Blockchain – Die Grundlagen des Aufbaus

Blockchain ist so populär wie nie zu vor. Jedoch wissen viele nicht mehr über die Blockchain-Technologie, als dass sie die Grundlage für die weltweit bekannte Kryptowährung Bitcoin ist. Häufig wird im Zusammenhang mit Blockchain über die Begriffe Dezentralisierung, absolute Transparenz, Verschlüsselung und Hashs gesprochen. Um einen soliden Grundeinstieg in das Thema Blockchain zu erhalten, werden in diesem Artikel die Grundlagen einiger wichtiger Begriffe erklärt:

Für einen anschaulichen Einstieg ist es hilfreich, sich zu Beginn die Blockchain als eine Art „Gipfelbuch“ oder „Kassenbuch“ vorzustellen, das zu jeder Zeit für jeden offen einsehbar ist. Allerdings ist die Blockchain im Gegensatz zu einem Gipfelbuch nicht nur an einem Ort verfügbar, sondern kann von vielen Orten aus eingesehen werden. Es existieren also viele identische Kopien. Beispielsweise hat jeder Teilnehmer einer Blockchain eine identische Kopie gespeichert. Somit ist die Blockchain transparent. Fachlich ausgedrückt ist das Gipfelbuch also nicht zentral gespeichert, sondern auf vielen verschiedenen Rechnern, also dezentral. Die vielen verschiedenen Rechner (Orte) werden als Nodes bezeichnet.

Für eine genauere Betrachtung der Blockchain hilft ebenfalls die Metapher des Gipfelbuchs weiter. Ein Buch besteht aus einer Aneinanderreihung von Einträgen bzw. Seiten. Jedem Eintrag folgt ein neuer Eintrag auf der nächsten Seite. Dasselbe gilt für eine Blockchain. Wie der Name bereits sagt, wird die Blockchain häufig bildlich als Kette von aneinander gereihten Daten-Blöcken dargestellt. Die Daten werden gesammelt und im nächsten Zeitintervall zu einem Block zusammengefasst. Bei Bitcoin umfasst ein Block zum Beispiel nicht nur eine einzelne Überweisung, sondern in der Regel 2000 Überweisungen. Anders als bei einem Buch kann die Blockchain zudem stetig fortgeschrieben werden.

Fragt man sich nun, woher man weiß, welche Blöcke zusammengehören, gibt es dafür eine einfache Lösung. In Falle des Gipfelbuchs ist anhand der Seitenzahlen zu erkennen, dass keine Seite bzw. Eintrag fehlt. Bei der Blockchain existiert für jeden einzelnen Block in der Regel eine Folge von 64 Zeichen und Zahlen, die auf den nächsten Block hinweist. Diese Zeichenfolge wird Hashwert genannt. Dieser Hashwert wird aus den Einträgen, die in einem Block gespeichert sind, berechnet. Ein sehr einfacher Hash-Algorithmus ist z.B. die Berechnung einer Quersumme. Ist der Hashwert berechnet, ist der Block geschlossen. Am Anfang des nachfolgenden Blocks wird wiederum genau der gleiche Hash vom vorhergehenden Block als sogenannter Prehash gespeichert. Im Gipfelbuch würde also die Seitenzahl 2 zu Beginn der dritten Seite oben stehen, die Seitenzahl 3 zu Beginn der vierten Seite oben und so weiter. Es entsteht eine immer nachvollziehbare Aneinanderreihung der Blöcke. Dadurch ist die Integrität der Blockchain gewährleistet.  Jedoch ist die Blockchain bedeutend sicherer, als ein Buch, da die Hashwerte nicht nur stets auf den nächsten Block hinweisen, wie dies die Seitenzahlen in einem Buch machen. Der Hashwert des nachfolgenden Blocks wird zudem berechnet aus seinem Daten-Inhalt sowie  dem gespeicherten Prehash. Dies geschieht fortlaufend. Deshalb ist der Hashwert für jeden neu generierten Block individuell. Somit kann durch die Hashs nicht nur die Speicherreihenfolge festgelegt werden, es wird auch die Integrität der ganzen Kette an vorangegangenen Transaktionen gewährleistet.

Gleichzeitig ist die Erzeugung eines Hash-Wertes eine Einbahnstraße: aus dem Hashwert können die ursprünglichen Daten nicht zurückgerechnet werden. Des Weiteren sind die Zeichen und Zahlenfolge einzigartig für jeden Eintrag, da bei der kleinsten Veränderung sofort eine neue Folge erzeugt wird. Dazu ein Beispiel: Lautet der Eintrag in unserem Gipfelbuch etwa „Schöne Wanderung“ ist der Hashwert ein anderer als bei dem Eintrag „Schöne Wanderung!“. Die Länge eines Eintrags spielt dabei keine Rolle, am Ende wird immer eine dem Hash-Algorithmus entsprechend lange Zeichenfolge herauskommen. Würde rückwirkend ein Eintrag in einem Block geändert werden, würde somit automatisch auch der Hashwert verändert werden. Damit stimmen der Hashwert dieses und der Prehash des Folgeblocks nicht mehr miteinander überein. Es ist durch die Manipulation also ein Fehler in der Kette. Da die Blockchain an vielen verschieden Orten gespeichert wird, ist es sehr schwer, alle Kopien der Kette zu manipulieren. Die anderen Teilnehmer der Blockchain besitzen die ursprüngliche, richtige Kopie der Kette und können den Fehler erkennen und korrigieren. Somit ist eine nachträgliche Manipulation sehr schwierig bis nahezu ausgeschlossen. Festzuhalten ist, dass Blockchain konzeptuell ein sehr einfaches System darstellt, da sie nichts anderes ist als eine Datenbank, die an vielen Orten gespeichert ist. Durch ihre Hashwerte ist sie in der Abfolge der Aktionen, die sie in den aktuellen Zustand gebracht haben, festgelegt, und kann im Nachhinein nahezu nicht manipuliert werden.

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