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Was ist Blockchain?

Feature | 11. Oktober 2017 von Claudio Brecht 38

Blockchain ist längst kein Thema mehr, welches nur die Softwarebranche beschäftigt: Täglich kursieren Nachrichten über die Entwicklung des Bitcoin-Kurses, während sich Start-ups auf Basis der Technologie ein Wettrennen um das nächste weltverändernde Geschäftsmodell liefern. Doch was verbirgt sich eigentlich hinter dem Begriff?

Auf dem Höhepunkt der Finanzkrise von 2008 wurde unter dem Pseudonym „Satoshi Nakamoto“ ein Aufsatz mit dem Titel „Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System“ in einer Mailingliste veröffentlicht. Darin beschrieben: eine praktische Lösung einer Aufgabe, die Theoretikern eines virtuellen Geldes schon lange Kopfzerbrechen bereitete – das „Problem der byzantinischen Generäle“.

Konsens zwischen dezentralen Akteuren herstellen

Der Name des Problems rührt von einer historischen Legende zur osmanischen Belagerung des byzantinischen Konstantinopels um 1453. Demnach konnte die stark befestigte Stadt nur mit Hilfe konzertierter Truppenbewegungen aus verschiedenen Richtungen erfolgversprechend angegriffen werden. Die dabei befehlshabenden Generäle des osmanischen Reiches mussten zur Kommunikation auf Boten zurückgreifen.

Die kollektive Entscheidungsfindung für einen Angriffszeitpunkt wurde zusätzlich allerdings durch ein Detail empfindlich gestört: Da einige der Generäle daran interessiert waren, ihre Kollegen beim Sultan zu diskreditieren, gaben sie gezielt Fehlinformationen um einen verfrühten Angriff zu provozieren. Demnach konnte sich kein General darauf verlassen, dass eine angekommene Botschaft der Wahrheit entsprach.

Im Kern handelt es sich also um ein Konsensproblem, das daraus hervorgeht, dass sich voneinander getrennte Entscheider nicht vertrauen können.

Geld und die Rolle des Vermittlers

Die gleiche Situation besteht bei digitalen Übertragungen von Wert:  Wie kann Konsens darüber hergestellt werden, dass ein virtueller Euro nicht zweimal ausgegeben wurde? Die Antwort ist bisher denkbar einfach: über die Einschaltung einer vermittelnden dritten Partei, welche alle Transaktionen prüft – eine Bank.

Diese Vermittlung verläuft allerdings alles andere als reibungslos. Internationale Zahlungen über das für diesen Zweck geschaffene SWIFT-Netzwerk dauern aufgrund der Anzahl involvierter Parteien oft mehrere Werktage. Das erhöht die Transaktionskosten und erschwert so kleine Gelegenheitszahlungen. Zusätzlich beinhaltet die Möglichkeit der Stornierung einer Transaktion einige Fallstricke – Anbieter unumkehrbarer Dienstleistungen müssen mehr Informationen über ihre Kunden sammeln als sonst nötig, um Betrugsfälle minimieren zu können.

Bei physischen Werttransaktionen ist das Problem hingegen weitgehend gelöst. Möchte Alice beispielsweise einen bestimmten Geldbetrag an Bob zahlen, so genügt es, dass sie ihm eine annähernd fälschungssichere Münze weiterreicht, die den entsprechenden Wert repräsentiert. Es ist Alice dabei nicht möglich, mit ein und derselben Münze simultan zwei verschiedene Zahlungen zu tätigen.

Entsprechend viele Versuche gab es, das Prinzip physischen Geldes in die digitale Welt zu übertragen – allesamt mit eher durchwachsenem Erfolg. Erst Bitcoin konnte den Ansprüchen weitestgehend gerecht werden.

Kryptographische Unterschriften entsprechen digitalem Wert

Um sicherzustellen, dass eine digitale Münze nur von ihrem rechtmäßigen Besitzer ausgegeben werden kann, nutzt Bitcoin Public-Key-Kryptographie. Dabei wird ein geheimer Schlüssel, eine Zufallszahl, generiert. Aus diesem geheimen Schlüssel lässt sich ein öffentlicher Schlüssel berechnen. Umgekehrt kann jedoch aus einem öffentlichen Schlüssel nicht auf den zugehörigen geheimen Schlüssel geschlossen werden. Mittels des geheimen Schlüssels und einer Datenmenge lässt sich eine „digitale Unterschrift“ generieren. Der öffentliche Schlüssel erlaubt festzustellen, dass die Unterschrift vom entsprechenden geheimen Schlüssel stammt, ohne diesen kennen zu müssen.

Bitcoin bedient sich zusätzlich eines kryptographischen Verfahrens, einer sogenannten Hashfunktion. Diese wandelt eine beliebig große Eingabemenge in eine Zielmenge festgelegter Länge um – einen Hash. Eine gute Hashfunktion zeichnet sich neben hoher Sicherheit dadurch aus, verschiedenen Eingabemengen möglichst selten gleiche Hashes zuzuordnen.

Im Unterschied zu einer Verschlüsselung ist dieser Vorgang nicht reversibel: Zwar produziert eine bestimmte Hashfunktion angewendet auf ein und dieselbe Eingabemenge stets den gleichen Hash, jedoch lässt sich aus diesem Hash nicht auf die ursprüngliche Eingabemenge schließen. Jede Veränderung der Eingabemenge produziert also einen völlig unterschiedlichen Hash. Aus diesem Grund wird ein Hash auch als „digitaler Fingerabdruck“ bezeichnet.

Eine Münze im Bitcoin-System ist nichts anderes als eine Verkettung digitaler Unterschriften. Sie wird weitergegeben, indem Alice als Eigentümerin einen Hash aus der vorausgegangenen Transaktion und Bobs öffentlichen Schlüssel als Empfänger mit ihrem geheimen Schlüssel digital unterschreibt. Damit sich Bob sicher sein kann, dass Alice ihre Münze nicht schon zuvor in einer anderen Transaktion weitergegeben hat, müssen alle Transaktionen öffentlich einsehbar sein.

Mathematisches Wettrennen zur Konsensfindung

Bei Bitcoin wird dies mit einem Peer-to-Peer-Netzwerk erreicht. Ein Netzwerkknoten fasst verschiedene Transaktionen in einen Block zusammen, generiert einen Hash aus ihnen und veröffentlicht diesen mit einem Zeitstempel. Jeder Block enthält dabei den Hash des jeweils vorausgehenden Blocks. Zusammen bilden die Blöcke eine Kette: die Blockchain.

Hier stellt sich das eingangs beschriebene Problem der byzantinischen Generäle: Alle Knoten müssen sich darauf einigen können, welche Transaktion zuerst stattgefunden hat – ob also ein Block zur Kette hinzugefügt werden soll. Bitcoin setzt hier auf die sogenannte „Proof-of-Work“-Methode. Um einen weiteren Block der Kette hinzuzufügen, müssen die jeweiligen Computerknoten ein komplexes mathematisches Rätsel lösen. Der Knoten, der die Lösung zuerst findet, teilt dies allen anderen Knoten mit. Diese fügen den Block nach Überprüfung der Lösung an die Kette an. Das Rennen beginnt von neuem.

Um variierender Gesamtrechenleistung im Netzwerk zu entsprechen, wird die Schwierigkeit des Rätsels stets so angepasst, dass neue Blöcke alle etwa zehn Minuten der Kette hinzugefügt werden. Sollten zwei Blöcke simultan gefunden werden, so entscheidet der nächste gefundene Block darüber, welche Teilkette beibehalten wird – die längste Kette gewinnt.

Da für jede Änderung eines Blocks das Rätsel neu gelöst werden muss und dasselbe für darauffolgende Blöcke gilt, wird die Gesamtkette sicherer je länger sie ist. Um sie zu ändern, müsste ein Angreifer das mathematische Rätsel für alle Blöcke ab der gewünschten Änderung neu lösen, bevor ein neuer Block der Kette hinzugefügt wird. Das Vertrauen, das derzeit in Form der Bank existiert, steckt also in der mathematischen Logik der Blockchain selbst.

Das Internet des Werts

Die Blockchain fungiert also als verteiltes, öffentliches Journal, welches unabänderliche Transaktionen erfasst. So können Teilnehmer Transaktionen schnell und kostengünstig ohne Mittler verifizieren und auditieren.

Die Anwendungsfälle der Blockchain-Technologie sind dabei keineswegs auf Bitcoin beschränkt. Blockchain stellt vielmehr ein Protokoll zur Übertragung von Wert, ein „Internet des Werts“ dar. Die Datenbank kann als ultimative Feststellung von Besitzrechten dienen. Jeglicher Vermögensgegenstand, von dem sich ein „digitaler Zwilling“ anfertigen lässt, kann in der Blockchain aufgenommen werden: Diamanten, Gebäude, Warenlieferungen – die Einsatzmöglichkeiten sind schier unbegrenzt.

Ob die Innovation dabei disruptiv oder eher inkrementell stattfindet, hängt vom Einsatzgebiet ab: Konsensfindung innerhalb oder zwischen Firmen bedeutet eine eher evolutionäre Veränderung, während Anwendungsfälle öffentlicher Blockchains das Potenzial bergen, bestehende Märkte völlig zu verändern.

Ein Beispiel für den Einsatz von Blockchain ist Everledger: Das Start-up stellt einen digitalen Zwilling eines Diamanten anhand von vierzig Eigenschaften her, welcher auf der Blockchain gesichert wird. Die Besitzverhältnisse des Steins lassen sich so von der Mine bis zum Ring zurückverfolgen. Ein erfolgreiches Geschäft: Über eine Million der Juwelen wurden bereits digital gesichert.

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