Die Blockchain


"Die Dezentralisation ist ein größerer Initiator für sozialen Wandel, als man es sich auf den ersten Blick träumen läßt." John Naisbitt (*1930)


Was ist eine Blockchain?

Blockchain's (Verkettung von Blöcken) haben ihren Ursprung in Kryptowährungen wo sie als historischer Kontoauszug für alle Guthaben fungieren. Die Blockchain Technologie wurde entwickelt um das Problem der Mehrfachausgabe ("Double Spending") zu lösen. Es geht darum in einem dezentralen Netzwerk zu einer verlässlichen Übereinstimmung darüber zu kommen, "Wem gehört Was" und "Wer hat Wann, Was ausgegeben". Im Allgemeinen kann man sagen das die Blockchain eine Historie verifizierter Datensätze beinhaltet, die auf alle Teilnehmer, über die ganze Welt verteilt in Form einer Datenbank vorgehalten wird.

Quelle: https://bitshares.org/media/2015_bitshares_infographic_en.pdf
Quelle: https://bitshares.org/media/2015_bitshares_infographic_en.pdf

Eine Blockchain ermöglicht jedem die Speicherung beliebiger Daten, in den meisten Fällen digitale Token oder Münzen bzw. Werteinheiten. Geschützt werden diese Daten durch die "Private keys" welche mit den Adressen verbunden sind die wiederum die Daten enthalten. Einer Blockchain verleiht das den Charm einer alternativen Methode Werte transferieren zu können, ohne die Einflussnahme von Regulierungsbehörden oder böswilligen Dritten zu ermöglichen.

Welche Vorteile hat die Blockchain Technologie?

Quelle: https://bitshares.org/media/2015_bitshares_infographic_en.pdf
Quelle: https://bitshares.org/media/2015_bitshares_infographic_en.pdf

Bricht man die Technologie auf ein gewisses Maß herunter bleibt ein Datenspeicher übrig der

  • verteilt ist.
  • selbst autorisierend ist.
  • mit Zeitstempeln versehen ist.
  • rückwirkend nicht verändert werden kann.
  • wirksam gegen Betrug gesichert ist.
  • kaum eine Möglichkeit des Zugriffs durch Dritte zulässt.

Blockchains ermöglichen die Entwicklung verteilter Systeme die nicht auf klassischen Server/Client Datenbankmodellen basieren. Stattdessen verwendet ein Blockchain gestütztes System gleichberechtigte Knotenpunkte (P2P) und ein Überereinstimmungsmodell um sich über den aktuellen Datenstand einig zu werden. Die Unterteilung in einzelne Blöcke ist praktisch um in angemessener Art und Weise zu einer Übereinstimmung, in einem P2P Netzwerk, kommen zu können.

Traditionelle Datenbanken speichern nur den IST Zustand von Datensätzen und bieten oft nur bedingt ein zusätzliches Protokoll um die historischen Veränderungen nachvollziehen zu können.

Man kann also in der Regel nicht sofort sagen ob ein Datensatz der aktuell z.B. auf 100 steht, vorher auf 0 stand und später 100 hinzugefügt wurden, oder ob er vorher auf 0 stand, dann 200 hinzugefügt wurden und dann 100 wieder abgezogen wurden.

Bei einem Datensatz der z.B. Text für eine Webseite oder Zeitung enthält mag das nicht weiter relevant sein, aber für viele andere Anwendungen wie z.B. Kontostände macht es durchaus den entscheidenden Unterschied, wie der aktuelle Datensatz zustande kam.

In dem die Blöcke der Blockchain von Beginn an alle Datensätze und Werte aufzeichnen, lässt sich zu jedem Zeitpunkt die Transaktionshistorie der Datensätze verlässlich nachvollziehen.

Wie wird eine Blockchain abgesichert?

Um zu gewährleisten das die Datensätze in jedem Block authentisch sind und nicht durch z.B. eine Mehrfachausgabe eingeschleust wurden muss jede einzelne Transaktion verifiziert werden. Enthält ein Block nur verifizierte Transaktionen wird dieser Block signiert und an das Ende der Block-Kette angehängt.

Um sicherzustellen das ein Block zu einer bestimmten Kette gehört enthält ein Block auch immer einen unverwechselbaren Hashwert (Fingerabdruck), der den vorherigen Block identifiziert.

Die Entscheidung wer einen Block signiert wird je nach Blockchain-Modell unterschiedlich getroffen.

Das PoW Protokoll (i.e. Bitcoin) verwendet dazu mathematische Rechenaufgaben die es zu lösen gilt. Welcher Computer auch immer die Rechenaufgabe für einen bestimmten Block zuerst löst darf diesen Block signieren und erhält als Motivation dafür eine Aufwandsentschädigung.

Desto mehr Computer sich an der Errechnung beteiligen, desto rechenintensiver werden allerdings die Aufgaben und die damit verbundenen Kosten um die Aufgaben lösen zu können, was wiederum viele kleinere Teilnehmer ausschließt. Um trotzdem an den komplexen Berechnungen verdienen zu können schließen sich viele Computer zusammen, versuchen gemeinsam die Aufgaben zu lösen und teilen sich dann den Gewinn. Allerdings stellt der Zusammenschluss in sogenannten "Mining Pools" auch ein Risiko dar. Und da dieses System dazu neigt unnötig Kosten zu verursachen und ökologisch nicht langfristig vertretbar ist, wird diese Art des "mining" auch "Proof of Waste" genannt.

Modernere Algorithmen versuchen daher die Sicherheit der Blockchain eher kostensparend und ökologisch zumutbar zu gestalten.

Zum Beispiel PoS wo nicht mehr die Rechenleistung für die Blocksignierung ausschlaggebend ist, sondern die Höhe des Guthabens dazu verwendet wird zu bestimmen wer den nächsten Block signieren darf.

Oder DPoS wo eine begrenzte Anzahl von Computern gewählt wird um für die Blocksignierung verantwortlich zu sein.

Die bekanntesten Lösungen zum Absichern der Blockchain sind:

  • DPoS (Delegated Proof of Stake)
  • PoS (Proof of Stake)
  • PoW (Proof of Work [Proof of Waste])
  • PoB (Proof of Burn)

Welche Nachteile hat die Blockchain Technologie?

Da es so schwer ist Transaktionen zu fälschen oder die Historie zu verändern umschreibt man die Blockchain auch als "trustless network", denn man muss keiner einzelnen Person, Gruppe oder Organisation vertrauen um seine Daten in Sicherheit zu wissen.

Ein gravierender Nachteil dieser Technologie ist allerdings, das aufgrund der Unveränderlichkeit die meisten Blockchains nur eigenständig funktionieren können und keinen Einfluss von außen zulassen. So zieht sich der Ansatz "friss oder stirb" durch das Design, die Entwicklung und Pflege einer Blockchain. Die Sicherheits- und Übereinstimmungsmodelle sind zum Großteil statisch, so dass spätere Änderungen nur sehr schwer durchführbar sind.

Umfasst eine Blockchain sehr viele Computer die Blöcke signieren ist es schwierig Updates und Innovationen nachträglich einzubringen. Sind es dagegen zu wenig können zwar Updates einfacher eingebracht werden, aber die Sicherheit leidet, da auch Angriffe leichter durchgeführt werden können.

Ein weiterer Nachteil ist das die meisten Blockchainmodelle ihre Sicherheit versuchen zu gewährleisten in dem sie Anteile/Token der "Blockchainwährung" an diejenigen auszahlen, die gewillt sind die Blöcke zu signieren. Da diese Anteilswerte jedoch meist starken Schwankungen unterliegen und derart gering im Wert sind, ist damit kaum dauerhaft die Motivation zur Sicherheit der Blockchain beizutragen gewährleistet.

Ein großer Nachteil ist auch dass Fehler die durch Menschen in der Praxis nun mal verursacht werden, sich auf einer komplett autonomen Blockchain Lösung nicht beheben lassen. Zum Beispiel kann eine falsch getätigte Transaktion nicht rückgängig gemacht werden, es sei denn man einigt sich darauf die gesamte Blockchain ab dem betreffenden Block zu verwerfen, was in der Praxis bei einer großen Zahl Teilnehmer nahezu unmöglich ist.

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