Blockchain

Eine Blockchain ist eine gemeinsame Datenbank, die viele unabhängige Teilnehmer gleichzeitig speichern und prüfen. Die Einträge werden zu Blöcken gebündelt, und die Blöcke sind nacheinander zu einer Kette verknüpft – daher der Name, zusammengesetzt aus dem englischen „block“ (Block) und „chain“ (Kette). Der Kerngedanke: Um den Einträgen zu vertrauen, braucht es keinen zentralen Verwalter. Alle Beteiligten folgen denselben Prüfregeln, und diese Regeln sind fest in der Software verankert.

Ein einfacher Vergleich

Stellen Sie sich ein Kassenbuch vor, von dem jedes Mitglied einer Gruppe eine eigene Kopie besitzt. Trägt jemand etwas ein, prüfen die anderen den Eintrag anhand der gemeinsamen Regeln und übernehmen ihn in ihr eigenes Buch. Ändert eine Person heimlich eine alte Zeile in ihrer Kopie, fällt das sofort auf: Ihr Buch stimmt dann nicht mehr mit denen aller anderen überein.

Eine Blockchain funktioniert ganz ähnlich. An die Stelle der Kassenbücher treten Computer, sogenannte Nodes (Knoten), und geprüft wird nicht von Hand, sondern mit Kryptografie und Mathematik.

Was in einem Block steckt

Ein Block enthält in der Regel:

Eine Liste von Transaktionen, etwa Überweisungen von Coins zwischen Adressen.
Einen Zeitstempel, der ungefähr angibt, wann der Block entstanden ist.
Den Hash des vorherigen Blocks, eine Art digitaler Fingerabdruck des Vorgängerblocks.
Technische Daten, die der Konsensmechanismus benötigt.

Ein Hash ist das Ergebnis einer speziellen mathematischen Funktion, die beliebige Eingabedaten in eine Zeichenfolge fester Länge umwandelt. Ändert sich auch nur ein einziges Zeichen der Eingabe, kommt ein völlig anderer Hash heraus. Welcher Hash herauskommt, lässt sich praktisch nicht vorhersagen.

Warum sich die Historie kaum umschreiben lässt

Da jeder Block den Hash seines Vorgängers speichert, hängen alle Blöcke miteinander zusammen. Ändert jemand eine Transaktion in einem alten Block, ändert sich auch dessen Hash. Der nächste Block verweist dann auf einen Hash, der nicht mehr passt, und die Kette reißt. Damit eine Fälschung gültig aussieht, müsste ein Angreifer sämtliche nachfolgenden Blöcke neu erzeugen – und zwar schneller, als der Rest des Netzwerks neue Blöcke anhängt.

In großen Netzwerken erfordert das gewaltige Ressourcen. Deshalb gelten Einträge, die tief in der Kette liegen, als praktisch unveränderlich.

Wie sich das Netzwerk einigt

Tausende unabhängige Teilnehmer müssen am Ende dieselbe Version der Historie haben. Die Regeln, nach denen sie sich einigen, nennt man Konsensmechanismus. Die beiden bekanntesten sind:

Proof of Work. Teilnehmer, die sogenannten Miner, führen aufwendige Berechnungen durch. Wer als Erster eine gültige Lösung findet, darf den nächsten Block anhängen. Bitcoin nutzt dieses Verfahren.
Proof of Stake. Blöcke werden von Validatoren vorgeschlagen und bestätigt, die eigene Coins als Sicherheit hinterlegen. Verhalten sie sich unehrlich, können sie einen Teil dieses Einsatzes verlieren. Ethereum ist auf dieses Modell umgestiegen.

Beide Ansätze verfolgen dasselbe Ziel: Betrug soll teurer sein als regelkonformes Verhalten.

Öffentliche und private Blockchains

Öffentliche Blockchains wie Bitcoin und Ethereum stehen allen offen. Sie können selbst eine Node betreiben, Transaktionen senden oder die gesamte Historie einsehen.
Private oder zugangsbeschränkte Blockchains (permissioned) sind auf Teilnehmer beschränkt, die eine Organisation zugelassen hat. Sie ähneln eher klassischen Datenbanken mit zusätzlichen Garantien für die Buchführung.

Wenn von Kryptowährungen die Rede ist, sind in der Regel öffentliche Blockchains gemeint.

Was sonst noch auf einer Blockchain läuft

Digitales Geld war der erste Anwendungsfall. Später kamen Netzwerke hinzu, auf denen Smart Contracts laufen können – Programme, die automatisch nach festgelegten Regeln ausgeführt werden. Smart Contracts bilden die Grundlage für dezentrale Finanzdienste (DeFi), NFTs, Stablecoins und viele weitere Anwendungen.

Grenzen

Blockchains sind allerdings auch mit Kompromissen verbunden:

Geschwindigkeit und Kapazität. Öffentliche Netzwerke verarbeiten weniger Transaktionen als zentrale Zahlungssysteme. Layer-2-Lösungen sind einer der Wege, mit denen die Branche dieses Problem angehen will.
Gebühren. Ist ein Netzwerk stark ausgelastet, können die Transaktionskosten deutlich steigen.
Unumkehrbarkeit. Eine fehlerhafte Transaktion lässt sich in der Regel nicht rückgängig machen.
Transparenz. Alles ist für alle sichtbar, was der Privatsphäre nicht immer zuträglich ist.
Falsche Daten bleiben falsch. Eine Blockchain garantiert, dass ein Eintrag nicht verändert wurde – nicht aber, dass die ursprüngliche Information stimmte.

Das Wichtigste in Kürze

Eine Blockchain ist eine gemeinsame Datenbank, die von vielen unabhängigen Teilnehmern geführt und geprüft wird.
Die Blöcke sind über Hashes verknüpft, wodurch sich alte Einträge nur äußerst schwer ändern lassen.
Netzwerke einigen sich über einen Konsensmechanismus wie Proof of Work oder Proof of Stake auf die Historie.
Auf Blockchains laufen nicht nur Kryptowährungen, sondern auch Smart Contracts und die darauf aufbauenden Anwendungen.