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Für Anfän­ger leicht erklärt: Was ist die Blockchain?

Die Blockchain-Technologie ist vor allem durch die Kryptowährung Bitcoin bekannt geworden.

Von der Block­chain-Tech­no­lo­gie und ihrer bekann­tes­ten Anwen­dung, der Kryp­to­wäh­rung Bit­coin, hat spä­tes­tens seit 2017 wahr­schein­lich jeder schon ein­mal gehört. Nach die­sem ers­ten Boom war es lan­ge Zeit recht still um die Trans­ak­ti­ons­tech­no­lo­gie. Doch seit Ende 2020 steigt der Wert des Bit­coins wie­der rasant an und hat im März 2021 sogar die Mar­ke von 50.000 Euro geknackt. Auch durch immer mehr ande­re prak­ti­sche Anwen­dun­gen gewinnt die Tech­no­lo­gie an Bedeu­tung. Aber wie funk­tio­niert sie eigent­lich genau? Das soll dir hier ver­ständ­lich erklärt werden.

Die Bedeu­tung der Blockchain

Die Fra­ge, was Block­chain-Tech­no­lo­gie ist, beginnt oft mit der Fra­ge, war­um es Ban­ken über­haupt gibt und ob sie noch nötig sind. Wenn du Geld über­weist, etwas online oder per Giro­kar­te kaufst, legst du die­se Trans­ak­ti­on nor­ma­ler­wei­se ver­trau­ens­voll in die Hän­de dei­ner Haus­bank bezie­hungs­wei­se eines Bank­an­ge­stell­ten. Aber nicht nur seit Aus­bruch der Finanz­kri­se von 2008 hat sich gezeigt, dass die­ses Ver­trau­en nicht immer hält.

Vie­le Kon­troll­in­stan­zen statt nur einer

Die Haupt­be­stand­tei­le der Block­chain-Tech­no­lo­gie sind eine dezen­tra­le Daten­bank mit einem Peer-to-Peer-Netz­werk von Eben­bür­ti­gen (eng­lisch „peer“) und die soge­nann­te Dis­tri­bu­t­ed-Led­ger-Tech­no­lo­gie. Die­ser Dis­tri­bu­t­ed Led­ger ist ein ver­teil­tes öffent­lich ein­seh­ba­res Kon­to­buch, in dem alle jemals getä­tig­ten Trans­ak­tio­nen fest­ge­hal­ten sind. Die­se wer­den in Form von Blö­cken in einer Ket­te gespei­chert, daher der Name Block­chain (zu deutsch: Block-Ket­te). Jeder Teil­neh­mer im Netz­werk erhält eine Kopie die­ses digi­ta­len Kontobuchs.

Dadurch gibt es nicht nur eine zen­tra­le Instanz zur Kon­trol­le, son­dern Hun­der­te oder Tau­sen­de davon in Form von Nodes oder Kno­ten­punk­ten, die von den Teil­neh­mern welt­weit ein­ge­rich­tet wur­den. Je mehr Nodes und je mehr Teil­neh­mer, umso ver­trau­ens­wür­di­ger gilt die Ket­te. Jeder kann mit sei­nem eige­nen Rech­ner zu einem Kno­ten­punkt wer­den, du auch. Fällt einer aus, über­nimmt der andere.

Ver­schlüs­se­lung mit­tels Hash

Jeder der ein­zel­nen Blö­cke wird mit­tels einer soge­nann­ten Hash-Funk­ti­on kryp­to­gra­phisch ver­schlüs­selt und erhält somit eine Art ID in Form eines Hash- oder Streu­wer­tes als Prüf­sum­me. Die­se besteht aus Infor­ma­tio­nen zu Trans­ak­tio­nen des Blocks sowie dem Hash-Wert des vor­her­ge­hen­den Blocks und muss sich auch im nächs­ten Block wie­der­ho­len. Der Hash-Wert wird mit­tels eines kom­pli­zier­ten Algo­rith­mus erstellt.

Wenn Trans­ak­tio­nen im Block­chain-Sys­tem durch­ge­führt wer­den, wer­den die­se zunächst in einem Block gesam­melt. Haben die gesam­mel­ten Trans­ak­tio­nen eine bestimm­te Datei­grö­ße über­schrit­ten, kann der Block in die Ket­te ein­ge­reiht wer­den. Bevor das geschieht, müs­sen ande­re Teil­neh­mer im Netz­werk den Block beglau­bi­gen, indem ihre Rech­ner den pas­sen­den ein­zig­ar­ti­gen Hash-Wert erra­ten. Die­ser Mecha­nis­mus nennt sich “Pro­of of Work” und ist sehr auf­wen­dig. So ist die Fäl­schungs­si­cher­heit garantiert.

Was hat der Bit­coin mit der Block­chain zu tun?

Der Bit­coin ist nicht nur die ers­te soge­nann­te Kryp­to­wäh­rung, son­dern auch die ers­te Block­chain. Es kommt nicht von unge­fähr, dass der Bit­coin die Geburts­stun­de Ende 2008 hat­te, als offen­bar wur­de, dass man­che Ban­ken eine glo­ba­le Finanz­kri­se aus­ge­löst hat­ten. Unter dem Namen „Sato­shi Naka­mo­to“ wur­de damals ein Doku­ment ver­öf­fent­licht, das auf den wie­der­hol­ten Ver­trau­ens­ver­lust des kon­ven­tio­nel­len Wäh­rungs­sys­tems hin­wies und dar­auf, dass hohe Gebüh­ren der Ban­ken Micro­pay­ments prak­tisch unmög­lich machen.

Die Idee war daher, eine elek­tro­ni­sche Wäh­rung zu schaf­fen, die auf einem kryp­to­gra­phi­schen Beweis in Form einer Block­chain beruht und kein Ver­trau­en in Mit­tels­män­ner (der Ban­ken) benö­tigt, um Geld sicher und mühe­los über Gren­zen hin­weg zu trans­fe­rie­ren. Das Sys­tem, bei dem Mit­tels­män­ner durch hoch­si­che­re Ver­schlüs­se­lungs­ver­fah­ren über­flüs­sig wer­den, lässt sich auch auf vie­le ande­re Berei­che übertragen.

Wei­te­re Informationen 
Bit­coins und ande­re Kryp­to­wäh­run­gen – so funk­tio­nie­ren sie 

Kurz nach der Ein­füh­rung des Bit­coins war er noch nichts wert, stieg aber mit einem sta­bi­len Wachs­tums­kurs bis Anfang 2017 auf 1.000 Dol­lar. Nach dem Hype im Jahr 2017 – in dem die vir­tu­el­le Wäh­rung kurz­zei­tig auf 20.000 Dol­lar stieg – und einem Ein­bruch 2018, war es eine Zeit lang sehr ruhig um die Wäh­rung. Seit Ende 2020 ver­zeich­net der Kurs aller­dings wie­der ein rasan­tes Wachs­tum und liegt im April 2021 bei über 60.000 Dollar.

Der Bit­coin ist die digi­ta­le Wäh­rung mit dem größ­ten Markt­an­teil, doch es gibt auch eine Men­ge alter­na­ti­ve Kryp­to­wäh­run­gen (Alt­coins). Zu den bekann­tes­ten gehö­ren Ethe­re­um, Ripp­le, Lite­coin und Doge­coin.

Strom­in­ten­si­ves Mining wird belohnt

Der Kon­sens-Algo­rith­mus „Pro­of of Work“ wird beim Bit­coin für das “Mining” genutzt – also das Schür­fen der Kryp­to­wäh­run­gen. Das Veri­fi­zie­ren neu­er Blö­cke wird mit einer gewis­sen Anzahl neu­er Bit­coins belohnt. Das waren anfangs 50 Bit­coins. Der Wert wird jedoch alle 210.000 Trans­ak­ti­ons­blö­cke hal­biert, sodass er seit 2020 bei 6,25 liegt. Damit ließ sich frü­her sehr viel Geld ver­die­nen: Mit der Lösung eines Hash-Wert-Rate­spiels wärst du zu Spit­zen­zei­ten Mit­te Dezem­ber 2017 auf einen Schlag um 200.000 Euro rei­cher geworden.

Wenn sich jedoch mehr Teil­neh­mer dar­an ver­su­chen, passt sich der Hash auto­ma­tisch an die Anzahl der Nodes im Netz­werk an. Der Nach­teil dar­an ist, dass er so kom­ple­xer wird und die erfor­der­li­che Rechen­leis­tung in den letz­ten Jah­ren ziem­lich anstieg. Mitt­ler­wei­le ist sie so strom­in­ten­siv, dass sich das in Deutsch­land nur sel­ten lohnt. Den­noch gibt es in der Bun­des­re­pu­blik mehr als 1.700 Bit­coin-Nodes, die zweit­größ­te Zahl welt­weit nach den USA.

Wie die Trans­ak­ti­on in einer Block­chain abläuft

Öffent­li­cher und pri­va­ter Schlüs­sel für eine Transaktion

Willst du aus dei­nem Wal­let (vir­tu­el­len Geld­beu­tel) mit Bit­coin bezah­len oder jeman­dem 0,10 Bit­coin über­wei­sen, dann erhältst du einen pri­va­ten Schlüs­sel, ähn­lich einer PIN-Num­mer, und einen öffent­li­chen Schlüs­sel, ähn­lich der IBAN-Num­mer dei­nes Bank­kon­tos. Zusam­men erge­ben sie eine Signa­tur für die Trans­ak­ti­on. Dar­über musst du nach­wei­sen, dass du der recht­mä­ßi­ge Besit­zer bist. Wenn min­des­tens 51 Pro­zent der Nodes das veri­fi­zie­ren oder bestä­ti­gen, kann die Trans­ak­ti­on in einen Block mit vie­len ande­ren Trans­ak­tio­nen auf­ge­nom­men werden.

Im Detail läuft das so ab:

  1. A will B Geld schicken.
  2. Die Trans­ak­ti­on wird online einem Block zugewiesen.
  3. Der Block wird an jeden Node oder Rech­ner im Block­chain-Netz­werk geschickt.
  4. Alle Nodes im Netz­werk veri­fi­zie­ren oder prü­fen die Trans­ak­ti­on und geben sie auto­ma­tisch frei.
  5. Der betref­fen­de Block wird den ande­ren Blocks hin­zu­ge­fügt, ist somit für alle Betei­lig­ten trans­pa­rent und kann nicht mehr geän­dert werden.
  6. Die Trans­ak­ti­on (hier die Über­wei­sung) ist abgeschlossen.

Klei­nes Glos­sar: Was ist was bei der Blockchain?

Wenn es um das The­ma Block­chain geht, kom­men vie­le Fach­be­grif­fe zur Spra­che. Die wich­tigs­ten davon wer­den hier erklärt:

Algo­rith­mus bezeich­net eine (all­ge­mein­gül­ti­ge) Hand­lungs­an­wei­sung zum Lösen eines Pro­blems. Wenn du bei­spiels­wei­se dei­nen Body Mass Index (BMI) errech­nen willst, ist die For­mel Gewicht / Kör­per­grö­ße hoch 2 = BMI prak­tisch schon ein Algo­rith­mus.  Ande­re Algo­rith­men, wie die in der Welt der Com­pu­ter oder Kryp­to­gra­phie ein­ge­setz­ten, sind oft sehr viel kom­pli­zier­ter, zum Bei­spiel die auch Algo­rith­mus genann­te Hash-Funktion.

Bit­coin ist die ers­te gehan­del­te Kryp­to­wäh­rung und exis­tiert seit Anfang 2009. Vor­den­ker war ein chi­ne­sisch­stäm­mi­ger ehe­ma­li­ger Kryp­to­lo­ge bei Micro­soft namens Wei Dai, der 1998 vor­nehm­lich als Gedan­ken­spiel ein soge­nann­tes bmoney erfun­den hat. 

Dis­tri­bu­t­ed Led­ger ist wört­lich über­setzt ein ver­teil­tes Kon­to­buch, das inner­halb einer Block­chain öffent­lich ist und dezen­tral geführt wird.

Ethe­re­um oder Ether galt lan­ge Zeit als die zweit­stärks­te Kryp­to­wäh­rung.

Hash-Funk­ti­on (von eng­lisch „hash“ wie „zer­ha­cken“) wird mit Streu­wert­funk­ti­on über­setzt und dient dazu, eine gro­ße Ein­ga­be­men­ge auf eine klei­ne­re Ziel­men­ge (Hash-Wert) abzu­bil­den, um zum Bei­spiel die Prüf­sum­me eines Blocks inner­halb der Block­chain zu berech­nen oder die einer ISBN-Nummer.

Kryp­to­gra­phie ist die Wis­sen­schaft von der Ver­schlüs­se­lung von Infor­ma­tio­nen und umfasst auch Geheim­schrif­ten. Heu­te befasst sie sich aber auch zuneh­mend mit Ver­fah­ren für die Informationssicherheit.

Node ist wört­lich über­setzt ein Kno­ten oder Kno­ten­punkt und bezeich­net in der Infor­ma­tik meist einen Inter­net-Kno­ten. Beim Bit­coin sind damit Teil­neh­mer gemeint. Die Gesamt­zahl ist immer wie­der Schwan­kun­gen unter­wor­fen. Im Durch­schnitt über die letz­ten zwei Jah­re gibt es der­zeit etwa 10.000, wovon die meis­ten in den USA dicht gefolgt von Deutsch­land sind. 

Peer-to-Peer bezeich­net eine Rech­ner-Rech­ner-Ver­bin­dung für die Kom­mu­ni­ka­ti­on „unter Glei­chen“ (peers) in einem Netz­werk, bei Bit­coin und der Block­chain.

Wal­let, EWal­let, Digi­tal Wal­let oder auch Cyber­wal­let ist eine elek­tro­ni­sche Geld­bör­se, die zum Bei­spiel der Auf­be­wah­rung und Zah­lung von Kryp­to­wäh­run­gen dient.

Ande­re Anwen­dungs­bei­spie­le für die Blockchain

Autoren, Foto­gra­fen und Musi­ker haben heu­te das Pro­blem, dass ihre Wer­ke im Inter­net unzäh­li­ge Male kopiert wer­den und sie gar nicht mehr als Urhe­ber erkenn­bar sind oder sogar zuse­hen müs­sen, wie ande­re davon pro­fi­tie­ren. Mit­hil­fe von NFTs (Non-Fun­gi­ble Tokens, über­setzt etwa “nicht aus­tausch­ba­re Wert­mar­ken) auf der Block­chain könn­te das gelöst wer­den. Infor­ma­tio­nen zum Urhe­ber von digi­ta­len Kunst­wer­ken, Musik­stü­cken oder Tweets kön­nen so gespei­chert wer­den und sind so zwei­fels­frei zurückzuverfolgen.

Inter­es­sant ist auch die recht neue The­ta-Block­chain, die die Tech­no­lo­gie dazu nutzt, Band­brei­te für Video­strea­ming dezen­tral bereit­zu­stel­len. Jeder Teil­neh­mer im Netz­werk kann sei­ne unge­nutz­te Band­brei­te ande­ren Nut­zern zur Ver­fü­gung stel­len und dabei The­ta-Tokens ver­die­nen. Das ermög­licht flüs­si­ge­re Streams und bes­se­re Qualität.

Ein wei­te­res The­ma für die Block­chain-Tech­no­lo­gie, das der­zeit viel dis­ku­tiert wird, sind neue Abrech­nungs­mo­del­le für die Elek­tro­mo­bi­li­tät oder für Park­ge­büh­ren. In dem Zusam­men­hang kommt das viel­zi­tier­te Inter­net der Din­ge (IoT) mehr und mehr ins Spiel. Auch Künst­li­che Intel­li­genz (KI) spielt in dem Zusam­men­hang eine Rolle.

Ein ande­res hei­ßes The­ma ist die Grund­stücks­ver­wal­tung. Ein schwe­di­sches Start-up namens Chro­ma­Way hat zusam­men mit dem dor­ti­gen Lan­des­ver­mes­sungs­amt und Part­nern aus der Finanz- und IT-Bran­che schon eine Block­chain-basier­te Platt­form für Immo­bi­li­en­trans­ak­tio­nen geschaf­fen und test­wei­se gestar­tet. Ein Notar könn­te damit über­flüs­sig wer­den. Außer­dem könn­te die Tech­no­lo­gie in Zukunft ermög­li­chen, auch klei­ne Geld­be­trä­ge gemein­schaft­lich in eine Immo­bi­lie anzu­le­gen und von des­sen Wert zu profitieren.

Aber auch bei Wah­len oder Ver­trä­gen mit Ver­si­che­run­gen und Ban­ken, bei denen die Fäl­schungs­si­cher­heit beson­ders wich­tig ist, kann die Block­chain-Tech­no­lo­gie hilf­reich sein. Auch mensch­li­che Feh­ler wie bei­spiels­wei­se beim Aus­zäh­len einer Wahl könn­ten ver­mie­den wer­den. Mit einer Block­chain wür­den die­se Feh­ler oder Mani­pu­la­ti­ons­ver­su­che sofort auf­flie­gen. Das Prin­zip der ver­teil­ten Daten­bank macht es Hackern zudem schwer, an sen­si­ble Daten zu gelangen.

Siche­re Trans­ak­tio­nen mit einer Blockchain

Wie sich die Kryp­to­wäh­run­gen wei­ter­ent­wi­ckeln, ist nicht vor­aus­zu­se­hen. Aber die Block­chain wird uns in der einen oder ande­ren Form zukünf­tig immer mehr beschäf­ti­gen. Sie könn­te zur Schlüs­sel­tech­no­lo­gie für die digi­ta­le Trans­for­ma­ti­on zu einer immer ver­netz­te­ren Welt wer­den. Die damit ver­bun­de­ne Dezen­tra­li­sie­rung von IT-Sys­te­men hat den Vor­teil, gro­ße Sicher­heit für die gespei­cher­ten Daten zu bie­ten. Ein Nach­teil ist jedoch die stei­gen­de erfor­der­li­che Rechen­leis­tung und der damit ver­bun­de­ne hohe Ener­gie­be­darf. Wahr­schein­lich wird es aber auch in Zukunft immer neue Anwen­dungs­fäl­le geben.

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