azure-Anwendern selbst entwickelt werden - in jeder beliebigen Programmiersprache - und sollen die Brücke von der Blockchain hin zu neuen Business-Services in der Cloud schlagen. - Kryptowährung
Digitales Geld, ohne Münzen und Scheine. Mithilfe von Kryptografie wird ein verteiltes, sicheres und dezentralisiertes Zahlungssystem aufgebaut. Benötigt keine Banken, sondern Rechenpower und technische Hilfsmittel wie die Blockchain. - Blockchain
Eine Blockchain ist eine dezentrale Datenbank, die eine stetig wachsende Liste von Transaktionsdatensätzen vorhält. Die Datenbank wird chronologisch linear erweitert, vergleichbar einer Kette, der am unteren Ende ständig neue Elemente hinzugefügt werden (daher auch der Begriff "Blockchain" = "Blockkette"). Ist ein Block vollständig, wird der nächste erzeugt. Jeder Block enthält eine Prüfsumme des vorhergehenden Blocks. <br /><br /> Entwickelt wurde das technische Modell der Blockchain im Rahmen der Kryptowährung Bitcoin - als webbasiertes, dezentralisiertes, öffentliches Buchhaltungssystem aller Bitcoin-Transaktionen, die jemals getätigt wurden. - Bitcoin Core
Die Open-Source-Software validiert die gesamte Blockchain und wurde Anfang 2009 von einem gewissen <a href="http://www.computerwoche.de/a/neue-hinweise-auf-moeglichen-urheber-von-digitalwaehrung-bitcoin,3220391" target="_blank">"Satoshi Nakamoto"</a> unter dem Namen "Bitcoin" veröffentlicht. Bitcoin Core war in C++ zuächst vor allem für Windows-Systeme programmiert worden. Wenig später folgte die Portierung auf GNU/Linux. Weil die Entwickler sich zerstritten, existieren mittlerweile einige Derivate der Bitcoin-Software, unter anderem Bitcoin XT, Bitcoin Unlimited oder Bitcoin Classic. - BigchainDB
Die "skalierbale Blockchain-Datenbank" kann bis zu einer Millionen Schreibvorgänge pro Sekunde verwalten, Petabytes an Daten speichern und wartet trotzdem mit einer Latenzzeit von unter einer Sekunde auf - das alles dezentralisiert verwaltet und bei höchster Datenintegrität. Technische Grundlage ist die Blockchain-Technologie. - Distributed Ledger
Finanz-Fachbegriff für "verteilte Kontoführung". Bitcoin ist ein komplett neuer technischer Ansatz, um Informationen über bestimmte Zuordnungen zu verteilen. Es gibt hier kein klassisches Konto mehr, das zentral bei einer Bank geführt wird, sondern die "Kontoführung" basiert auf einem Netzwerk von kommunizierenden Systemen. - Smart Contract
Ein Computerprotokoll, das Verträge abbilden oder überprüfen oder die Verhandlung eines Vertrags technisch unterstützten kann. Könnte künftig den schriftlichen Vertragsabschluss ersetzen. - R3CEV
Das Startup R3 CEV baut die blockchainbasierte "Global Fabric for Finance". Mit rund 50 Finanzpartnern soll die größte Blockchain der Welt entwickelt werden - ein erster Testlauf mit elf Großbanken, darunter Barclays, Credit Suisse, HSBC, UBS und UniCredit wurde bereits erfolgreich absolviert. R3CEV ist eine strategische Partnerschaft mit Microsoft eingegangen, um Blockchain-Infrastruktur und -Technologie in der Azure Cloud entwickeln zu können. - Ripple
Ein Open-Source-Protokoll für ein Zahlungsnetzwerk - derzeit noch in der Entwicklung. P2P-Zahlverfahren und Devisenmarkt in einem, basiert auf der Kryptowährung "XRP". Ripple-Nutzer sind jedoch nicht auf diese eine Währung festgelegt, sondern können jede beliebige Währung verwenden - also beispielsweise auch Euro, Dollar oder Yen.
Dezentrale Datenbank
Während in herkömmlichen Systemen im Zahlungsverkehr zentrale Stellen wie BankenBankendie aus- und eingehenden Transaktionen überprüfen, verbuchen, an den Empfänger weiterleiten, den Kontostand kontrollieren und auch zentral in ihren Systemen speichern, werden bei Bitcoin sämtliche Transaktionen "nur" in derBlockchainBlockchain dokumentiert. Dies ist eine dezentrale Datenbank, da die Informationen über die Transaktionen auf alle Rechner, die an Bitcoin teilnehmen, verteilt und abgelegt werden. Damit liegt also auf jedem dieser Rechner die komplette Blockchain, die damit auch niemandem gehört und folglich öffentlich ist. Derzeit ist die Blockchain des Bitcoin-Netz-werkes etwa 80 Gigabyte groß - sie wächst mit der Bildung neuer Blöcke natürlich ständig weiter. Alles zu Blockchain auf CIO.de Top-Firmen der Branche Banken
Die Transaktionen für die Blockchain werden gesammelt und etwa alle zehn Minuten hintereinander in Blöcken abgelegt - daher der Name "Blockchain". Ein typischer Block ist maximal 1 Megabyte groß und enthält einige hundert Transaktionen. Jeder neue Block wird dabei in chronologischer Reihenfolge an den vorhergehenden Block angehängt und damit zu einem neuen Kettenglied in der Blockchain. So bilden im Laufe der Zeit alle Blöcke eine Kette, die immer weiter wächst; der allererste Block hat sinnvollerweise die Bezeichnung Genesis-Block.
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So sieht ein Block aus
Ein Block enthält neben einem Zeitstempel und den eigentlichen Transaktionsdaten auch zwei Hashwerte, die auf der kryptographischen Hashfunktion SHA-256 beruhen:
einen Hashwert über die gesamten in dem neuen Block gesammelten Transaktionen;
den Hashwert des jeweils vorhergehenden Blocks.
Schlüssel in der Kette
Bevor ein Block gebildet und dieser in die Blockchain integriert wird, müssen dafür private und öffentliche Schlüssel existieren. Sie werden von der Wallet-Software auf dem Client-Rechner, der Teilnehmer des Bitcoin-Netzwerkes ist, als Schlüsselpaar erzeugt; Basis ist dabei eine asymmetrische Verschlüsselung. Aus dem öffentlichen Schlüssel wird eine 34-stellige, für jeden sichtbare Zeichenfolge gebildet, die dann als Bitcoin-Zieladresse für die späteren Transaktionen fungiert. Wichtig für die Anonymität der Transaktion: Es ist nicht möglich, aus der Adresse auf den öffentlichen Schlüssel zurückzuschließen.
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Der private Schlüssel wird für die Signatur einer Transaktion verwendet, ohne die diese Transaktion ungültig wäre. Mit Hilfe des öffentlichen Schlüssels, der der Transaktion beigefügt wird, lässt sich nachweisen, dass der Absender einer Transaktion im Besitz des passenden privaten Schlüssels und somit tatsächlich der Urheber ist. Die unterzeichnete Transaktion wird nach dem Versenden an alle Knoten im Bitcoin-Netz verteilt und als "versendet" bestätigt, sobald eine gewisse Anzahl von Knoten den Empfang bestätigen.
In der nächsten Phase der Verarbeitung einer Transaktion wird vor der Blockbildung ihre Gültigkeit geprüft, um Manipulationen an der Transaktion auszuschließen und sicherzustellen, dass der Betrag dem Empfänger gutgeschrieben und der Absender entsprechend belastet wird. Andernfalls könnte beispielsweise ein Betrag mehrfach gesendet werden oder Bitcoins könnten ausgegeben werden, die gar nicht vorhanden sind.
Validierung durch Mining
In der Blockchain-Technologie gibt es keine zentrale Instanz für die Validierung der Transaktionen. Um trotzdem einen Konsens herzustellen, gibt es in der Bitcoin-Blockchain die "Miner". Dabei handelt es sich um Rechner oder Pools von Rechnern, die ihre Rechenkapazität dem System für die Validierung der Transaktionen und Bildung der Blöcke zur Verfügung stellen.
Um sich für die Aufgabe des Mining zu qualifizieren wird das "Proof-of-Work"-Verfahren eingesetzt, in dem die Miner durch ihre Arbeit ihre Vertrauenswürdigkeit beweisen. Dazu müssen die Miner eine rechenintensive kryptographische Aufgabe - das Bilden des Hashwertes - die sich nur durch Ausprobieren bearbeiten lässt, lösen. Durch die Schwierigkeit der Aufgaben wird die Frequenz der Block-bildung gesteuert und auf derzeit etwa zehn Minuten gehalten. Der Rechenaufwand soll sicherstellen, dass nachträgliche Modifikationen der Blockkette ausgeschlossen sind; das bedeutet aber auch, dass die Blockchain nicht beliebig skalierbar ist.