Blockchain-Basics für Nicht-Informatiker

"Blockchain" ist eins der großen Buzz-Words der modenen Informatik. Doch was ist das eigentlich?

Was ist eine Blockchain?

Eine Blockchain ist definiert als dezentrales Netzwerk mit speziellen, kryptografischen Eigenschaften.

Im Grunde besteht sie aus einer Menge an Computern, die miteinander verbunden sind, und alle das gleiche Software-Programm ausführen.

Diese Software beschreibt die Funktionalität des Netzwerkes, und der Code dazu ist üblicherweise “open-source”, also öffentlich einsehbar im Internet verfügbar. Jeder kann dieses Programm auf seinem Computer ausführen, und damit Teil der Blockchain werden.

Was kann eine Blockchain?

Eine Blockchain kann alles und nichts. In ihrem absoluten Kern, in ihrer ursprünglichen Idee, soll sie in der Lage sein, eine digitale Währung zu verwalten. Damit würde sie die Funktion einer Bank übernehmen. Nutzer können dort Konten eröffnen, Überweisungen tätigen, und das alles ohne dass es die Währung in “realer” Form, also in Münzen und Scheinen, gibt. (Zur Vollständigkeit: es gibt auch Netzwerke, deren digitale Währung zu 100% mit "echtem" Geld gedeckt ist, das nennt man dann Stablecoins.)

Daher kommt auch ein englischer Begriff für Blockchains (der theoretisch auch noch andere Lösungen für diese Funktionalität umfasst), “Distributed Ledger Technologie”, kurz DLT. Übersetzt heißt Distributed Ledger so viel wie “verteiltes Kassenbuch”.

Wie geht das?

Die Idee: Alle Computer in diesem Netzwerk haben eine Kopie des selben Kassenbuchs (es ist also verteilt auf alle Computer), und jedes Mal wenn eine Transaktion getätigt wird, benachrichtigen sich die Computer gegenseitig. Jeder kann überprüfen ob bei der Transaktion alles mit rechten Dingen zuging, und die Transaktion dann in seine Kopie des Kassenbuchs aufnehmen.

Damit dabei keine Fehler unterlaufen, alle Transaktionen auch wirklich geprüft werden, und in allen Kopien des Kassenbuchs am Ende das Gleiche steht, hat jede Blockchain einen sehr komplexen “Konsens-Mechanismus”. Von diesen Konsensmechanismen gibt es viele, alle haben ihre Vor- und Nachteile, und Blockchain-Experten können stundenlang darüber diskutieren, welchen sie besser finden.

Jeder Konsensmechanismus beinhaltet ein System, nach dem Transaktionen überprüft werden. Wenn sie dieser Überprüfung standgehalten haben, werden sie in einen Block aufgenommen, und dieser wird von jedem Computer im Netz in sein Kassenbuch übernommen. Jeder Block beinhaltet eine Referenz auf den Block davor, sodass letztendlich eine Kette von Blöcken entsteht - eine Blockchain.

Sicherheit

Dadurch, dass alle Computer selbst mitschreiben was passiert, ist es für einen Angreifer extrem schwierig die Einträge des Kassenbuchs zu verändern oder zu fälschen. Selbst wenn er eine Kopie ändert, würden alle anderen Computer den Fehler sofort bemerken, und reagieren.

Bei einer zentralen Anwendung dagegen, bei der alle Daten in einer einzigen, riesengroßen Datenbank stehen (beispielsweise beim klassischen Onlinebanking), würde es reichen, diese eine Datenbank zu manipulieren. Diese ist sicherlich gut geschützt, aber sie stellt einen "Single Point of Failure", einen einzelnen Punkt, bei dessen Versagen alles zusammenbricht, dar.

Man sagt deshalb, Blockchains haben keinen Single Point of Failure. Ein Angreifer müsste die Mehrheit aller Computer im Netz gleichzeitig manipulieren, damit sein Angriff nicht vom Rest des Netzes verhindert wird.

Auf der Basis dieser Technik lassen sich zahlreiche Anwendungen aufbauen, so wie zum Beispiel unsere Datenräume. Dafür braucht es aber noch einen weiteren Baustein: Smart Contracts.

Smart Contracts

Einige Blockchains verlangen ihren Computern noch etwas mehr ab, als nur das Führen eines Kassenbuchs. Das bekannteste Beispiel hierfür dürfte die Blockchain “Ethereum” sein. Hier müssen die Netzwerk-Computer Rechenkapazitäten bereitstellen, auf denen die Nutzer der Blockchain Smart Contracts ausführen können.

Smart Contracts sind selbstausführende Verträge, geschrieben in Software-Code. Und dieser Code ist unveränderbar: ist er erst einmal im Netzwerk veröffentlicht, wird er für immer ausgeführt, ohne das eine Möglichkeit besteht ihn zu korrigieren.

Mit solchen Smart Contracts lassen sich die verschiedensten Anwendungsfälle implementieren. An dieser Stelle werden häufig Versicherungen als Beispiel angeführt: Nutzer eines Versicherungs-Smart-Contracts zahlen in den Vertrag ein, und wenn das Unglück passiert, zahlt der Vertrag automatisch die entsprechende Summe für den Schadensfall aus, ohne Diskussionen, ohne Versicherungsbetrug, ohne dass Gelder veruntreut werden können.

Eine weitere Möglichkeit: man kann damit sogenannte Token erschaffen. Die können ganz unterschiedlich sein, vielleicht ist es nur eine weitere Währung, vielleicht dienen sie auch einem spezifischeren Zweck.

Das Ocean Protocol zum Beispiel erschafft jedes Mal, wenn in einem darauf basierenden Datenraum ein neuer Datensatz angelegt wird, ein neues, einzigartiges Token, welches die Besitzurkunde an diesem Datensatz darstellt. Außerdem erzeugt es mit einem weiteren Smart Contract sogeanannte Ocean-Token, genau nach den Vorstellungen des Datensatz-Besitzers, mit denen sich andere Nutzer die Zugangsrechte zum Datensatz kaufen können.

Token

Token sind ein zentraler Bestandteil jeder Blockchain. Also sollten auch wir einen kurzen Blick darauf werfen.

Es gibt zwei große Gruppen von Token: fungible Token (FT) und Non Fungible Token (NFT). Die Abkürzungen hat man vielleicht schon ein Mal gehört.

Fungible Token sind Klone, sie können einfach ausgetauscht werden, eins gleicht dem anderen, und alle haben den gleichen Wert. Das ist so wie bei einer normalen Währung: jeder 5€ Schein kann gegen einen anderen getauscht werden, ohne dass es einen Unterschied macht.

Bekannte Beispiele sind etwa Bitcoin (kurz BTC, die Währung der Bitcoin-Blockchain) oder Ether (kurz ETH, die Währung der Ethereum-Blockchain).

Non Fungible Token sind einzigartig. Jedes ist anders, sie sind nicht gleichwertig. Teilweise werden sie verglichen mit Kunstwerken, auch wenn sie vom gleichen Künstler stammen, unterscheiden sie sich dennoch. NFTs werden üblicherweise nicht als Währung verwendet, sondern nur für spezielle Zwecke eingesetzt. Während die Abkürzung NFT vielen ein Begriff ist, gibt es wenig bekannte Beispiele. Manche NFTs stammen aus Online-Spielen, und beinhalten Objekte aus diesen Spielen, es gibt aber auch digitale Sammelkarten in Form von NFTs, oder wiederum Besitzurkunden für Grundstücke, Kunstwerke, oder, mit dem Ocean-Protokoll, Datensätze.

Wie wird das finanziert?

Ah, die Frage aller Fragen. Wer stellt seinen Computer zur Verfügung, einfach nur damit fremder Code darauf ausgeführt wird, und andere Leute Handel darüber betreiben?

Die Besitzer der Infrastruktur der Blockchain bekommen ein gewisses Sümmchen, genannt Netzwerk-Steuern (network fees), wenn sie Transaktionen validieren und Blöcke erschaffen. Das sind dann die “Miner”, von denen vor allem im Zusammenhang mit Bitcoin häufiger mal die Rede ist. Mit jeder Überweisung, die ein Nutzer im Netzwerk tätigt, bezahlt er (automatisch) einen üblicherweise geringen Betrag als Netzwerk-Steuer, ebenso ist es bei der Nutzung von Smart Contracts.

Das Schichten-Modell

Die Informatik kennt viele Modelle zur Darstellung von Blockchains. Hier soll nur ein einziges Modell erwähnt sein: das Schichten-Modell.

0. Schicht: Infrastruktur-Schicht: damit eine Blockchain überhaupt existieren kann, braucht es Computer, die das Programm ausführen, und Internet-Leitungen, über die die Computer miteinander verbunden werden.

1. Schicht: Die eigentliche Blockchain. Das ist der Software-Code, der das Kassenbuch führt, und der Konsensmechanismus, der sicherstellt, dass alles mit rechten Dingen zugeht. Bekannte Beispiele sind die Bitcoin-Blockchain, Ethereum, aber auch das Axone-Protokoll gehört hier dazu.

2. Schicht: diese Schicht baut direkt auf Schicht Nummer 1 auf, und soll einige Probleme lösen, die durch den Konsensmechanismus entstehen (zum Beispiel lässt der Bitcoin Konsensmechanismus nur 6 Transaktionen pro Sekunde zu - für eine Bank in der echten Welt ist das viel zu wenig). Hier geht es also um bessere Skalierbarkeit durch das Zusammenfassen von mehreren kleinen Transaktionen zu einer großen.

3. Schicht: das ist das, was man als Nutzer von der Blockchain sieht. Hierhin gehören grafische Benutzeroberflächen, Apps, die mit der Blockchain interagieren, aber auch komplexere Anwendungsfälle: Das Ocean-Protokoll gehört auch in diese Modell-Schicht

Hoffentlich konnten wir damit mehr Fragen beantworten, als neue entstanden sind.

Weiter geht es nun mit diesem Artikel: How to: Wie nutze ich eine Blockchain?