Spätestens seit dem letzten Bitcoin Hype und den extremen Kursanstiegen hört man immer öfter den Begriff „Blockchain“. Doch was ist das eigentlich und wie hängt das Bitcoin zusammen? Diese Fragen und auch wie eine Blockchain überhaupt funktioniert, schauen wir uns hier detailliert und leicht verständlich an.

Der Begriff Blockchain setzt sich aus den beiden englischen Begriffen „block“ und „chain“ zusammen (auf Deutsch: „Blockkette“). Die einzelnen Blöcke bestehen dabei aus Daten. Somit ist eine Blockchain eine Datenbank, in der die Daten chronologisch in Blöcken gespeichert werden.

Die enthaltenden Daten in einem Block können je nach Blockchain verschieden sein. Bei der bekanntesten Chain – der Bitcoin Blockchain, besteht ein Block u. a. aus Überweisungen (auch Transaktionen genannt) von Bitcoin-Nutzern.

Sobald ein Block mit Daten gefüllt ist, werden neue Daten im darauffolgenden Block gespeichert und miteinander verkettet.

Außerdem gibt es nicht nur eine Kopie der Blockchain auf einem Computer, sondern jeder teilnehmende Rechner speichert eine eigene Kopie der Blockchain und synchronisiert sich mit den anderen.

Diese Verkettung und Verteilung im Netzwerk sorgen dafür, dass die Daten in der Blockchain sehr resistent gegen Manipulation sind. Das Aneinanderketten der Blöcke erreicht man durch kryptografische Verfahren, die wir uns bei der Funktionsweise etwas genauer anschauen.

Wie funktioniert eine Blockchain?

Dezentrale Speicherung der Daten

Die Blockchain wird häufig auch als dezentrales Kassenbuch oder dezentrale Datenbank bezeichnet. Das hat den Hintergrund, dass die verketteten Blöcke nicht nur auf einem Rechner gespeichert werden können, sondern auf vielen verschiedenen. Um diesen Zusammenhang besser zu erklären, ist es sinnvoll, den Begriff Blockchain wie folgt zu unterteilen:

1. Die Blockchain an sich. Also die Daten, die in Blöcken mithilfe von Hashwerten aneinander gekettet sind.
2. Das Netzwerk aus Computern, die alle eine Kopie der gleichen Blockchain besitzen.

Wenn von Blockchain die Rede ist, meint man meistens das Netzwerk aus unterschiedlichen Rechnern mit ihrer Kopie der Blockchain (Punkt 2). Dabei liegen die Daten der Blockchain nicht zentral auf einem Rechner, sondern dezentral auf allen Computern.

Die Aufgabe der Rechner in diesem Netzwerk ist es jetzt, ihre eigene Kopie der Blockchain aktuell zu halten, sich also gegenseitig mit der neusten Version zu synchronisieren. Dadurch, dass die Daten in Blöcken gespeichert sind, kann eindeutig festgestellt werden, wer die aktuellste Version besitzt – der Rechner mit der längsten Blockchain bzw. Kette mit den meisten Blöcken. 

Die Dezentralität macht die Blockchain besonders robust gegen Angriffe, da es keinen zentralen Angriffspunkt gibt. Fällt ein Rechner des Netzwerks aus, existieren die Daten weiterhin auf den anderen Computern.

Verkettung der Blöcke

Zur Verkettung von Blöcken wird ein digitaler Fingerabdruck aus jedem Block erstellt. Dieser Fingerabdruck, auch Hashwert oder kurz Hash genannt, wird dann in den nachfolgenden Block integriert und wird somit zu einem integralen Bestandteil dieses Blockes.

Dieser Prozess wiederholt sich jedes Mal, wenn ein neuer Block erstellt wird. Auf diese Weise enthält jeder Block den einzigartigen Hash des vorherigen Blockes, was eine fortlaufende Kette von Blöcken bildet.

Die Erzeugung dieser digitalen Fingerabdrücke erfolgt durch kryptografische Methoden. In der Bitcoin Blockchain wird der gesamte Inhalt des Blockes in einen Hash umgewandelt und in den folgenden Block eingefügt.

Dieser Hash wird dann nicht nur Teil des nächsten Blockes, sondern auch Teil des Hashes des übernächsten Blockes. Auf diese Weise sind alle Informationen in einem Block mit den anderen Blöcken verknüpft, was eine robuste und manipulationssichere Datenstruktur schafft.

Neue Blöcke erstellen

Um neue Daten in die Blockchain schreiben zu können, müssen sich die beteiligten Rechner im Netzwerk einigen, wer dazu berechtigt ist. Das heißt, sie müssen einen Konsens (von lat. cōnsēnsus für Überein-, Zustimmung) finden. Dieser Prozess wird daher auch als Konsensmechanismus bezeichnet.

Es gibt eine Vielzahl von unterschiedlichen Konsensmechanismen. Einer der bekanntesten und von Bitcoin verwendeten, ist der sogenannte Proof-of-Work (zu Deutsch: Nachweis von Arbeit). Hierbei müssen die Computer im Netzwerk Rechenleistung aufbringen, um ein Rätsel zu lösen.

Die einzige Möglichkeit dieses Rätsel zu lösen, ist alle möglichen Lösungen des Rätsels auszuprobieren. Das kann man sich wie ein Zahlenschloss vorstellen, bei dem man die richtige Kombination vergessen hat und jede Zahl nacheinander durchgehen muss. Der Rechner, der zuerst den richtigen Code gefunden hat, darf dann die Daten in den Block schreiben.

Es ist also notwendig eine bestimmte Menge an Energie und Zeit zu investieren, um die Chance zu bekommen, den nächsten Block zu schreiben. 

Welche Anwendungen hat eine Blockchain?

Bisher gibt es bereits eine Reihe an Anwendungen für Blockchains. Davon sind einige aber mehr oder weniger sinnvoll, erfordern noch mehr Forschung oder werden sich nach aktuellem Stand wohl eher weniger nützlich erweisen.

Dabei ist eine Blockchain per se eigentlich nur eine langsame Datenbank, da sich die Daten ja mit allen Teilnehmern synchronisieren müssen und nicht wie bei einer „normalen“ Datenbank von einem Server gemanagt wird.

Eine der bekanntesten Anwendungen der Blockchain ist die Kryptowährung Bitcoin. Hier wird sie genutzt, um u. a. alle Transaktionen sicher und nachvollziehbar zu speichern.

Auch im Finanzsektor, vorwiegend im Decentralized Finance (DeFi) Bereich, wird die Blockchain immer mehr genutzt. Sie kann zum Beispiel dabei helfen, Transaktionen und Guthaben der Teilnehmer transparent zu speichern. Oder sie kann genutzt werden, um Verträge digital und fälschungssicher abzuschließen.

Aber es gibt noch viele andere Möglichkeiten, wie die Blockchain genutzt werden kann. Zum Beispiel im Versicherungsbereich, wo sie helfen kann, bei bestimmten Ereignissen sicher und effizient zu entscheiden. Auch im Bereich der Lieferketten, wo sie genutzt werden kann, um den Weg eines Produkts von der Produktion bis zum Verkauf nachzuverfolgen.

Das sind nur einige Beispiele. Hier findest du noch weitere, detaillierte Blockchain-Anwendungen.

Vorteile einer Blockchain

Eine Blockchain hat eine Reihe von Vorteilen, die sie zu einer revolutionären Erfindung mit viel Potenzial machen. Einer der größten Vorteile ist ihre Sicherheit. Durch die dezentrale Speicherung der Daten ist die Blockchain extrem sicher gegen Manipulationen und Angriffe.

Zudem ist die Blockchain sehr transparent, da Daten wie z. B. getätigte Transaktionen für jeden Teilnehmer sichtbar sind und einmal gespeicherte Daten nicht unbemerkt verändert werden können.

Auf weitere Vorteile und auch etwas detaillierter gehen wir im Artikel über Vor- und Nachteile einer Blockchain ein.

Nachteile einer Blockchain

Obwohl die Blockchain viele Vorteile bietet, gibt es auch einige Nachteile zu beachten. Ein Hauptnachteil ist, dass die Menge an Daten pro Block begrenzt ist und möglichst gering gehalten werden sollte, damit sich alle Computer schnell synchronisieren können. Dadurch ist aber u. a. die Anzahl der Transaktionen pro Block begrenzt.

So ist es z. B. bei der Bitcoin Blockchain schon jetzt so, dass man zum Teil Minuten bis Stunden wartet, um eine Überweisung bestätigen zu lassen.

Des Weiteren wird die Blockchain prinzipiell immer größer, weil permanent neue Blöcke hinzugefügt werden. Diese große Datenmenge muss dann auf den vielen teilnehmenden Computern gespeichert und synchronisiert werden.

So kann man z. B. bereits heute die Bitcoin Blockchain nicht mehr auf dem Handy speichern, weil diese mehr als 500 Gigabyte groß ist.

Für eine detaillierte Diskussion über die Nachteile der Blockchain schau dir gern den ausführlichen Ratgeber über „Blockchain Vorteile und Nachteile“ an.

Arten von Blockchains

Bei allen Vor- und Nachteilen einer Blockchain, solltest du aber beachten, dass nicht alle Blockchains sind gleich. Es gibt verschiedene Arten von Blockchains, die jeweils ihre eigenen Besonderheiten und Anwendungsbereiche haben. Dazu gehören öffentliche und private Blockchains.

In den folgenden Abschnitten werden wir diese verschiedenen Arten genauer betrachten.

Öffentliche Blockchains

Unter öffentlichen Blockchains versteht man die Chains, die ohne Zugangsbeschränkungen für alle Menschen zugänglich sind. Hierzu zählt die überwiegende Mehrheit der Blockchains. Wenn von Blockchain die Rede ist, ist meistens eine die öffentliche Chain gemeint. Bitcoin basiert z. B. auf einer solchen öffentlichen Blockchain.

Private Blockchains

Bei privaten Blockchains ist der Zugang zum Netzwerk reguliert und nur für bestimmte Teilnehmer zugänglich. Es ist also nicht alles offen für jeden einsehbar und die Verteilung der Blockchain auf verschiedene Rechner im Netzwerk wird auch nur berechtigten Teilnehmern gewährt. Ein Beispiel ist hier das Projekt Hyperledger.