Eine Blockchain ist eine Art verteiltes Buch (Distributed Ledger Technology, DLT), dass aus einer wachsenden Liste von Datensätzen besteht. Diese Datensätze nennt man Blöcke. Sie sind mithilfe von Kryptografie sicher miteinander verknüpft. Jeder Block enthält einen kryptografischen Hash des vorherigen Blocks, einen Zeitstempel und Transaktionsdaten (Im Allgemeinen als Merkle-Baum (Hash-Tree) dargestellt, bei dem die Datenknoten durch Blätter repräsentiert werden). Der Zeitstempel beweist, dass die Transaktionsdaten bereits existierten, als der Block erstellt wurde. Da jeder Block Informationen über den vorhergehenden Block enthält, bilden sie effektiv eine Kette, wobei jeder weitere Block mit dem vorhergehenden verknüpft ist. Folglich sind Blockchain-Transaktionen unumkehrbar, da die Daten in einem bestimmten Block nach ihrer Aufzeichnung nicht mehr rückwirkend veränderbar sind, ohne dass man alle nachfolgenden Blöcke verändert.
Blockchains werden in der Regel von einem Peer-to-Peer-Computernetzwerk (P2P) als öffentliches verteiltes Buch verwaltet, in dem die Knoten gemeinsam ein Konsensalgorithmusprotokoll befolgen, um neue Transaktionsblöcke hinzuzufügen und zu validieren. Obwohl Blockchain-Datensätze nicht unveränderlich sind, da Blockchain-Forks möglich sind, können Blockchains an sich als sicher angesehen werden und stellen ein Beispiel für ein verteiltes Computersystem mit hoher byzantinischer Fehlertoleranz dar.
Was hat es mit dem byzantinischen Fehler auf sich?
Als byzantinischen Fehler bezeichnet man in der Informationstechnik Fehler, bei denen sich ein System beliebig falsch verhält. Beispielsweise schickt ein Server gelegentlich falsche Antworten und erreicht gelegentlich falsche Systemzustände. Ein byzantinischer Fehler beschreibt im Allgemeinen ein schwer zu erfassendes Fehlermodell. In Mehrprozessor-Systemen bezeichnet der byzantinische Fehler eine Fehlerklasse. Falls eine Komponente an verschiedene Prozessoren unterschiedliche (protokollkonforme) Ergebnisse liefert, spricht man von einem byzantinischen Fehler.
Wer hat es erfunden und wofür?
Die erste Blockchain wurde von einer Person, oder einer Gruppe von Personen, unter dem Namen bzw. dem Pseudonym Satoshi Nakamoto im Jahr 2008 geschaffen. Dieser sollte als öffentliches verteiltes Hauptbuch für Bitcoin-Kryptowährungstransaktionen dienen. Dieser Arbeit basiert auf früheren Arbeiten von Stuart Haber, W. Scott Stornetta und Dave Bayer. Der Source Code ist Open Source und kann auf GitHub unter https://github.com/bitcoin/bitcoin eingesehen. Die Implementierung der Blockchain in Bitcoin, machte es zur ersten digitalen Währung, die das Problem der doppelten Ausgaben ohne die Notwendigkeit einer vertrauenswürdigen Behörde bzw. Institution oder eines zentralen Servers löste. Das Bitcoin-Design hat andere Anwendungen und Blockchains inspiriert, die für die Öffentlichkeit zugänglich sind und von Kryptowährungen bzw. NFT Projekten in großem Umfang genutzt werden. Die Blockchain kann als eine Art Zahlungsschiene betrachtet werden.
Zentrale Einheiten einer Blockchain
Distributed-Ledger-Technologie (DLT)
Alle Netzwerkteilnehmenden haben Zugriff auf ein verteiltes „Kontobuch“ (distributed Ledger) mit nicht manipulierbaren Datensätzen der Transaktionen. In diesem gemeinsam genutzten Kontobuch werden Transaktionen nur ein einziges Mal aufgezeichnet, wodurch die für traditionelle Unternehmensnetzwerke typische Doppelarbeit entfällt.
Nicht manipulierbare Datensätze
Keiner der Teilnehmenden kann eine Transaktion verändern oder manipulieren, nachdem diese im gemeinsam genutzten Kontobuch aufgezeichnet wurde. Falls ein Transaktionsdatensatz einen Fehler enthalten sollte, muss eine neue Transaktion hinzugefügt werden, die diesen Fehler korrigiert, und beide Transaktionen sind in der Folge sichtbar.
Smart Contracts
Um Transaktionen zu beschleunigen, wird ein Regelwerk – Smart Contract genannt – in der Blockchain gespeichert und automatisch ausgeführt. Ein Smart Contract kann beispielsweise Bedingungen für die Übertragung von Unternehmensanleihen, Bedingungen für eine zu zahlende Reiseversicherung und vieles mehr definieren. In dem Beitrag von gestern gehe ich Explizit auf dieses Thema ein.
Fazit
Bei einer Blockchain hat man als Mitglied eines nur auf Mitglieder begrenzten Netzwerks die Sicherheit, dass man präzise und termingerechte Daten erhält und das die vertraulichen Blockchain-Datensätze nur mit den anderen Netzmitgliedern geteilt werden, denen man ausdrücklich den Zugriff gewährt hat. Von allen Netzmitgliedern wird Konsens zur Korrektheit der Daten verlangt und sämtliche validierten Transaktionen sind nicht manipulierbar, weil sie permanent aufgezeichnet werden. Niemand kann eine Transaktion löschen oder ändern. Dies stellt eine immense Sicherheit dar.
Bei einem verteilten Kontobuch, dass von Mitgliedern eines Netzwerks gemeinsam genutzt wird, entfällt der Bedarf nach einem zeitaufwendigen Abgleichen von Datensätzen. Und zur Beschleunigung von Transaktionen lässt sich ein Regelwerk – Smart Contract genannt – in der Blockchain speichern und automatisch ausführen. Dies wiederum steigert die Effizienz ungemein. Häufig vergeudet man wertvolle Arbeitszeit mit der Pflege von Duplikaten, Datensätzen und mit Validierungen anderer Anbieter. Traditionelle Aufzeichnungssysteme können anfällig für Betrugsversuche und Cyberangriffe sein. Eingeschränkte Transparenz kann die Verifizierung von Daten behindern. Und durch das IoT (Internet of Things = Internet der Dinge) sind das Volumen von Transaktionsdaten explosionsartig gestiegen. All dies verlangsamt die Prozesse bzw. das Geschäft, belastet das Ergebnis – und bedeutet, dass wir bessere Methoden benötigen. Hier kann die Blockchain Abhilfe schaffen.