Was ist eigentlich Blockchain?

(Last Updated On: 16. April 2018)

Blockchain ist eine Technologie, die ursprünglich von der Gruppe hinter dem Pseudonym Satoshi Nakamoto für die e-currency Bitcoin entwickelt wurde. Auch wenn das der am weitesten verbreitete Use Case von Blockchain ist, gibt es für die Industrie viele weitere Anwendungsbereiche.

Blockchain kann man sich vorstellen als ein digitales, nicht verfälschbares Buch. Dieses Buch enthält in der Regel Aufzeichnungen von Transaktionen. Diese Transaktionen können Zahlungen sein, aber auch andere Vorgänge. Mögliche Szenarien sind etwa der Verkauf von Diamanten, Immobilien oder anderen Handlungen, die fest gehalten werden müssen. Um das Prinzip der Blockchain besser zu verstehen, werden wir in diesem Beitrag 3 Stufen durchlaufen

  • Wir erklären das Prinzip der Blockchain zunächst anhand eines einfachen Beispiels einer Kaffeeliste in einem kleinen Betrieb
  • Wir tauchen dann tiefer in die Thematik ein und erörtern  anhand von Bitcoin, wie das Prinzip hinter Blockchain Schritt für Schritt funktioniert.
  • Wir sehen uns zu guter letzt an, wie eine Blockchain rein technisch, also anhand von kryptographischen Berechnungen, funktioniert
  • Wir erörtern zu guter letzt die Probleme, die mit der Blockchain-Technologie einher gehen

Blockchain – ein Beispiel zum Verständnis

Stellen Sie sich eine Blockchain als ein Excel-Sheet vor. Wir haben also eine .xls-Datei. Nehmen wir einmal an, Sie sind Mitarbeiter einer Firma, und die Gemeinschaft kauft für alle Mitarbeiter Kaffeepulver, Zucker und Milch. Das Problem was wir habt ist, dass Sie explizit nicht wollen, dass Mitarbeiter ihren Kaffee sofort zahlen müssen, da dies zu viel Umstand bereitet. Statt dessen soll jeden Monat ein anderer Mitarbeiter die Bestände auffüllen. Derzeit wird die Liste von einem Mitarbeiter gepflegt. Problem: Der Mitarbeiter,welcher die Liste pflegt, trägt bei sich selbst und bei seinen Spezls ein, dass diese bereits einmal Bestände aufgefüllt haben, obwohl dies nicht der Fall ist. Oder sie tragen  einem unbeliebten Mitarbeiter ein, dass er nicht nach gekauft hat, obwohl er dies getan hat. So umgehen sie die Pflicht, diese Bestände aufzufüllen, und üben eine Machtposition gegenüber den anderen Mitarbeitern aus.

Ein weiteres Problem: Wenn die Excel-Datei auf dem PC des einen Mitarbeiters verloren geht, gibt es keine Aufzeichnungen mehr darüber, wer schon einmal bezahlt hat, und wer nicht.

Um diese Probleme zu lösen, verteilt man das Dokument über das Netzwerk. Das Dokument kann jetzt von jedem Mitarbeiter gepflegt werden. Pflegt ein Mitarbeiter eine Änderung in das Dokument ein, muss er die Änderung an alle anderen Mitarbeiter schicken. Wenn die Mitarbeiter die neue Version des Dokumentes mit der alten vergleichen, können sie sehen, ob der Mitarbeiter unberechtigterweise einen Datensatz hinzugefügt hat, weil ja ersichtlich ist, ob eine neue Packung gekauft wurde, oder eben nicht. Dadurch fällt auf, wenn jemand unberechtigterweise an der Liste rumspielt. Das zweite Problem des Verlustes der Datei ist dadurch ebenfalls gelöst, weil die anderen Mitarbeiter ja eine Kopie der Excel-Datei haben.

Ein Problem gibt es aber noch. Nehmen wir einmal an, zwei Mitarbeiter kaufen gleichzeitig, also am selben Tag, eine neue Packung Kaffee. Beide Mitarbeiter gehen nun gleichzeitig her und bearbeiten die Excel Datei. Mitarbeiter A und B tragen beide in die ihnen vorliegenden Kopien der Excel-Datei in eine neue Zeile ein, dass sie eine neue Packung gekauft haben. Zuerst speichert Mitarbeiter A die Excel-Datei ab und schickt seine Datei an die Kollegen. Danach speichert Mitarbeiter B die Excel-Datei ab und schickt seine Datei an die Kollegen. Das Problem: Die neueste Version der Excel-Datei von Mitarbeiter B enthält nicht die Transaktion von Mitarbeiter A. Wenn also alle Mitarbeiter her gehen und einfach ihre Version der Excel-Datei mit der neuesten Version, die von Mitarbeiter B bereit gestellt hat, überschreiben, hat niemand anderer außer Mitarbeiter A noch einen Nachweis dafür, dass Mitarbeiter A Kaffee gekauft hat. Mitarbeiter A tut sich nun schwer bei seiner Behauptung, Kaffee gekauft zu haben. Denn er hat den Beweis dafür (die Packung Kaffee) bereits eingelagert, und alle anderen Mitarbeiter haben keine Aufzeichnung darüber, dass er es war, der diese Packung dort platziert hat.

Einige Techies unter euch würden jetzt sagen: Ja klar, das ist das typische Problem von Excel, es ist nicht ACID-compliant. Die Lösung ist eine Datenbank. Wenn Mitarbeiter statt einer Excel-Datei immer nur einen Datensatz in eine Datenbank-Tabelle einfügen, dann sind die beiden Einträge von Mitarbeiter A und Mitarbeiter B in der Datenbank drin, unabhängig davon, wer zuletzt „auf Speichern gedrückt hat“. Problem bei der Datenbank ist wieder: Sie ist zentral verwaltet. Das heißt, ein Mitarbeiter kann einen Datensatz in der Datenbank wieder löschen oder verändern, ohne dass die anderen Mitarbeiter es mitbekommen. Sie können nämlich den aktuellen Stand der Datenbank nicht mehr mit dem alten Stand vergleichen. Das heißt, wir müssen wieder sicher stellen, dass jedes mal, wenn etwas an der Datenbank verändert wird, eine Kopie der alten und neuen Version der Datenbanktabelle den anderen Mitarbeitern zur Verfügung gestellt wird, damit diese gegen prüfen können. Wir brauchen also eine Revisionssicherheit.

Anstatt einer Datenbank löst ihr das Problem ganz einfach, indem die Mitarbeiter nicht mehr die gesamte Excel-Datei verändern, wenn sie Kaffee kaufen. Stattdessen schicken diese immer nur eine neue Excel Datei mit nur einer einzigen Zeile an die anderen Mitarbeiter. Diese kopieren die neue Zeile dann in ihre jeweilige Kopie der“Master-Datei“. Zu guter letzt vergleichen alle Mitarbeiter, ob ihre Version der Master-Datei deckungsgleich mit der Version der anderen Mitarbeiter ist. Dabei müssen nicht alle Mitarbeiter zustimmen, dass die Transaktion in Ordnung ist. Wie kontrollieren das die Mitarbeiter? Das ist den Mitarbeitern selbst überlassen. Das System interessiert sich nicht dafür. Wenn Sie heute einem Handwerker 50 € überweisen, weil er Ihren Abfluss gereinigt hast, kontrolliert ja auch niemand auf der Bank, ob der Abfluss jetzt sauber funktioniert. Die meisten Mitarbeiter schauen einfach ins Regal in der Teeküche, andere fragen beim Sitznachbarn des Mitarbeiters, andere vertrauen der Person blind, weil sie sie persönlich kennen. Man einigt sich darauf, dass die Transaktion stimmt, wenn ein gewisser Prozentsatz der Kaffeetrinker abnickt, dass Mitarbeiter A und B jeweils eine neue Packung gekauft haben. Damit ist für alle Mitarbeiter nachvollziehbar, dass die Änderung in Ordnung ist, und es geht mit rechten Dingen zu. Genau so funktioniert Blockchain. Die Blockchain löst das Problem, dass es keine zentrale Kontrollinstanz mehr gibt, die bestimmt, welche Informationen der Wahrheit entsprechen, sondern dies durch die Gemeinschaft geschieht.

Blockchain nun anhand von Bitcoin erklärt

Nun wollen wir unser Blockchain-Beispiel anhand von Bitcoin erklären.  Bitcoin ist nicht die einzige e-Currency, die auf diese Art und Weise funktioniert, wie im Folgenden geschildert.

Wer kontrolliert eigentlich, wer wie viel Geld hat? Das ist die zentrale Frage, die es bei der Digitalisierung von Geldwerten zu beantworten gilt. Im klassischen Geldmodell überwacht dies eine Zentralbank. Die Zentralbank ist der zentraler Verwalter aller Geldstände einer Währung. Die Zentralbank ist dafür zuständig, zu überwachen, dass Teilnehmer einer Wirtschaft nicht hergehen, und Geld „erfinden“. Ziel der Zentralbank ist es, dass nur Transaktionen mit Geld genehmigt werden, welches zuvor von der Zentralbank offiziell ausgegeben wurde. Dadurch soll verhindert werden, dass der Huber Meier aus Rosenheim an seinen Kontostand einfach mal eine 0 anhängt und von dem gerade eben „erschaffenen“ Geld sauber shoppen geht . Um sich vor diesem digitalen Geldbetrug zu schützen, führt die Zentralbank diverse Schutzmechanismen ein, die unter Anderem hierzulande von der BaFin durchgesetzt werden. Ein typische s Problem, mit dem die Zentralbank zu kämpfen hat, ist Falschgeld. Hier erfindet der Huber Meier das Geld nicht digital auf seinem Bankkonto, sondern analog, indem er das Geld einfach selber druckt. Um sich vor analogem Falschgeld zu schützen, führt die Zentralbank andere Schutzmechanismen ein wie beispielsweise Schutzstreifen auf den Geldscheinen. Aber nicht nur Zentralbanken sind heutzutage zentrale Verwalter von Geldwerten. Paypal wäre ein anderes Beispiel für diese Verwaltung von Geldwerten, die als zentrale Instanz fungiert. Paypal trägt die Verantwortung dafür, dass Kunden ihrem Paypal-Account nicht einfach Geld hinzufügen können, welches de fakto nicht existiert. Und die gewöhnlichen Banken dienen vor allen Dingen als „Mittelsmann“ bei Transaktionsgeschäften. Sowohl der Käufer, als auch der Verkäufer von Gütern, vertrauen dem Bankensystem. Das heißt wenn der Käufer Geld überweist, vertraut er darauf, dass das Bankensystem dem Verkäufer das Geld zu kommen lässt und diesen davon in Kenntnis setzt. Der Verkäufer vertraut darauf, dass das ihm zugesicherte Geld nun auch wirklich ihm gehört, und versendet darauf hin den zum Verkauf stehenden Artikel.

Das Problem bei dem klassischen Geldsystem ist, dass es nur so lange funktioniert, wie man den zentralen Parteien vertrauen kann. So ist es in der Geschichte immer mal wieder passiert, dass den eigentlichen Inhabern von Geld der Zugang zu diesem verwehrt wurde, beispielsweise in Krisenzeiten. Ebenso bestimmt die zentrale Verwaltungseinheit selbständig darüber, einfach neues Geld in den Markt zu emittieren, also die Geldmenge auf dem Markt zu erhöhen.

Das Bitcoin-Netzwerk im Vergleich dazu ist jetzt ein dezentrales Verwaltungssystem von Geld.  Bei einem dezentralisierten System wird jeder Teilnehmers eines Systems auch gleichzeitig Überwacher des Systems. Genau so, wie es weiter oben in unserem Kaffeekassen-Beispiel geschieht. In unserem obigen Beispiel nimmt jeder Mitarbeiter am Kaffeekassen-System teil und profitiert davon, kontrolliert aber gleichzeitig, ob alles mit rechten Dingen zu geht. Je mehr Leute am System teilnehmen, desto mehr Überwacher gibt es, welche die Konsistenz des Systems sicher stellen.

Je größer die Anzahl der Teilnehmer im System, desto geringer die Wahrscheinlichkeit, dass die Summe der Überwacher subjektiv handelt. Wir kommen zurück auf unser Kaffeekassen-Beispiel. Es ist gut möglich, dass etwa ein Mitarbeiter eines Unternehmens in einer Abteilung sehr unbeliebt ist und daher  von allen anderen Mitarbeitern in dieser Abteilung gehänselt wird. Fungieren lediglich die Mitarbeiter dieser Abteilung als Überwacher des Kaffeekassen-Systems, können Sie das System manipulieren, indem sie beispielsweise nicht anerkennen, dass der betroffene Mitarbeiter nach gekauft hat. Es ist jedoch schon wesentlich unwahrscheinlicher, dass der Mitarbeiter innerhalb eines gesamten Bereiches – oder innerhalb des ganzen Unternehmens – unbeliebt ist. Das heißt, je mehr Teilnehmer das System hat, desto unabhängiger und objektiver wird es.

Welche Probleme löst Blockchain?

Dieses System löst die folgenden Probleme:

  • Es gibt keinen zentralen Überwachungsapparat mehr. Dadurch ist das System objektiver
  • Die Überwachung und die „Kontoführung“ ist verteilt. Das heißt, wenn ein Überwacher aus dem Netzwerk ausscheidet oder sich dazu entschließt, seinen Dienst einzustellen, sind immer noch genügend andere da.
  • Überwacher sind gleichzeitig Teilnehmer am Netzwerk. Jeder Überwacher hat gleichzeitig ein Interesse daran, das Netzwerk zu nutzen. Dadurch entfällt in der Praxis viel Overhead im Gegensatz zur klassischen Geldverwaltung. Im Bitcoin-Netzwerk gibt es beispielsweise keine „Transfergebühr“ oder „Kontoführungsgebühr“. Banken beginnen sich für die Blockchain zu interessieren, weil sie verstehen, dass die Blockchain gleichzeitig nicht nur eine Chance, sondern auch eine Bedrohung für die Banken ist. Wenn man keine Banken mehr braucht, um ein Geldsystem aufrecht und stabil zu erhalten, sinkt die Marktmacht der Banken rapide.

Wie funktioniert eine Blockchain-Transaktion im Bitcoin-Netzwerk organisatorisch?

Wird nun eine Transaktion im Geldsystem vorgenommen, also Geld von Teilnehmer A an Teilnehmer B überwiesen, müssen die Überwacher des Systems bestätigen, dass dies auch wirklich der Fall war. Das Netzwerk muss also zu einem Konsensus kommen, der bestätigt, dass diese Transaktion legitim ist. Wie geschieht das?

Zunächst wäre da einmal das Blockchain-Netzwerk. Was in unserem Kaffee-Beispiel die Mitarbeiter und ihre Versionen der Excel-Master-Datei sind, sind in einem Blockchain-Netzwerk „Peers“ und eine Kopie der Blockchain. Nodes sind beispielsweise Computer, die am Blockchain-Netzwerk beteiligt sind.

Jeder dieser Computer hat eine Version der Blockchain herunter geladen. Man unterscheidet zwischen Full Nodes und Light Nodes. Full Nodes sind Knoten, die möglichst dauerhaft online und damit am System beteiligt sind. Das sind in der Regel richtige Server oder kleine Appliances, die 24/7 als Überwacher im Bitcoin-System fungieren. Light Nodes sind in der Regel Verbraucher-PCs. Diese fungieren zwar auch in der Zeit, in welcher sie online sind, als Überwacher. Jedoch sind diese Knoten in der Regel nur sehr kurz ans Netzwerk angebunden. Meist werden Light Nodes nur betrieben, weil jemand Bitcoins überweisen oder empfangen will.

Warum sollten Teilnehmer ihre Hardware 24/7 ans Bitcoin-Netz hängen? Ganz einfach, weil sie dafür entlohnt werden. Jeder Teilnehmer am Bitcoin-Netzwerk wird für seine Aufgabe als Überwacher belohnt, indem er die Chance erhält, Bitcoins zu „gewinnen“. Den Prozess des „Gewinnens“ von Bitcoins nennt man Bitcoin Mining. Für die Teilnahme am Gewinnspiel zahlt man durch die Zeit, die man online sein muss, um entsprechend zu gewinnen. Während dieser Zeit fungiert man innerhalb des Systems als Überwacher. So stellt das System sicher, dass es immer genug Teilnehmer gibt, um einen Konsensus zu erreichen. Das ist wie bei der Bundestagswahl. Obwohl nicht alle Bürger der BRD zur Wahl gehen, ist es trotzdem möglich, eine absolute Mehrheit im Bundestag zu erreichen (mit oder ohne Koalition sei mal dahin gestellt).

Wie funktioniert nun die Überwachung des Systems im Detail? Nun, das können wir uns folgendermaßen vorstellen. Nehmen wir an, derzeit nehmen 5 Teilnehmer am Bitcoin-Netzwerk teil. Diese 5 Personen sitzen in einem Raum. Diese 5 Personen haben folgende Ziele:

  • Geld an die 4 jeweils anderen Teilnehmer überweisen und empfangen
  • Geld „gewinnen“, indem sie Bitcoin Mining betreiben als Entlohnung für ihre Überwachungsfunktion im Netzwerk

Dabei einigt man sich auf folgende Prämissen

  • Die Teilnehmer haben aus ihren letzten Sitzungen, in denen sie gemeinsam im Raum gesessen haben, einen Stapel mit Blöcken. Auf diesen Blöcken stehen Geldüberweisungen drauf, die in der Vergangenheit schon einmal durchgeführt wurden und wo jeder der Teilnehmer gesagt hat: „Jopp, genau so ist es gewesen, die Transaktionen sind bestätigt“. Die Teilnehmer gleichen unter einander ihre Blöcke ab, um sicher zu stellen, dass alle noch die selbe Version des Blockstapels haben. Gleichzeitig nehme sie einen neuen Block, auf dem sie in dieser Sitzung neue Transaktionen mit schreiben.
  • Eine Ausnahme ist Teilnehmer E. Dieser ist zum ersten mal dabei und hat noch keinen Blockstapel. Teilnehmer E kriegt von den unterschiedlichen Teilnehmer ihre Blockstapel gezeigt. Nachdem Teilnehmer E verifiziert hat, dass die meisten Teilnehmer den selben Block haben, übernimmt er einfach ihre Blockstapel und kopiert sich diese.
  • die 5 Teilnehmer bekommen eine mathematische Aufgabe gestellt. Der Teilnehmer, welcher als erstes dieses mathematische Problem löst, gewinnt Geld.
  • Der Teilnehmer verpflichtet sich, während der Zeit, in welcher er die mathematische Aufgabe löst, alle Überweisungen, also Geldtransfers, mit zu schreiben, die andere Teilnehmer im Netzwerk tätigen.
  • Währen die 5 Teilnehmer die mathematischen Probleme durchrechnen, nehmen sie gleichzeitig am Netzwerk teil. Das heißt sie können nebenbei Geld überweisen und empfangen. Aber auch wenn sie eigentlich nur Geld überweisen und empfangen wollen und kein Interesse am Gewinnspiel haben, müssen sie trotzdem die Transaktionen der anderen Teilnehmer mit schreiben, so lange sie im Raum bleiben und am Netzwerk teilnehmen.
  • Teilnehmer A sagt: „Alle mal her hören, Teilnehmer C hat gestern bei mir den Rasen gemäht, dafür überweise ich ihm 2 Bitcoins“. Alle anderen Teilnehmer schreiben das mit.
  • Teilnehmer D sagt: „Alle mal her hören, Teilnehmer E hat gestern mein Auto gewaschen, dafür überweise ich ihm 5 Bitcoins“. Alle anderen Teilnehmer schreiben das mit.
  • Teilnehmer B sagt auf einmal: „Gewonnen! Das ist die Lösung der mathematischen Aufgabe!“
  • Alle anderen Teilnehmer schauen ganz verdutzt, überrascht davon, wie schnell Teilnehmer B beim Lösen der Aufgabe war. Sie schauen sich den Block von Teilnehmer B an. Auf dem Block von Teilnehmer B steht
    • Teilnehmer A überweist an Teilnehmer C 2 Bitcoins
    • Teilnehmer D überweist an Teilnehmer E 5 Bitcoins
    • Lösung mathematische Aufgabe: 42
  • Die anderen Teilnehmer im Netzwerk müssen jetzt überprüfen, ob 42 wirklich das richtige Ergebnis ist. „Ne, das ist mir zu blöd, ich hab keinen Bock mehr“. Sagt Teilnehmer E und verlässt den Raum. Er ist zufrieden, denn er hat von Teilnehmer D ja seine 5 Bitcoinsm bekommen. Teilnehmer E überprüft also nicht das Ergebnis der mathemtischen Aufgabe mit, sondern steigt aus. Er ist ein Light Node.
  • Die anderen Teilnehmer überprüfen nun die Lösung. Und Tatsache: 42 ist die richtige Lösung.
  • Jetzt wird als nächstes der Rest kontrolliert, den Teilnehmer B auf seinem Block stehen hat. „Teilnehmer A überweist an Teilnehmer C 2 Bitcoins?“ Passt, das habe ich auch. Deswegen wird die Transaktion von Teilnehmer A and Teilnehmer C genehmigt. „Teilnehnmer D überweist an Teilnehmer E 5 Bitcoins?“ Das habe ich auch, passt.
  • Alle Teilnehmer machen jetzt folgendes. Sie werfen den eigenen Block, auf welchem sie versucht haben, das mathematische Problem zu lösen und die Transaktionen der Teilnehmer mit zu schreiben, einfach weg. Statt dessen akzeptieren sie einfach den Block, den Teilnehmer B geschrieben hat, da sich alle einig darüber sind, dass dieser Block richtig ist. Um eine spätere Manipulation der Blockseiten zu vermeiden, geschieht durch ein kryptographisches Mapping der neuen Seite auf die Vorgängerseite. Es ist also in Zukunft nicht möglich, unerkannt eine Seite unter den STapel zu schmuggeln.
  • Der Block von Teilnehmer B wird jetzt genommen. Jeder der anderen Teilnehmer im Netzwerk kopiert sich den Block von Teilnehmer B und „klebt“ ihn auf den bestehenden Blockstapel der vergangenen Transaktionen drauf. Jeder Teilnehmer hat den neuen Block jetzt auf seinem Blockstapel, auf dem gültige Transaktionen stehen.

Am nächsten Tag treffen sich die 5 Teilnehmer wieder im Raum und wollen wieder am Gewinnspiel teilnehmen und/oder das Bitcoin-Netzwerk nutzen. Da meldet sich auf einmal Teilnehmer A:

  • „Alle mal her hören. Also ich habe ja gestern einen Bitcoin 1 an Teilnehmer C überwiesen und….“
  • Die anderen Teilnehmer gucken Teilnehmer A verdutzt an. „Moment mal Teilnehmer A, das haben wir uns aber anders notiert. Gestern hieß es noch, du überweist Teilnehmer C zwei Bitcoins. Das kaufen wir dir nicht ab. Wenn du Teilnehmer C zu viel überwiesen hast, musst du rechtlich  durch setzen, dass Teilnehmer C die Transaktion rückgängig macht, wie bei normalem Papiergeld eben auch.“
  • Jetzt meldet sich Teilnehmer B zu Wort: „Hey alle hört mal, da wir grade dabei sind. Vor 2 Jahren hat mich Teinlehmer C über’s Ohr gehauen. Ich würde gerne die 50 Bitcoins, die ich ihm damals überwiesen habe, wieder zurück nehmen.“
  • Die anderen vier Teilnehmer schauen jetzt mit offenen Mündern zu Teilnehmer B. „Vor 2 Jahren, bist du verrückt, Mann?“ Das Blatt ist mittlerweile am unteren Ende des Stapels. Weißt du, wie viel Aufwand das ist, das Blatt aus dem Stapel zu lösen und dann die übrigen zwei Hälften des Stapels wieder zusammen zu heften? Im Verhältnis zu deinen 50 Bitcoins, die du verloren hast, ist das viel zu viel Aufwand. Geh gefälligst vor Gericht und erwirke dort, dass dir Teilnehmer C die 50 Bitcoins in einer neuen Transaktion einfach zurück überweist. Aber wir annulieren die Transkation von damals hier bestimmt nicht, das ist uns zu viel Aufwand! Selber Schuld, du hast damals geschrien, dass Teilnehmer C die 50 Bitcoins von dir bekommt, jetzt musst du dich auch selber darum kümmern, dass du die wieder kriegst.“

Wie funktioniert eine Blockchain-Transaktion technisch?

Wie genau das technisch abläuft, lässt sich nachvollziehen über eine Demo des MIT.  Hierbei wird das technische Prinzip der Blockchains, welches wir jetzt abstrakt und einfach beschrieben haben, noch einmal detailliert gezeigt.

Die Grundprinzipien der Blockchain

Dieses Beispiel erklärt nun ganz einfach die Grundprinzipien der Blockchain:

  • Das System nimmt Eintragungen vor, die jemand machen lassen will (wie etwa Geldtransaktionen), und andere Teilnehmer im System validieren dies. Durch diesen Validierungsprozess wird es für Betrüger schwierig, im Nachhinein etwas an diesen Daten zu ändern
  • Je tiefer in der Blockchain eine Eintragung ist, desto schwieriger wird es, die Eintragung zu verfälschen. Im Beispiel oben haben wir gesehen, dass wenn man eine Eintragung im letzten Block einer Blockchain ändert, man nur diesen einen letzten Block neu berechnen muss. Ändert man jedoch einen Block in der Mitte, müssen dieser Block und all seine Nachfolger-Blöcke neu berechnet werden. Auf Grund dieser Art und Weise sollte man beispielsweise, wenn man Bitcoins nutzt, die Generierung von drei Blöcken abwarten, bis man eine Transaktion als „definitiv bestätigt“ ansieht.

Welche Probleme bringt Blockchain mit sich?

Die Blockchain löst also viele Probleme, liefert aber gleichzeitig einige neue Probleme

Die Größe der Blockchain auf den Peers

Der Blockstapel, auf dem immer wieder neue Blockblätter „drauf geklebt werden“, symbolisiert die Blockchain, also eine Verkettung von Blöcken. Je mehr Transaktionen auf dem Blockstapel mit geschrieben werden, desto größer wird der Stapel. Mitte 2016 war die Blockchain von Bitcoin 60 GB groß. Diese wächst immer weiter an. Jeder Teilnehmer des Bitcoin-Netzwerkes muss diese Blockchain replizieren und ebenfalls speichern, um am Netzwerk teil zu nehmen. Das ist insofern in Ordnung, als dass die Kosten zur Speicherung von Daten immer geringer werden, und der Mehrwert durch die dezentrale und konsistente Speicherung der Daten wesentlich höher ist. In unserem Beipsiel musste sich Teilnehmer E erst mal den Blockstapel von den andern Teilnehmern kopieren, um mit machen zu dürfen. Mitte 2016 konnte man davon ausgehen, dass die Blockchain durchgängig von 5000 Knoten im Internet vorgehalten wird.

Zum Problem wird es, wenn Sie beispielsweise eine zensurfreie Plattform für Binärdateien wie etwa Videos schaffen wollen. Wenn Sie die Videos selbst in einer Blockchain speichern wollten, müssten alle Teilnehmer der Blockchain den gesamten Datenbestand  aller Videos replizieren. Viel Spaß dabei, beispielsweise die gesamte Videodatenbank von Youtube  zu replizieren. Die Blockchain-basierte Videoplattform D.Tube löst dieses Problem, indem die Blockchain des Portals nur Links zu Videos speichert. Die Videos selbst sind wiederum in einem dezentral organisierten Dateisystem, im sogenannten Interplanetary File System (IPFS) gespeichert.

Die Vertrauenswürdigkeit des Genesis Block

Wie Sie wissen, ist der Blockstapel in der Blockchain so aufgebaut, dass immer neue Blöcke auf den Stapel „drauf gelegt werden“. Um zu verhindern, dass ein Block in den Blockstapel eingeschmuggelt wird, geschieht ein kryptographisches Mapping zwischen dem Vorgänger- und Nachfolgerblock. Die Der Hash des Vorgänger-Blocks muss sich mit dem Prev-Wert des Nachfolger-Blocks decken, sonst weiß man, dass an einem Block etwas geändert wurde. Was ist nun aber mit dem aller ersten Block, zu dem es keinen Vorgänger gibt? Dieser Block ist bekannt als „Genesis Block“. Es muss auf irgend eine Art und Weise sicher gestellt werden, dass man diesem Genesis Block vertrauen kann. In der technischen MIT-Demo ist der Genesis-Block leer. Es kann aber auch im Genesis Block drin stehen, dass Meier Hubert 1 000 000 Bitcoins gehören, obwohl er das äquivalent in € nicht mal ansatzweise verdient hat. Es kann im Genesis Block auch der Holocaust geleugnet werden.

Das Problem mit der Anonymität

Alle Transaktionen im System sind anhand der Blockchain nachverfolgbar. Obwohl Bitcoin an sich anonym ist, man also nicht weiß, welcher realen Person welches Bitcoin-Konto gehört, kann man zu jedem Bitcoin-Konto sämtliche Transaktionen nachverfolgen. Dadurch lässt sich dann wiederum der aktuelle Kontostand eines jeden Bitcoin-Kontos nachvollziehen. Da jeder Teilnehmer an der Blockchain auch alle Daten der Blockchain hat, verfügt jeder Teilnehmer über volle Transparenz im Hinblick auf die in dieser Blockchain getätigten Transaktionen. Sie können sich also vorstellen, welche Katastrophe es bedeutet, wenn jemand heraus findet, welche reale Person sich hinter einem Bitcoin-Wallet verbirgt. Die gesamte Historie an Transaktionen für diese Person ist dann offen. Deswegen muss man bei Bitcoin viel Wert auf Anonymität rechnen, noch viel mehr als bei Geldtransfers. Fraglich ist deshalb, in wie weit sich Bitcoin für die Ablöse des Bargeldes eignen. Wenn Sie heute einem Verkäufer von Angesicht zu Angesicht gegenüber stehen, ihm ihren Ausweis unter die Nase halten, und dann im Anschluss per Bitcoin bezahlen, kann sich dieser Verkäufer auf blockchain.info den Transaktionsverlauf für ihren Wallet ansehen. Er sieht zwar dann nicht, welchem Empfänger wie Wallets gehören, an die sie Geld überweisen, sieht jedoch die Höhe und das Datum der Transaktionen.

Die Zusammensetzung der Peers muss objektiv bleiben

Ein weiteres Problem  an Blockchain ist, dass die Überwacher des Systems  de fakto keine Menschen sind, sondern Rechner. Die Nachvollziehbarkeit von Blockchain basiert allerdings auf der Möglichkeit, einen Konsensus zwischen den Überwachern des Systems herbei zu führen. Nun kann allerdings jemand, der viel Geld hat beispielsweise, entsprechend viele Rechner in das Bitcoin-System einbringen. Gehört ihm ein kritischer Prozentsatz des Bitcoin-Netzwerkes, beispielsweise 66%, könnte dieser Teilnehmer durch die hiermit erzielte Mehrheit einen Konsensus des Systems erzwingen. Dadurch wäre es ihm möglich, Transaktionen in der Blockchain bei der Erzeugung eines neuen Blocks zu seinen Gunsten zu fälschen.

Vertrauenswürdigkeit der Logik

Ich kann einer Blockchain-Software nicht vertrauen, deren Quellcode und somit deren Algorithmik nicht nachvollziehbar ist. Ein Stakeholder, der der Blockchain vertraut, muss also deren Quellcode einsehen können. Das muss nicht zwangsläufig heißen, dass der Blockchain-Quellcode allen zur Verfügung stehen muss. Bei Bitcoin, wo die gesamte Öffentlichkeit als Stakeholder fungiert, ist dies gegeben.

Ein anderes Beispiel jedoch wäre eine Versicherungsgesellschaft, die sicher stellen will, dass Anträge im Versicherungswesen nicht an irgend einer Stelle innerhalb des eigenen Unternehmens verfälscht werden. Dann betreibt die Versicherungsgesellschaft ihre eigene interne Blockchain. Die Stakeholder, welcher der Blockchain vertrauen, sind hier die oberste Leitungsebene, also das Management, und ggf. Gesellschafter und/oder Aktionäre. Also müssen auch nur diese Stakeholder der Blockchain und ihren Algorithmen vertrauen. Dementsprechend benötigen nur diese Stakeholder Zugriff auf den Quellcode.

Da nicht erwartet werden kann, dass ein Vorstand den Quellcode einer Blockchain versteht, muss man sich auf ein dezentrales Verfahren einigen, wie dieses Vertrauen hergestellt werden kann – beispielsweise durch die Zertifizierung von mehreren unabhängigen Zertifizierungsinsitituten. Wird die Zertifizierung von lediglich einem Zertifizierungsinstitut vergeben, ist die Blockchain zentral akkreditiert, was diese wiederum anfällig gegen Korruption u. Ä. macht. Eine interne Blockchain, die von verschiedenen Überwachern innerhalb einer Organisation betrieben wird, dient aber gerade dazu, Korruption innerhalb des Unternehmens zu verhindern.

Die Blockchain ist zwar innerhalb des Unternehmens dezentral aufgebaut und daher grundsätzlich objektiv, steht jedoch nach außen hin und der Zentralverwaltung der Versicherungsgesellschaft. Während die Blockchain also nach innen gerichtet objektiv ist, ist sie dies nach außen hin nicht. Eine Blockchain ist immer ein Stück Software, welche eine bestimmte fachbezogene Logik – zusätzlich zu der eigentlichen Blockchain Logik – implementiert.

Es wäre beispielsweise total hirnrissig, wenn jemand in der Bitcoin-Logik einfach Bitcoins ausgeben könnte, die er nicht besitzt. Er könnte aber Millionen an Bitcoins Schulden machen und damit haufenweise Geld überweisen, und es würde niemanden interessieren. Würde die Bitcoin-Blockchain das erlauben, wären Bitcoins heute nichts mehr wert. Deswegen gibt es in der Bitcoin-Blockchain eine Coinbase.

Wartungsfähigkeit des Quellcodes

Eine Blockchain-Logik ist nur beschränkt wartungsfähig. Greifen wir den Punkt von vorhin noch einmal auf: Das Vertrauen der Nutzer an einer Blockchain ist abhängig vom Vertrauen der Nutzer am Quellcode der Blockchain. Das heißt allerdings wiederum, dass wenn jemand den Quellcode der Blockchain aktualisieren, also ändern möchte, dieses Vertrauen wieder neu hergestellt werden muss. Denn die Logik, der man zuvor vertraut hatte, wurde ja verändert. Dieses Problem kann man nur lösen, wenn sich die vertrauenden Stakeholder auf ein Verfahren einigen, nach dem dieses Vertrauen erneuert wird. Dieses Verfahren sollte ebenfalls dezentral sein. Denn sobald dieses Verfahren wieder von einer zentralen Stelle (beispielsweise von einem Zertifiizerungsinstitut oder von einem Staat) gesteuert wird, ist der Use Case für die Blockchain wieder dahin.

Der Vertrauenswert der Blockchain schwankt

Der Aussagewert einer Blockchain ist abhängig vom Vertrauen, welches in sie gelegt wird. Sollte aus irgendeinem Grund das Vertrauen in eine Blockchain kompromittiert werden, sind die gesamten Transaktionen, die in dieser Blockchain hinterlegt sind, zu hinterfragen. Die Konsistenz einer Blockchain wird aktuell nicht von irgendeinem Gesetz beschrieben, es gibt keine gesetzlichen Garantien, dass das, was in der Blockchain hinterlegt ist, auch wirklich stimmig ist. Das macht eine Blockchain vor allem im Hinblick auf eine investorische Perspektive zu einer Blase. Geht aus irgend einem Grund das Vertaruen in eine Blockchain verloren (etwa weil jemand 66% der Peers kontrolliert), stürzt der Wert dieser Blockchain nicht in den Keller, sondern auf 0. Anders im Vergleich dagegen steht etwa eine Zentralbank, die von Recht und Gesetz reguliert wird. Recht und Gesetz wiederum bieten bestimmte Garantien.

Das Recht auf vergessen werden

Blockchain ist dezentral verwaltet. Alles, was in der Blockchain einmal drin ist, ist nicht mehr änderbar. Das haben wir gerade gesehen. Jedes mal, wenn jemand versucht, einen Block innerhalb einer Blockchain zu ändern oder zu löschen, kriegen die anderen Peers in der Blockchain das mit und sagen „Nix da, die Blockchain ist ungültig. Hier sind die richtigen Werte!“

Einerseits ist das gut. Nehmen wir beispielsweise an, es gibt eine Whistleblower-Blockchain, die quer über die ganze Welt verteilt ist. Es ist keinem einzelnen Staat mehr möglich, diese Blockchain durch Zensur aufzuhalten, da die Blockchain von Millionen Peers über die gesamte Welt hinweg verwaltet und repliziert wird. Problem an der Sache ist: Die Blockchain vergisst nichts. Die Blockchain vergisst weniger als das Internet, und wir wissen alle, wie schwierig es schon für das Internet ist, etwas zu vergessen. Haben Sie schon einmal einen peinlichen Kommentar oder eine Statusmeldung auf Facebook, Twitter, Reddit o. Ä. gelöscht? Manchmal ist es gut, dass es diese Funktion gibt, richtig?

Guess what: Die Blockchain hat keinen Lösch- oder Edit-Button. Wenn in der Blockchain der Text gespeichert wird, den Sie gelöscht haben wollen, kriegen Sie den nicht mehr da raus. Dinge, die löschbar sein müssen, dürfen nicht direkt innerhalb der Blockchain gespeichert sein. Man könnte das Problem so lösen, indem man innerhalb der Blockchain einen Link oder eine andere Referenz speichert. Diese Referenz verweist dann auf den eigentlichen Kommentar. Und der Kommentar wiederum steht auf einer Plattform, den man selbst unter Kontrolle hat.

Dann stellt sich allerdings die Frage: Befindet sich das Material auf einer zentral verwalteten Plattform: Wozu nutzt man dann eine Blockchain? Der Sinn einer Blockchain ist ja gerade der, dass diese nicht zentral verwaltet wird. Welches Schweinderl hätten’s denn gerne – keine Vergessbarkeit, oder eine zentrale Verwaltung von Information?

Dass die Nicht-Löschbarkeit in Blockchains ein gravierendes Problem ist, das zeigt der Fund von text-kodiertem KiPo-Bildmaterial in der Bitcoin-Blockchain.

Mittelsmänner sind nicht immer schlecht

Aus dem letzten Punkt ist ersichtlich, dass es nicht immer schlecht ist, wenn ein Mittelsmann an einem Prozess beteiligt ist. Eine Blockchain möchte Mittelsmänner los werden. Manchmal ist man aber ganz froh, wenn man beispielsweise Facebook sagen kann, dass es doch bitte das peinliche Video vom Starkbierfest löschen soll, oder vom eBay-Käuferschutz Gebrauch machen kann, oder eine Überweisung rückgängig machen kann. Nicht alle Prozesse sind besser, wenn sie dezentral gesteuert werden. Und dann gibt es da natürlich noch das Problem mit der Steuer. Wenn Sie sich für Ihre Waren und  Dienstleistungen in Bitcoin bezahlen lassen, wie will der Staat nach voll ziehen, dass das Wallet, und somit das Geld, Ihnen gehört? Ist es sozial gerecht, wenn jemand, der auf dem Blatt nichts verdient, sich steuerbefreit eine Villa in Bitcoins kaufen kann? Das sind Fragen, die über den Scope meines Blogs weit hinaus gehen.

 

Andreas Loibl ist SAP-Berater, Ethical Hacker und Online Marketing Manager und schreibt auf seinem Blog DaFRK Blog über verschiedene Themen in den Sektoren Projektmanagement, Informationstechnik, Persönlichkeitsentwicklung, Finanzen und Zeitmanagement.

DaFRK

Andreas Loibl ist SAP-Berater, Ethical Hacker und Online Marketing Manager und schreibt auf seinem Blog DaFRK Blog über verschiedene Themen in den Sektoren Projektmanagement, Informationstechnik, Persönlichkeitsentwicklung, Finanzen und Zeitmanagement.

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