Blockchain (Distributed Ledger)

Was ist Blockchain?

Eine Blockchain ist ein f?lschungssicheres verteiltes Hauptbuch, das zur Validierung und Speicherung digitaler Transaktionsaufzeichnungen verwendet wird. Bei dezentralen Blockchains ist keine einzelne Beh?rde für die Pflege der Blockchain verantwortlich. Stattdessen speichern Computer, die als Knoten in einem Peer-to-Peer (P2P)-Netzwerk bezeichnet werden, jeweils eine Kopie des Hauptbuchs. Spezialisierte Knoten überprüfen die Transaktionen durch einen dezentralen Konsensmechanismus, um eine Einigung über den Zustand des Netzwerks zu erzielen.

Transaktionen werden in permanenten, mit einem Zeitstempel versehenen Einheiten gespeichert, die Bl?cke genannt werden, und jeder Block ist mit dem vorherigen Block durch einen kryptografischen Hash verbunden (verkettet), der unter Verwendung der Daten des vorherigen Blocks erstellt wird. Die Hash-Verknüpfungen machen es unm?glich, Daten in einem Block zu ?ndern, ohne ?nderungen an jedem nachfolgenden Block vorzunehmen. Jeder Versuch, Transaktionen in einem Block zu ?ndern oder zu l?schen, unterbricht die kryptografische Kette und meldet allen Knoten im Netz sofort, dass ein Problem aufgetreten ist.

Blockchains k?nnen ?ffentlich oder privat sein. Bei einer ?ffentlichen Blockchain kann jeder das Hauptbuch einsehen und sich am Konsensmechanismus beteiligen. Bei einer privaten Blockchain ist der Konsensmechanismus auf bestimmte Knoten im Netzwerk beschr?nkt, und die Einsicht in das private Hauptbuch kann ebenfalls eingeschr?nkt sein. Hybrid-Blockchains haben sowohl privaten als auch ?ffentlichen Zugang, wobei der Zugriff auf private Daten in der Kette erlaubt ist.

Ursprünglich für digitale W?hrungen entwickelt, wird die Blockchain heute von vielen verschiedenen Branchen und Organisationen genutzt. Die Anwendungen reichen von Smart Contracts, d.h. Computerprogrammen, die auf der Blockchain laufen, bis hin zur Aktenverwaltung im Gesundheitswesen und Identit?ts- und Zugriffsmanagement (IAM). Dezentrales Finanzwesen (DeFi), Gaming und Metaverse Projekte nutzen die Blockchain-Technologie, um gleichen Zugang und gleiches Eigentum an digitalen Verm?genswerten zu erm?glichen.

Techopedia erkl?rt die Bedeutung der Blockchain

Blockchain kann man sich als eine verteilte Datenbanktechnologie vorstellen, die von mehreren Computern in einem Netzwerk verwaltet wird. Daten und Transaktionen werden in Bl?cken gespeichert, von denen jeder mit dem vorhergehenden Block durch einen kryptografischen Hash verbunden ist, um eine Kette zu bilden, die Transaktionen und Ereignisse in einem unver?nderlichen Hauptbuch ordnet.

Die Sicherheit dieses Systems beruht auf dem Gedanken, dass die finanziellen Kosten einer betrügerischen Transaktion viel h?her sind als der m?gliche Gewinn. Verschiedene Arten von Konsensmechanismen werden verwendet, um Anreize bzw. Negativanreize zu schaffen, die das Verhalten der für den Konsens verwendeten Knoten f?rdern bzw. entmutigen.

Beispielsweise verwendet Bitcoin einen Arbeitsnachweis (PoW), bei dem Miner ein kryptografisches R?tsel l?sen müssen, indem sie Hashes generieren, bis der richtige Hash gefunden ist, um einen Block zu schürfen, der neue Transaktionen enth?lt. Als Anreiz erh?lt der Schürfer eine Blockbelohnung, wenn ein neuer Block geschürft wird. Die Kosten für die Gewinnung eines neuen Blocks und nachfolgender verknüpfter Bl?cke schrecken jedoch vor betrügerischen Transaktionen ab.

Geschichte der Blockchain

Die Theorie der Blockchain gibt es schon seit geraumer Zeit. David Lee Chaum wird zugeschrieben, dass er die Idee 1982 vorschlug.

Obwohl er die Theorie in seiner Dissertation Computer Systems Established, Maintained, and Trusted by Mutually Suspicious Groups vorstellte, sollte es bis 2008 dauern, bis die Blockchain-Technologie zusammen mit der digitalen W?hrung Bitcoin der Welt vorgestellt wurde.

Dem Start von Bitcoin im Jahr 2009 folgten in der Anfangszeit der Blockchain mehrere andere Projekte, darunter Litecoin und Peercoin, die 2011 bzw. 2012 ins Leben gerufen wurden. Letzterer führte einen neuen Konsensmechanismus namens Proof of Stake (PoS) ein.

Heute verwendet Ethereum, das zweitgr??te Blockchain-Projekt nach Marktkapitalisierung, PoS zur Validierung von Transaktionen, wobei Kryptow?hrung als Sicherheit verwendet wird, um ein korrektes Verhalten der Validierungsknoten zu gew?hrleisten.

Wie Blockchain funktioniert

Blockchains lauschen auf übertragungen neuer Transaktionen von Krypto-Wallet-Adressen. Die Knoten innerhalb des Netzwerks fassen diese Transaktionen dann in Bl?cken zusammen und verifizieren die Transaktionen, um Doppelausgaben oder doppelte Transaktionen zu verhindern.

Die verschiedenen Blockchains verwenden jeweils ihr eigenes Protokoll, um zu bestimmen, welche Transaktionen gültig sind und wie das Netzwerk zu einer Einigung (Konsens) über den Zustand des Netzwerks kommt, einschlie?lich der Reihenfolge der Transaktionen und des Guthabens der Brieftaschen.

Da jeder Block von Transaktionen zusammengesetzt und der Kette hinzugefügt wird, enth?lt jeder Block auch einen Link zum vorherigen Block und bildet so eine Kette. Wenn Daten in einem früheren Block ge?ndert werden, ?ndert dieser Link auch den Hash-Wert der nachfolgenden Bl?cke, wodurch eine Gabelung in der Kette entsteht. Andere Knoten im Netzwerk lehnen den ge?nderten Block und die nachfolgenden Bl?cke als ungültig ab, so dass ein finanzieller Gewinn durch die ?nderung eines zuvor geschürften Blocks ausgeschlossen ist. Dieser Aspekt des Konsenses macht Blockchains unver?nderlich, d. h. die in den best?tigten Bl?cken enthaltenen Daten k?nnen nicht ohne gro?en Aufwand ge?ndert werden.

Blockchain-Netzwerke verwenden einen von zwei prim?ren Konsensmechanismen: Proof of Work (PoW) und Proof of Stake (PoS). Letzterer ist bei neueren Blockchains beliebter geworden, weil er viel weniger Energie verbraucht. Ethereum beispielsweise wechselte im Jahr 2022 von PoW zu PoS und verringerte den Kohlenstoff-Fu?abdruck der Kette um sch?tzungsweise 99,992 %.

Jahres-Energieverbrauch in TWh/Jahr

Quelle: Ethereum.org

Die Computer in einem Blockchain-P2P-Netzwerk synchronisieren sich regelm??ig, um sicherzustellen, dass alle Kopien der gemeinsamen Datenbank genau dieselben Informationen enthalten. Aber es ist die Verknüpfung zwischen den Bl?cken, die die Blockchain-Ledger sicher macht.

Schlüsselelemente der Blockchain

Blockchains unterscheiden sich in den Details ihrer Funktionsweise, aber die meisten haben einige Schlüsselelemente gemeinsam.

Obwohl wir Blockchains oft mit Kryptow?hrungen in Verbindung bringen, verwenden nicht alle Blockchains Kryptow?hrungen. Private Blockchains ben?tigen unter Umst?nden keinen nativen Verm?genswert, um neue Daten oder Transaktionen in die Blockchain aufzunehmen.

Typen von Blockchain

Es gibt vier Arten von Blockchain:

Verwenden Sie den Code mit 1,2,3,4

1. Public: Jeder, der über einen Internetzugang verfügt, kann sich in den Konsens einbringen.
2. Privat: Eine einzige, zentrale Autorit?t hat die Entscheidungsgewalt.
3. Konsortium (oder f?deriert): Mehrere Organisationen haben den Status einer Beh?rde.
4. Hybrid: Die Elemente sind ?ffentlich zug?nglich, aber die Autorit?t liegt in privater Hand.

Blockchain-Protokolle

Protokolle sind Regelwerke, die von Blockchains verwendet werden. Blockchain-Protokolle reichen von ?ffentlichen Open-Source-Netzwerken wie Bitcoin bis hin zu Tools für den Unternehmenseinsatz wie Quorum.

?ffentliche Blockchain-Protokolle:

• • Bitcoin
  • Ethereum
  • Solana
  • Cardano

Blockchain-Protokolle für den Unternehmenseinsatz:

• Hyperledger
• Quorum
• Corda

Es gibt einige überschneidungen zwischen den beiden Gruppen von Protokollen. Quorum basiert beispielsweise auf Ethereum und unterstützt viele der gleichen Funktionen, wie z. B. intelligente Vertr?ge.

Blockchain und Bitcoin

Das White Paper Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System skizziert die Implementierung der Blockchain-Technologie von Bitcoin. Das Papier wurde von Satoshi Nakamoto ver?ffentlicht, der Person oder Gruppe, die Bitcoin geschaffen hat, aber dieser Name ist nach allgemeiner Auffassung ein Pseudonym.

Nakamoto behauptet, dass das Problem mit den derzeitigen Finanzinstituten darin besteht, dass sie auf Vertrauen beruhen. Die Zahlungsempf?nger müssen einer Bank vertrauen, und die Bank muss für die Zahlungen bürgen. Blockchains hingegen bieten eine nicht ver?nderbare Aufzeichnung aller Transaktionen und sind für alle Parteien zug?nglich. Dieses System bietet den Nutzern den Nachweis von Transaktionen und macht eine zentrale Verwaltung und das Vertrauen in einen Vermittler überflüssig.

Die Blockchain-Revolution begann mit einer Blaupause für ein vertrauensloses Peer-to-Peer-Zahlungssystem, Bitcoin. In den kommenden Jahren wird die Blockchain-Technologie zu weitaus fortschrittlicheren Anwendungen führen, von denen wir uns einige noch gar nicht vorstellen k?nnen.

Merkmale der Blockchain-Technologie

Die Merkmale der Blockchain-Technologie k?nnen je nach Art der verwendeten Blockchain, d. h. ?ffentlich oder privat, variieren. ?ffentliche Blockchains bieten in der Regel die folgenden Merkmale.

• Dezentralisierung: ?ffentliche Blockchains halten aktualisierte Kopien des Hauptbuchs auf mehreren Computern, den sogenannten Nodes, vor. Light Nodes halten eine verkürzte Version des Blockchain-Hauptbuchs, w?hrend Full Nodes eine vollst?ndige Kopie des Hauptbuchs halten.
• Immutierbarkeit: Kryptografische Verbindungen zwischen Bl?cken machen es nahezu unm?glich, Blockchains zu ver?ndern.
• Transparenz: ?ffentliche Blockchains machen Transaktionsdaten für jeden sichtbar und verknüpfen Transaktionen mit Wallet-Adressen.
• Tokenisierung: Blockchains k?nnen Werte in Form von Tokens speichern.
• Vertrauenswürdigkeit: ?ffentliche Blockchains erm?glichen es Nutzern, mit anderen Nutzern oder intelligenten Vertr?gen zu handeln, ohne sich auf einen Vermittler zu verlassen, um Transaktionen abzuschlie?en.

Blockchain Anwendungsf?lle

Die Rolle von Blockchains bei der Sicherung von Transaktionen und Daten macht Blockchains für eine Reihe von Anwendungsf?llen gut geeignet. Diese reichen von einem effizienteren und fairen Zugang zu dezentralen Finanzdienstleistungen (DeFi) bis hin zu staatlichen Dienstleistungen, einschlie?lich Wahlen.

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Blockchain Pro und Contra

Blockchains k?nnen viele aktuelle L?sungen ersetzen oder erg?nzen, die typischerweise von zentralisierten Datenbanken oder zentralen Anbietern bereitgestellt werden. Im Vergleich zu anderen Technologien hat die Blockchain mehrere Vorteile, ist aber für andere Anwendungen m?glicherweise nicht so gut geeignet.

Blockchain-Sicherheit

Viele ?ffentliche Blockchains sind quelloffen, d. h. der Code ist zur überprüfung offen zug?nglich. Diese Transparenz tr?gt zur Sicherheit bei, da der Code einer weltweiten Gemeinschaft von Programmierern und Sicherheitsexperten zug?nglich gemacht wird. Seri?se Blockchain-Projekte lassen auch Prüfungen durch Dritte durchführen, um potenzielle Schwachstellen oder ungeplantes Verhalten zu erkennen.

Intern verwenden Blockchains eine von mehreren Arten von Konsensmechanismen, um Transaktionen zu validieren und sich über den Zustand der Blockchain zu einigen. Die gebr?uchlichsten sind Proof of Work und Proof of Stake, aber auch Proof of History (PoH), wie bei Solana, und Proof of Capacity (PoC) oder PoC+, wie bei Signum.

Ketten werden gebildet, indem jeder Block mit dem vorherigen Block verknüpft wird, indem ein kryptographischer Hash des Headers des vorherigen Blocks verwendet wird. Jeder Versuch, einen bestehenden Block zu ?ndern, ver?ndert jeden nachfolgenden Block. Das Netzwerkprotokoll veranlasst die Knoten, diese ge?nderten Bl?cke als ungültig zu kennzeichnen.

Die Verknüpfung in Verbindung mit dem Konsens macht Blockchains unver?nderlich und sie sicherer im Vergleich zu Datenbankeintr?gen, die leicht ver?ndert werden k?nnen.

Zukunft der Blockchain

Blockchain kann allt?gliche Aktivit?ten viel effizienter machen und gleichzeitig durch Blockchain-Tokens sicherere Formen des Eigentums bieten. Spiele und Finanzen sind die wahrscheinlichsten Bereiche, in denen die meisten Verbraucher zuerst mit Blockchains interagieren werden.

Unternehmen nutzen die Blockchain-Technologie jedoch bereits für die Lieferkette und die interne Verm?gensverwaltung. Eine verbesserte Interoperabilit?t zwischen Blockchains k?nnte eine Welt der M?glichkeiten er?ffnen, in der Verm?genswerte, die sich auf einer Blockchain befinden, auch anderswo genutzt werden k?nnen.

Die Technologien in den Blockchain-Netzwerken von morgen k?nnen sich jedoch von den Blockchains von heute unterscheiden. Viele Verbesserungen bei der Skalierung von Blockchains werden bereits umgesetzt, wie z. B. das Dencun-Upgrade von Ethereum, das die Geschwindigkeit des Netzwerks auf 100.000 Transaktionen pro Sekunde (TPS) erh?hen k?nnte, verglichen mit Visa, das etwa 1.700 TPS verarbeitet. Projekte wie Chainlink und Blockchains wie Avalanche und Polkadot arbeiten bereits an der Verbesserung der Interoperabilit?t zwischen Netzwerken. Es lohnt sich, mit den neuesten Krypto-Prognosen?auf dem aktuellen Stand zu bleiben.

Neuere Blockchain-Technologien k?nnten jedoch auch die Art und Weise ver?ndern, wie wir über dezentrale Ledger-Architekturen denken, und sogar die weit gefasste Definition von Blockchain erweitern.

Projekte wie Avalanche, Hedera und Kaspa verwenden Directed Acyclic Graphs (DAGs) anstelle von Blockketten. Diese Struktur erm?glicht eine parallele Blockvalidierung und ordnet die Bl?cke in der Reihenfolge ihrer Validierung an, was im Vergleich zu vielen ?lteren Ketten wesentlich schnellere Transaktionsgeschwindigkeiten erm?glicht.

Fazit

Blockchains bieten eine f?lschungssichere und dezentralisierte M?glichkeit, Transaktionen abzuwickeln und Daten zu speichern. ?ffentliche Blockchains wie Bitcoin und Ethereum bieten gleichen Zugang und die M?glichkeit, Transaktionen ohne Vermittler durchzuführen.

Smart-Contract-f?hige Netzwerke wie Ethereum oder Solana bieten auch die M?glichkeit, Computerprogramme auf der Blockchain zu hosten, was eine neue Welt der Funktionalit?t er?ffnet, von Spielen über Finanzen bis hin zu Immobilienverk?ufen. Auch im privaten und ?ffentlichen Sektor gibt es eine Fülle von Anwendungen, wobei die Blockchain bereits in vielen Branchen und Anwendungen vom Lieferkettenmanagement bis zum Finanzwesen eingesetzt wird.

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