Was ist eine Blockchain?
Eine Blockchain ist eine fortlaufend erweiterbare Liste digitaler Datensätze. Diese Datensätze werden in Blöcken zusammengefasst und in einer bestimmten Reihenfolge miteinander verbunden. Daher stammt auch der Name - „Blockchain“ bedeutet auf Deutsch nämlich „Blockkette“.
Anders als bei einer klassischen Datenbank kann der aktuelle Stand einer Blockchain auf mehrere Computer im Netzwerk verteilt sein. Diese Computer werden häufig als Nodes oder Netzwerkknoten bezeichnet. Sie prüfen neue Informationen nach gemeinsamen Regeln und gleichen ihre Version des Registers miteinander ab.
Die Blockchain ist damit eine mögliche Form eines Distributed Ledgers, also eines verteilten digitalen Registers. Nicht jedes Distributed Ledger ist allerdings automatisch eine Blockchain. Die Unterschiede erklären wir in unserem Ratgeber zur Distributed-Ledger-Technologie.
Wichtig ist außerdem: Nicht jede Blockchain ist gleichermaßen öffentlich, dezentral oder frei zugänglich. Bei privaten Netzwerken kann ein Unternehmen festlegen, wer teilnehmen und Daten bestätigen darf. Der konkrete Aufbau entscheidet daher darüber, welche Eigenschaften eine Blockchain tatsächlich besitzt.
Blockchain einfach erklärt: Ein gemeinsames digitales Kassenbuch
Du kannst Dir eine öffentliche Blockchain wie ein gemeinsames digitales Kassenbuch vorstellen. Statt nur eine Bank oder ein Unternehmen dieses Kassenbuch verwalten zu lassen, speichern viele Teilnehmer eine Kopie des aktuellen Stands.
Möchte jemand einen neuen Eintrag vornehmen, wird dieser zunächst an das Netzwerk übermittelt. Die Teilnehmer prüfen anschließend anhand festgelegter Regeln, ob der Eintrag gültig ist. Erst nach dieser Prüfung wird er in das Kassenbuch aufgenommen und an die übrigen Kopien weitergegeben.
Bei Bitcoin hält dieses Register beispielsweise fest, welche Bitcoin bereits ausgegeben wurden und welche Adressen darüber verfügen können. Dadurch lässt sich verhindern, dass dieselben Einheiten mehrfach ausgegeben werden, ohne dass eine zentrale Bank jede Transaktion einzeln freigeben muss.
Die Analogie hat allerdings Grenzen: Je nach Blockchain können Daten öffentlich einsehbar, verschlüsselt oder nur für bestimmte Teilnehmer zugänglich sein. Auch die Entscheidung darüber, welcher Eintrag gültig ist, funktioniert nicht bei jedem Netzwerk gleich.
Wie funktioniert eine Blockchain?
Der genaue Ablauf unterscheidet sich je nach Netzwerk. Das Grundprinzip lässt sich dennoch in fünf Schritten erklären:
- Eine Transaktion wird erstellt: Ein Nutzer möchte beispielsweise Kryptowährungen übertragen oder eine Funktion eines Smart Contracts ausführen.
- Die Transaktion wird verteilt: Die Anfrage wird an das Netzwerk weitergegeben und erreicht die zuständigen Nodes oder Validatoren.
- Das Netzwerk prüft die Daten: Die Teilnehmer kontrollieren unter anderem, ob die erforderliche Berechtigung vorliegt und die Regeln des Protokolls eingehalten werden.
- Gültige Einträge werden aufgenommen: Bestätigte Transaktionen werden je nach Netzwerk in einem neuen Block gebündelt und an die bestehende Kette angefügt.
- Der neue Stand wird abgeglichen: Die Netzwerkteilnehmer aktualisieren ihre Kopien und arbeiten anschließend mit dem gemeinsam akzeptierten Datenbestand weiter.
Welche Teilnehmer neue Blöcke erstellen dürfen und wie sich das Netzwerk auf einen gültigen Stand einigt, bestimmt der jeweilige Konsensmechanismus.
Wie sind die Blöcke miteinander verbunden?
Jeder Block enthält neben den gespeicherten Daten einen kryptografischen Fingerabdruck, den sogenannten Hash. Außerdem verweist er in der Regel auf den Hash des vorherigen Blocks. Dadurch entsteht eine nachvollziehbare Reihenfolge - die Blockchain.
Würden ältere Daten nachträglich verändert, würde sich auch der zugehörige Hash ändern. Die Verbindung zum nachfolgenden Block wäre nicht mehr stimmig und die Abweichung könnte vom Netzwerk erkannt werden. Um die Historie erfolgreich umzuschreiben, müsste ein Angreifer daher nicht nur einen einzelnen Eintrag verändern, sondern auch die nachfolgenden Blöcke und die Regeln des Netzwerks überwinden.
Deshalb gelten gut abgesicherte öffentliche Blockchains als manipulationsresistent. Die häufig verwendete Aussage, Blockchain-Daten seien grundsätzlich „unveränderbar“ oder „fälschungssicher“, ist jedoch zu pauschal. Die tatsächliche Sicherheit hängt unter anderem von der Größe des Netzwerks, dem Konsensverfahren, der Software und der Verteilung der Kontrolle ab.
Wer verwaltet und kontrolliert eine Blockchain?
Eine öffentliche Blockchain wird durch ihr Protokoll und die daran teilnehmenden Netzwerkknoten verwaltet. Das Protokoll definiert die Regeln: Welche Transaktionen sind gültig? Wer darf einen Block vorschlagen? Wie wird ein Konflikt zwischen verschiedenen Versionen gelöst?
Damit sich unabhängige Teilnehmer auf einen gemeinsamen Stand einigen können, braucht das Netzwerk einen Konsensmechanismus. Zu den bekanntesten Verfahren gehören:
- Proof of Work: Teilnehmer setzen Rechenleistung ein, um neue Blöcke zu erzeugen und das Netzwerk abzusichern. Bitcoin verwendet Proof of Work.
- Proof of Stake: Validatoren hinterlegen Kryptowährungen als Einsatz und wirken entsprechend den Protokollregeln an der Bestätigung neuer Blöcke mit. Ethereum nutzt Proof of Stake.
- Weitere Ansätze: Je nach Zielsetzung kommen beispielsweise Proof of Authority, Delegated Proof of Stake oder hybride Modelle zum Einsatz.
Ein Konsensmechanismus ist immer ein Kompromiss. Geschwindigkeit, Energiebedarf, Dezentralität und Sicherheit lassen sich nicht unabhängig voneinander maximieren. Deshalb setzen verschiedene Blockchains unterschiedliche Prioritäten.
Welche Arten von Blockchains gibt es?
Blockchains lassen sich vor allem danach unterscheiden, wer das Netzwerk nutzen, Daten einsehen und Transaktionen bestätigen darf:
- Öffentliche Blockchain: Jeder kann das Netzwerk grundsätzlich verwenden und dessen Daten prüfen. Bitcoin und Ethereum sind bekannte Beispiele.
- Private Blockchain: Ein Unternehmen oder eine Organisation bestimmt, wer Zugang erhält und welche Teilnehmer Einträge bestätigen dürfen.
- Konsortium-Blockchain: Mehrere ausgewählte Organisationen verwalten das Netzwerk gemeinsam. Dieses Modell wird vor allem für geschäftliche Anwendungen diskutiert.
- Hybride Blockchain: Öffentliche und geschlossene Bereiche werden miteinander kombiniert. Bestimmte Informationen bleiben intern, während ausgewählte Nachweise öffentlich überprüfbar sind.
Eine private Blockchain kann effizient sein, ist jedoch nicht im gleichen Sinn dezentral wie ein offenes Netzwerk. Der Begriff „Blockchain“ allein sagt daher noch wenig darüber aus, wie viel Kontrolle einzelne Akteure besitzen.
Die Rolle von Blockchain für Kryptowährungen
Kryptowährungen waren die erste Anwendung, durch die die Blockchain-Technologie weltweit bekannt wurde. Bitcoin nutzt seine Blockchain als öffentlich überprüfbares Register für digitale Eigentums- und Zahlungsinformationen. Das Netzwerk kann dadurch Transaktionen verarbeiten, ohne dass eine Bank ein zentrales Kontobuch führen muss.
Die Blockchain erfüllt bei Kryptowährungen mehrere Aufgaben:
- Sie dokumentiert, welche Einheiten bereits übertragen wurden.
- Sie verhindert nach den Regeln des Netzwerks unzulässige oder doppelte Ausgaben.
- Sie schafft eine gemeinsame Transaktionshistorie für alle Teilnehmer.
- Sie ermöglicht es Nutzern, Eigentum durch kryptografische Schlüssel nachzuweisen und zu übertragen.
Bitcoin konzentriert sich vor allem auf ein dezentrales Geld- und Zahlungssystem. Netzwerke wie Ethereum können darüber hinaus programmierbare Anwendungen ausführen. Dadurch lassen sich Token, dezentrale Finanzanwendungen und weitere digitale Güter auf einer Blockchain abbilden.
Blockchain und Kryptowährung sind trotzdem nicht dasselbe. Die Blockchain ist die technische Infrastruktur, während Coins oder Token innerhalb eines Netzwerks bestimmte Funktionen erfüllen. Den Unterschied erklären wir ausführlich im Beitrag Coin vs. Token. Einen breiteren Einstieg in digitale Währungen bietet unser Handbuch Was sind Kryptowährungen?.
Was sind Smart Contracts und Blockchain-Oracles?
Ein Smart Contract ist ein Programm, das auf einer Blockchain gespeichert und nach vorgegebenen Regeln ausgeführt wird. Vereinfacht gesagt kann der Code automatisch eine Aktion auslösen, sobald die definierten Bedingungen erfüllt sind. Eine zentrale Stelle, die den Ablauf manuell freigibt, ist dafür nicht zwingend erforderlich.
Smart Contracts bilden unter anderem die Grundlage für dezentrale Börsen, Kreditprotokolle, digitale Sammlerstücke und automatisierte Transaktionen. Wie sie aufgebaut sind und wo ihre Grenzen liegen, erfährst Du in unserem Ratgeber über Smart Contracts.
Eine Blockchain kennt zunächst nur die Informationen, die innerhalb ihres eigenen Netzwerks vorhanden sind. Benötigt ein Smart Contract externe Daten – etwa einen Marktpreis, ein Sportergebnis oder Wetterdaten –, kommen sogenannte Oracles zum Einsatz. Sie stellen die Verbindung zwischen Blockchain und Außenwelt her. Mehr dazu findest Du in unserem Beitrag über Blockchain-Oracles.
Wie werden Blockchains schneller und skalierbarer?
Öffentliche Blockchains müssen Sicherheit, Dezentralität und Leistungsfähigkeit miteinander vereinbaren. Eine starke Nachfrage kann deshalb zu längeren Wartezeiten und höheren Transaktionsgebühren führen. Entwickler arbeiten mit verschiedenen Ansätzen daran, die Kapazität zu erhöhen:
- Layer-2-Netzwerke verarbeiten einen Teil der Transaktionen außerhalb der Hauptblockchain und übermitteln anschließend gebündelte Ergebnisse.
- Sidechains sind eigenständige Blockchains, die über technische Brücken mit einem Hauptnetzwerk verbunden werden können.
- Alternative Datenstrukturen wie BlockDAG ordnen Transaktionen nicht ausschließlich in einer einzigen linearen Blockkette an.
Die jeweiligen Ansätze bringen eigene Annahmen und Risiken mit sich. Eine Einführung bietet unser Überblick zu Blockchain-Layern. Vertiefende Erklärungen findest Du außerdem bei Sidechains und BlockDAG.
Wo wird Blockchain eingesetzt?
Neben Kryptowährungen wird die Blockchain-Technologie für weitere Anwendungsbereiche erprobt. Dazu gehören unter anderem:
- Tokenisierung: Rechte an Vermögenswerten können digital abgebildet und übertragen werden.
- Zahlungsverkehr: Werte lassen sich über Ländergrenzen hinweg direkt zwischen Teilnehmern bewegen.
- Lieferketten: Mehrere Unternehmen können Herkunfts- und Transportdaten in einem gemeinsamen Register dokumentieren.
- Digitale Identitäten: Nutzer können ausgewählte Nachweise digital speichern und gegenüber Dritten belegen.
- Register und Zertifikate: Dokumente oder Zeitpunkte lassen sich kryptografisch nachweisen.
Nachdem es jahrelang einen regelrechten Hype um die Blockchain-Technologie gab, muss man heute nüchtern sagen: nicht jede dieser Anwendungen benötigt tatsächlich eine Blockchain. Die Technologie ist vor allem dann interessant, wenn mehrere voneinander unabhängige Parteien einen gemeinsamen Datenbestand benötigen, sich aber nicht vollständig auf einen einzelnen Verwalter verlassen möchten.
Blockchain oder normale Datenbank: Wo liegt der Unterschied?
Eine klassische Datenbank wird normalerweise von einer zentralen Organisation kontrolliert. Diese kann Zugriffsrechte vergeben, Einträge ändern und Fehler korrigieren. Das ist häufig schneller, günstiger und einfacher als der Betrieb einer Blockchain.
Eine Blockchain verteilt dagegen die Prüfung und Speicherung nach festgelegten Regeln auf mehrere Teilnehmer. Sie kann dadurch Vertrauen in eine zentrale Stelle teilweise durch technische und wirtschaftliche Anreize ersetzen. Dieser Vorteil wird allerdings mit höherer Komplexität, begrenzter Kapazität und teilweise höheren Kosten bezahlt.
Eine Blockchain ist deshalb keine grundsätzlich bessere Datenbank. Betreibt ohnehin eine einzige vertrauenswürdige Organisation das gesamte System, ist eine normale Datenbank oft die sinnvollere Lösung. Der Mehrwert einer Blockchain entsteht vor allem dort, wo gemeinsame Nachvollziehbarkeit, verteilte Kontrolle oder programmierbares digitales Eigentum benötigt werden.
Welche Vorteile und Nachteile hat eine Blockchain?
Zu den möglichen Vorteilen einer Blockchain gehören:
- Ein gemeinsamer und nachvollziehbarer Datenbestand
- Weniger Abhängigkeit von einer zentralen Verwaltungsstelle
- Hohe Widerstandsfähigkeit durch verteilte Netzwerke
- Nachträglich schwer veränderbare Transaktionshistorien
- Programmierbare Abläufe durch Smart Contracts
Dem stehen wichtige Nachteile und Grenzen gegenüber:
- Öffentliche Netzwerke können langsamer und teurer als zentrale Datenbanken sein.
- Der Energiebedarf hängt stark vom verwendeten Konsensmechanismus ab.
- Fehlerhafte Transaktionen lassen sich häufig nicht einfach zurückbuchen.
- Öffentliche Daten können mit Anforderungen an Privatsphäre kollidieren.
- Smart Contracts, Brücken und Anwendungen können Sicherheitslücken enthalten.
- Eine Blockchain löst nicht automatisch das Problem falscher Eingangsdaten.
Ob die Vorteile überwiegen, hängt daher immer vom konkreten Anwendungsfall ab. Daher kann man auch nicht pauschal sagen, dass eine Blockchain „gut“ oder „schlecht“ sei.
Ist eine Blockchain sicher?
Eine Blockchain kann sehr sicher sein, ist aber nicht automatisch unangreifbar. Entscheidend sind unter anderem der Konsensmechanismus, die Zahl und Verteilung der Netzwerkteilnehmer, die Qualität des Programmcodes sowie die wirtschaftlichen Kosten eines Angriffs.
Auch ein technisch robustes Netzwerk schützt Nutzer nicht vor jedem Risiko. Wer seine privaten Schlüssel verliert, eine Transaktion an die falsche Adresse sendet oder auf eine Phishing-Seite hereinfällt, kann sein Vermögen trotz sicherer Blockchain verlieren. Hier sind wir also bei der Fehlerquelle Mensch. Ebenso können fehlerhafte Smart Contracts, Wallets, Börsen oder Blockchain-Bridges angegriffen werden.
Die Sicherheit einer Blockchain sollte deshalb nie isoliert betrachtet werden. Das Protokoll kann zuverlässig funktionieren, während eine Anwendung oder der Umgang des Nutzers weiterhin Schwachstellen aufweist.
Fazit: Blockchain verstehen statt nur dem Begriff vertrauen
Eine Blockchain ist ein digitales Register, in dem Daten in einer nachvollziehbaren Reihenfolge gespeichert und über ein Netzwerk abgestimmt werden. Kryptografische Verknüpfungen und Konsensmechanismen erschweren nachträgliche Manipulationen und ermöglichen öffentlichen Netzwerken den Betrieb ohne eine zentrale Kontrollstelle.
Ihre bekannteste Anwendung sind Kryptowährungen: Bitcoin nutzt die Blockchain für ein dezentrales Zahlungssystem, während programmierbare Netzwerke zusätzlich Smart Contracts und digitale Anwendungen ermöglichen. Gleichzeitig ist nicht jede Blockchain dezentral, nicht jeder Eintrag automatisch wahr und nicht jeder Anwendungsfall besser als mit einer klassischen Datenbank gelöst.
Wenn Du Blockchain wirklich verstehen möchtest, solltest Du deshalb nicht nur auf Schlagwörter wie „unveränderbar“ oder „dezentral“ achten. Entscheidend sind die konkreten Regeln des Netzwerks, die Verteilung der Kontrolle und das Problem, das mit der Technologie gelöst werden soll. Die Kapitel dieses Handbuchs führen Dich von den Grundlagen über Konsens und Smart Contracts bis zu Oracles, Layern und Sidechains.
