Die Blockchain ermöglicht den Austausch von digitalen Werten und das fälschungssichere Ablegen und Abspeichern von Daten – und kommt dabei ohne zentrale Stelle aus.
Er ist eine der mysteriösesten Figuren in der Krypto-Community: Der Bitcoin-Erfinder Satoshi Nakamoto. Unter diesem Pseudonym hat Nakamoto 2008 ein Whitepaper veröffentlicht, das den Grundstein für die älteste Kryptowährung, den Bitcoin, legen sollte. Es gab schon davor einige Versuche, Geld digital ohne Mittelsmann zu verwalten, aber alle scheiterten. 2009 wurde die erste Software auf Basis des Protokolls geschrieben und die ersten Nodes (Server) gingen ans Netz. Zu diesem Zeitpunkt war Bitcoin lediglich ein Experiment im Kreise von ein paar Kryptografen. Im Laufe der Zeit wurde die Community immer größer und die Software weiterentwickelt. Das Bitcoin-Protokoll funktionierte und zum ersten Mal in der Geschichte war es möglich, Werte (Bitcoins) ohne einen Mittelsmann oder eine zentrale Stelle sicher digital zu transferieren und zu verwalten. Das Internet der Wertgegenstände war erfunden.
Dezentrale Datenbank, transparent und sicher
Blockchain ist eine Technologie, um Daten in einer dezentralen Datenbank zu speichern. Diese dezentralen Datenbanken, Distributed Ledger, ermöglichen es mehreren Stakeholdern, Informationen vertrauensvoll und sicher zu teilen. Blockchain bietet damit eine neue Infrastruktur für innovative Anwendungen. Kryptowährungen sind zwar das bekannteste Beispiel, aber Blockchain-Anwendungen und -Einsatzgebiete gehen weit darüber hinaus. Die Palette reicht von nachvollziehbaren Lieferketten über komplexe Finanzgeschäfte bis hin zum digitalen Identitätsmanagement. Blockchain ebnet den Weg zu transparenten und sicheren Geschäftsprozessen. Das bedeutet einen tiefgreifenden Wandel für Unternehmen, Organisationen und die Gesellschaft.
Blockchain wurde geschaffen, um genau eine Aufgabe zu lösen, den Transfer von Bitcoins. Vitalik Buterin, ein junger Kanadier, erkannte rasch, dass die Technologie auch für andere Bereiche enormes Potenzial haben könnte. 2013 beschrieb er Ethereum, eine neue Art von Blockchain, die es ermöglicht, beliebige Funktionen in Form von Programmen (Smart Contracts) abzubilden. Neben der Einführung von Smart Contracts sollen mit Ethereum auch andere Problemfelder der Bitcoin-Implementierung bearbeitet werden. Die Suche nach neuen Lösungsmechanismen betrifft in erster Linie die Bereiche Skalierbarkeit, Energieverbrauch und Geschwindigkeit. Die Entwicklung von Ethereum versteht sich dabei als ein andauernder Prozess.
Fingerabdruck und Schlüsselpaar
Um das Blockchain-Protokoll in seinen Grundzügen zu verstehen, benötigt man nur zwei kryptographische Verfahren, die Hash- und die Public-Key-Funktion. Eine Hashfunktion generiert einen „Fingerabdruck“ einer beliebigen digitalen Datei. Dieser Fingerabdruck ist de facto einzigartig und zufällig. Am gebräuchlichsten ist die Hashfunktion SHA256, die einen 64-stelligen Hexadezimalcode generiert. Eine Public-Key Funktion erstellt wiederum ein Schlüsselpaar, das aus einem privaten und einen öffentlichen Schlüssel besteht. Mit diesem Schlüsselpaar lässt sich eine Reihe von Aktionen durchführen. Eine digitale Datei kann mit dem privaten Schlüssel signiert werden, ähnlich einer Unterschrift. Mit dem öffentlichen Schlüssel wird die Echtheit der Unterschrift überprüft. Zudem wird damit eine Nachricht verschlüsselt, die nur mit dem dazugehörigen privaten Schlüssel entschlüsselt werden kann.
Das Mining in drei Schritten
Proof of Work ist die Ursprungsmethode. Das Mining hat zwei Funktionen: Die erste ist, dass damit die Unveränderbarkeit von Transaktionen abgesichert werden kann. Die zweite ist im klassischen Blockchain-Protokoll die Geldschöpfung. Der einzige Ort, an dem neue Bitcoins entstehen, ist in einem neuen gültigen Block. Die geschöpften Bitcoins gehören demjenigen, der den Block „gefunden“ hat. Das Mining wird gewöhnlich als kompliziertes Rätsel beschrieben, ist es aber nicht. Es ist mehr mit der Suche nach der Nadel im Heuhaufen zu vergleichen.
Der Mining-Prozess erfolgt in drei Schritten. Schritt 1: Ein Node überprüft alle übermittelten Transaktionen mittels der Signaturen auf ihre Gültigkeit und fasst diese in einen Hashwert zusammen. Schritt 2: Über den Hashwert des vorherigen Blocks, dem Hashwert der Transaktionen und einer Variablen (nonce) wird ein weiterer Hashwert berechnet, der bestimmten Regeln entsprechen muss. Entspricht er nicht, wird die Variable verändert und ein neuer Wert berechnet. Dies geschieht so lang, bis der Hashwert den Regeln entspricht oder ein anderer Node schneller war. Schritt 3: Der gültige Block wird allen anderen Knotenpunkten übermittelt. Jeder Knotenpunkt überprüft den Block. Ist er gültig, wird er der Kette (chain) hinzugefügt. Durch dieses Verfahren ist sichergestellt, dass Daten, die einmal in die Blockchain aufgenommen wurden, de facto unveränderbar sind. Eine Änderung von nur einem Bit hätte zur Folge, dass die Verkettung mittels der Hashwerte nicht mehr den Regeln entsprechen würde.
Blockchain: Public und Private
Seit 2009 hat sich die Technologie weiterentwickelt und zu einer großen Anzahl an unterschiedlichen Blockchain-Anwendungen geführt. Generell können Blockchains in private und öffentliche unterteilt werden. Die bekanntesten Public Blockchains sind Bitcoin und Ethereum, bei denen es keine Zugangsbeschränkungen gibt. Ihre Offenheit bringt auch Nachteile mit sich. Durch die Absicherungsverfahren sind sie in Skalierbarkeit und Geschwindigkeit beschränkt und verbrauchen große Mengen an Energie. Private Blockchains haben hingegen Zugangsbeschränkungen. Es dürfen nur berechtigte Nodes den Konsens über die Daten herstellen und schreiben. Dies hat den Vorteil, dass man andere Konsensmechanismen als den energieaufwendigen Proof of Work verwenden kann – was die Geschwindigkeit und die Durchsatzraten erhöht.
Vom Hype zur soliden Technologie
In den letzten Jahren hat sich die Blockchain vom Hype zur soliden Technologie entwickelt. Es haben sich Anwendungen herauskristallisiert, die völlig neue Geschäftsmodelle und Architekturen ermöglicht. Dazu zählen u. a. Digital Assets & Custody, CBDC (Central Bank Digital Currency) und Digital Identities. In der Finanzwelt geht man davon aus, dass das Thema Digital Assets nicht wieder verschwinden wird und dass Banken ihren Kunden künftig Digital Assets rechtssicher anbieten werden. Als Digitale Assets können Kryptowährungen wie Bitcoin und Ethereum, Smart Contract Based Tokens jeder Art oder herkömmliche Assets wie Aktien abgebildet werden. Auch die CBDC, das digitale Zentralbankgeld, hat weiter an Relevanz gewonnen. Nachfrage nach CBDC kommt vom Großhandel und Einzelhandel. Weitere Potenziale von CBDC werden in den Bereichen Internet of Things bzw. Machine-to-machine-Bezahlung gesehen. Bezüglich der digitalen Identitäten, die als dezentrale Identitäten umgesetzt werden, verspricht man sich im Gegensatz zu zentralen Identitäten Vorteile hinsichtlich der Flexibilität und des Datenschutz. Dezentrale Identitäten sind flexible Plattformen, die nicht auf einen zentralen Identitätsanbieter angewiesen sind. Das Thema ist für alle Industrien und Bereiche relevant, in denen digitale Daten oder physische Identitätsnachweise, Urkunden, Bestätigungen oder Verträge ausgetauscht werden. Zu den weiteren Anwendungsfeldern zählt die Supply Chain. Der Sinn, eine Blockchain-Komponente in der Logistik von Lieferketten zu verwenden, liegt in der Nachvollziehbarkeit und Verwaltung der Daten für Güter.