Was ist die Blockchain Technologie und wie funktioniert sie?

Blockchains sind Datenbanken. Anstatt auf einem zentralen Server gespeichert zu werden, auf den alle Benutzer zugreifen, werden Blockchain-Datensätze auf unterschiedlichen Computern weltweit gespeichert. Das macht Blockchain zu einer distributed Datenbank mit einer Peer-to-Peer-Architektur. Distributed bedeutet, dass die Daten an mehreren Orten gespeichert werden und „Peer-to-Peer“ bedeutet, dass es keine zentrale Behörde gibt, die eine Masterkopie der Daten besitzt.

Satoshi Nakamotos Bitcoin Blockchain ist nicht die erste distributed Datenbank und nicht die erste Peer-to-Peer-Datenbank. Es ist nicht die erste Blockchain. Aber sie dient als Grundlage für die erste moderne Kryptowährung und sie ist der Ausgangspunkt für die Blockchains, die danach gekommen sind.

Wie funktioniert Blockchain?

Nehmen wir Mal an, wir möchten Daten über eine Pokerhand in einer Datenbank speichern. Wir beginnen damit, jeder der Karten im Deck eine Zahl zuzuweisen: 1 ist das Pik-Ass, 2 ist Pik 2, 3 ist Pik 3, usw. Bis alle 52 Karten nummeriert sind. Ihre Hand könnte nun so aussehen:

Datensatz	Kartenwert
1	12
2	44
3	4
4	31
5	27

Stellen Sie sich die Datensatznummern wie die Zeilennummern in einer Tabellenkalkulation vor. Datenbankprogrammierer nennen sie Datensätze und Blockchain-Programmierer nennen sie Blöcke. Zeile, Datensatz, Block: Sie alle beziehen sich auf einen einzelnen Datenblock.

Die Hand Ihres Gegners würde die Reihen 6-10 besetzen, eine andere Hand könnte in 11-15 gespeichert werden und so weiter. Wenn Sie also angeben möchten, von welcher Hand Sie sprechen, müssen Sie der Datenbank nur mitteilen, welche Zeile die erste Karte enthält.

Glieder der Kette

Natürlich können in einer distributd Peer-to-Peer-Datenbank andere Benutzer zur gleichen Zeit wie Sie Pokerhände austeilen. Es ist unwahrscheinlich, dass Ihre Karten in aufeinanderfolgenden Reihen erscheinen. So können wir Anzeiger auf die vorherige und nächste Karte hinzufügen, um die Daten in einer Kette zu verknüpfen:

Datensatz	Kartenwert	Vorherige Karte	Nächste Karte
15	12	0	37
37	44	15	118
118	4	37	121
121	31	118	199
199	27	121	999

Die erste Karte in Ihrer Hand wird in Reihe 15 gespeichert. Der Kartenwert beträgt 12, was sie zur Pik-Dame macht. Es gibt keine vorherige Zeile in Ihrer Hand, also setzen wir eine 0 in die Spalte „Vorherige Karte“. Die nächste Karte wird in Zeile 37 gespeichert.

Werfen wir also einen Blick auf Zeile 37: Auch sie spezifiziert eine einzelne Karte, zeigt auf die Zeile, in der sich die vorherige Karte befindet (15) und zeigt auf die nächste Karte, die in Zeile 118 gspeichert ist.

In der Informatik wird diese Struktur als doppelt verknüpfte Liste bezeichnet, da sie sowohl vorwärts als auch rückwärts verknüpft ist. Die Anzeiger werden zusammen mit den Kartenwerten in der Datenbank als Daten gespeichert.

Datensicherung

Es gibt nichts, was uns oder Hacker davon abhält, Kartenwerte zu ändern. Diese Datenbank macht Das Betrügen einfach. Jeder, der Zugriff auf die Datenbank hat, könnte die Werte der ersten vier Karten Ihrer Hand auf 1, 14, 27, 40 ändern. Dies wäaren dann aber vier Asse.

Wir können uns vor Datenfehlern und Hackern schützen, indem wir eine Spalte hinzufügen. Für jede Zeile fügen wir eine Spalte hinzu, die die Summe der Kartenwerte enthält. Dies sieht wie folgt aus:

Datensatz	Kartenwert	Vorherige Karte	Nächste Karte	Prüfsumme
15	12	0	37	12
37	44	15	118	56
118	4	37	121	48
121	31	118	199	35
199	27	121	999	58

Sehen Sie, wie das funktioniert? Für unsere zweite Karte beträgt der Prüfsummenwert 56, das ist die Summe der Werte der ersten beiden Karten: 12 und 44. Die Prüfsumme für Karte drei ist die Summe der nächsten beiden Karten. Jedes Mal, wenn wir einen Kartenwert lesen, können wir die Prüfsumme berechnen und mit der in der Datenbank gespeicherten Prüfsumme vergleichen. Wenn sie nicht identisch sind, wissen wir, dass die Daten manipuliert wurden. 

Die Speicherchips in Ihrem Computer und Smartphone erkennen Fehler mit diesem System. Dieses System wird auch verwendet, um Fehler auf Ihrer Festplatte zu finden.

Dieses einfache Prüfsummensystem ist ein wesentlicher Bestandteil der Blockchain-Technologie. Es ist Informatikstudenten im ersten Studienjahr gut bekannt.

Es ist aber auch immer noch sehr anfällig für Hacker. Wer über ausreichende Zugriffsrechte verfügt, um Kartenwerte zu ändern, könnte auch die Prüfsummen ändern, um seine Arbeit zu vertuschen. Oder der Hacker könnte die Anzeiger „Vorherige Karte“ und „Nächste Karte“ ändern, um eine Karte in Ihrer Hand durch eine Karte zu ersetzen, die in einer anderen Reihe gespeichert ist. 

Nakamoto hat diese Schwachstellen in seiner Blockchain-Architektur vorweggenommen. Anstatt einfache Additionen zu verwenden, um Prüfsummen zu erstellen und Glieder in der Datenkette zu verfolgen, verwendete er einen kryptografischen Prozess namens „Hashing“. 

Hashing und Verschlüsselung

Hashing erstellt einen einzigartigen Bezeichner, indem der Wert des vorherigen Datensatzes mit dem Wert des aktuellen Datensatzes in einem einseitigen mathematischen Prozess kombiniert wird. Was zu einem Hashwert wie 06C4D99F32047 führt. Es wird einseitig genannt, weil es keinen übereinstimmenden mathematischen Prozess gibt, um 06C4D99F32047 wieder in die ursprünglichen Daten umzuwandeln.

In einer Blockchain basiert der Hashwert für jeden Block auf dem Hashwert des vorherigen Blocks. Und der basiert auf dem Hashwert des Blocks davor. Bis zurück zu Nakamotos Block 0. Sie können den Hashwert für jeden Block berechnen und mit dem Hashwert vergleichen, der im Block gespeichert ist. Wenn sie nicht übereinstimmen, wurden die Daten manipuliert.

In einer herkömmlichen Datenbank könnte man Daten manipulieren, dann neue Hashwerte berechnen und sie in nachfolgende Blöcke oder Datensätze einfügen, um die Auswirkungen zu verbergen. Das funktioniert nicht mit einer distributed Peer-to-Peer-Blockchain-Datenbank, da der Hacker gleichzeitig Kopien der Datenbank ändern müsste, die auf Hunderten oder Tausenden von Computern gespeichert sind.

Eine Konsequenz ist, dass es zwar möglich ist, der Blockchain neue Datenblöcke hinzuzufügen, frühere Blöcke jedoch nicht gelöscht oder geändert werden können. Dies bedeutet, dass Sie sich nicht $ 100.000 in Bitcoin senden und die Transaktion löschen können.

Jede Transaktion in der Blockchain wird mit diesem Hash-Mechanismus validiert. 

Darüber hinaus hat Nakamoto die Verschlüsselung eingeführt, um sicherzustellen, dass die in der Blockchain gespeicherten Daten für jeden Benutzer sichtbar sind. Aber nur für diejenigen, die über die richtigen Entschlüsselungsschlüssel verfügen. Ohne den Schlüssel sehen Sie nur einen Strom von unsinnigen Zeichen.

Die Macht der Blockchain-Technologie

Die Blockchain-Technologie macht Daten privat, dauerhaft und überprüfbar. Die Aufzeichnung von Daten und Transaktionen ist öffentlich, aber die Verschlüsselung schützt sie vor neugierigen Blicken und Veränderungen. Aus diesem Grund wird die Bitcoin-Blockchain oft als „offenes Hauptbuch“ von Bitcoin bezeichnet. 

Das Hashing und die Verschlüsselung beansprucht große Rechenressourcen. Der Vorgang ist daher langsam. Weltweit ist das gesamte Bitcoin-Blockchain-Netzwerk auf die Verarbeitung von 4,6 Transaktionen pro Sekunde beschränkt. Kreditkartenunternehmen verarbeiten routinemäßig durchschnittlich 1.700 TPS und behaupten, dass sie in der Lage sind, 56.000 TPS zu verarbeiten. Das TPS-Limit von 4,6 ist die Hauptquelle für das Skalierbarkeitsproblem von Bitcoin. Informatiker arbeiten daran.

Das Netzwerk von Computern, die Bitcoin-Transaktionen validieren, soll aangeblich mehr Strom verbrauchen als die Schweiz.

Viele transaktionsvalidierende Knoten von Bitcoin enthalten die gesamte Blockchain, die derzeit aus etwa 250 GB Daten besteht. Diese werden als Full Nodes bezeichnet. Das Netzwerk umfasst auch SPV-Knoten, die eine vereinfachte Zahlungsüberprüfung durchführen. Es gibt keine einfache Möglichkeit, die Knoten zu zählen. Eine Website namens Bitnodes bietet eine aktualisierte Anzahl der Knoten, die derzeit online  erreichbar sind. Aber eine schnelle Google-Suche zeigt, dass Experten die Anzahl der Knoten zwischen 6.000 und 200.000 sehen. Niemand weiß wirklich, wie viele es sind.

Alles über Ethereum

Die am weitesten verbreitete Blockchain ist Ethereum. Ethereum enthält  Modifikationen, die das Netzwerk flexibler machen als die Bitcoin-Blockchain. Ethereum hat seine eigene Kryptowährung. Dabei handelt es sich um Ether. Aber Entwickler haben viele zusätzliche Kryptowährungen erstellt, die auf der Ethereum-Blockchain laufen. Die Plattform wird neben virtuellem Geld auch für viele andere Arten von Anwendungen verwendet.

Einer der Hauptvorteile von Ethereum ist, dass es neben Daten auch ausführbare Programme enthalten kann. Diese Programme werden als „Smart Contracts“ bezeichnet. Zum Beispiel könnte ein intelligenter Vertrag jeden zehnten ihrer Ether addieren, die Ihrem Konto in diesem Monat hinzugefügt wurden, und 10% als Spende an eine Kirche als Spende senden.

Wie die Bitcoin-Blockchain ist Ethereum manipulationssicher. Der Luxusuhrenhersteller Breitling schenkt den Besitzern seiner Uhren digitale Zertifikate, die die Echtheit belegen. Wenn Sie die Uhr verkaufen, können Sie das Zertifikat an den neuen Besitzer übertragen und so eine überprüfbare Eigentumskette einrichten. Die Technologie kann auch verwendet werden, um die Herkunft von Lebensmitteln im Lebensmittelgeschäft zu verfolgen und jeden Produktionsschritt nachzuverfolgen. Immer mehr Menschen interessieren sich für nachhaltige Produktionsketten und Blockchain kann ein Teil davon sein.

Im Jahr 2020 veröffentlichte  die Associated Press live und minutengenau die Ergebnisse der amerikanischen Präsidentschaftswahlen an die Ethereum-Blockchain, um einen unveränderlichen Datensatz der verifizierten offiziellen Stimmenauszählungen zu erstellen.

Die Ethereum-Blockchain verarbeitet etwa 30 TPS. Entwickler arbeiten hart an zukünftigen Versionen von Ethereum, die eine Technik namens Sharding verwenden werden, um mehrere Blockchains gleichzeitig auszuführen. Wobei konsolidierte Transaktionen asynchron in die zentrale Blockchain gebucht werden. Die Entwickler hoffen, dass zukünftige Versionen der Ethereum-Blockchain bis zu 100.000 TPS durchführen können.

Da Ethereum Smart Contracts ausführt, dient es als Plattform für viele Blockchain-bezogene Anwendungen. Die meisten Blockchain-basierten dezentralen Anwendungen, wie dezentrale Finanz-Apps, basieren auf der Ethereum-Hauptkette oder privaten Ethereum-Blockchains.

Ethereum ist auch eine sehr gute Wahl für Unternehmen, die Token-basierte Volkswirtschaften implementieren möchten. Zum Beispiel könnte ein Unternehmen ein Treueprogramm implementieren, bei dem Kunden bei jedem Kauf Acme Coins erhalten. Dann könnte es einen Geschenkeladen geben, in dem Acme Coins gegen Vorteile eingetauscht werden könnten. Das Unternehmen könnte ein Netzwerk von Unternehmen schaffen, die auch Acme Coins akzeptieren, was den Token einen De-facto-Wert verleiht, obwohl sie nicht gegen Dollar oder Euro eingetauscht werden können.

Hinzu kommt, dass die Ethereum-Spezifikation ERC-721 ein Protokoll zum Erstellen von nicht fungiblen Token definiert. Es ist die Basis für den NFT-Markt.

Andere Blockchains

Bitcoin und Ethereum sind die am weitesten verbreiteten Blockchains, aber es gibt mittlerweile Hunderte oder Tausende Blockchains. Allee basieren auf Nakamotos ursprünglichem Konzept. Blockchains können öffentlich wie die Bitcoin-Blockchain oder privat sein und für die interne Datenverwaltung verwendet werden.

Forscher haben viele Variationen der grundlegenden Blockchain-Architektur erstellt. Viele enthalten Innovationen zur Unterstützung einer schnelleren Verarbeitung, größerer Skalierbarkeit oder niedrigerer Transaktionsgebühren. Konsensmechanismen, die Koordination von untergeordneten Subchains, privaten Blockchains und anderen Schlüsseltechnologien werden in Projekten in der gesamten Kryptowelt angesprochen.

Was ist eine Blockchain? Jetzt wissen Sie es!

Was ist die Definition von Blockchain? Wie funktioniert die Blockchain-Technologie? Wir hoffen, dass diese Blockchain-Erklärung Ihr Verständnis und Ihre Wertschätzung für diese bemerkenswerte, revolutionäre Peer-to-Peer-Datenbankarchitektur und ihre Anwendungen verbessert hat.