Die Blockchain-Technologie wird grundsätzlich immer mit Krypto und Kryptowährungen in Verbindung gebracht. Aufgrund der Entwicklungen rund um Bitcoin, Ethereum und Co. gelangte diese Technologie in den letzten Jahren zunehmend in den Fokus, dennoch wissen viele nicht genau, worum es sich hierbei eigentlich handelt. Grundsätzlich wird darüber gesprochen, dass die Blockchain etwas Revolutionäres ist und ganze Branchen verändern kann, doch vielen ist gar nicht bewusst, was diese Technologie eigentlich macht. Daher wollen wir einen ersten grundlegenden Blick auf die Grundlagen der Blockchain, ihre Funktionsweise sowie die Anwendungsbereiche und das Potenzial dieser neuen digitalen Technologie werfen, die die Welt verändern könnte.
Die Grundlagen der Blockchain
Eine Blockchain kann wie eine digitale, dezentrale Datenbank betrachtet werden. Während in einer herkömmlichen Datenbank alles zentral gespeichert wird, gibt es in der Blockchain, wie der Name schon sagt, Blöcke. Diese Blöcke könnte man durchaus mit den Seiten eines Buches vergleichen, die nacheinander gefüllt werden und so eine chronologische Kette von Informationen ergeben. Daher setzt sich auch der Name aus den Begriffen „Block“, der die Informationen darstellt, sowie „Chain“, für die Verkettung, also Aneinanderreihung, der Informationsblöcke zusammen.
Das entscheidende Merkmal dieser Technologie ist die Dezentralität. Herkömmliche Datenbanken, wie etwa der Kontostand bei einer großen Bank, werden auf einem zentralen Server des Instituts gespeichert und liegen damit vollständig in der Autorität dieser Institution.
Im Gegensatz dazu wird die Blockchain von einem Netzwerk aus Computern, sogenannten Knoten, verwaltet. Jeder dieser Computer erhält im Netzwerk die Informationen der gesamten Blockchain, und alle Daten müssen von der Mehrheit dieses Netzwerks validiert, also auf ihre Richtigkeit überprüft, werden. Dies macht das System transparent und sicher: Die Informationen stehen allen Nutzern zur Verfügung und sind dabei manipulationssicher, da keine einzige zentrale Partei die Kontrolle über die Daten hat. Würde beispielsweise ein Knoten versuchen, Informationen (nehmen wir als Beispiel den Kontostand einer Wallet) zu ändern, würde die Mehrheit der Knoten dies bemerken und die Daten würden nicht validiert werden. In einem zentralen System, wie bei einer Bank, wäre dies jedoch möglich, da das Institut die Datenhoheit besitzt.
Wie funktioniert eine Blockchain?
Die Funktionsweise der Blockchain basiert auf dem Hinzufügen neuer Blöcke zur Kette. Sobald ein Block mit Informationen vollständig gefüllt ist, wird er mit einem einzigartigen kryptografischen Code, dem sogenannten Hash, verschlüsselt und an den vorherigen Block in der Kette angehängt. Diesen Hash kann man sich am besten wie den Fingerabdruck eines Blocks vorstellen. Außerdem enthält dieser Hash Informationen über den Inhalt des Blocks sowie den Hash des vorherigen Blocks.
Durch diesen Mechanismus der Verkettung wird sichergestellt, dass jeder Block in der Kette unveränderlich wird. Wie bereits oben beschrieben, würde sich durch das Verändern von Informationen in einem Block auch der Hash ändern, was eine Kettenreaktion auslösen und die Informationen dieses Knotens und dessen gesamte Kette ungültig machen würde. Da alle Knoten im Netzwerk eine Kopie der Blockchain haben, würden sie den manipulierten Block sofort erkennen und entsprechend zurückweisen. Daher ist es auch wichtig, dass die Dezentralität und die Verteilung auf die breite Community die Sicherheit der Blockchain gewährleisten. Würde die rechnerische Mehrheit in die Hand einer Institution fallen, könnten Daten ähnlich wie bei zentralen Systemen manipuliert werden.
Konsensmechanismen: Wie das Netzwerk Entscheidungen trifft
Um sicherzustellen, dass alle Knoten im Netzwerk sich einig sind und die gleiche Version der Blockchain verwenden, benötigt das Netzwerk einen Konsensmechanismus. Der bekannteste Konsensmechanismus ist der sogenannte „Proof of Work“ (PoW), der unter anderem bei Bitcoin verwendet wird. Bei PoW lösen die Knoten im Netzwerk komplexe mathematische Rätsel, um Transaktionen zu validieren und neue Blöcke zu erstellen. Dieser Prozess erfordert erhebliche Rechenleistung, was sicherstellt, dass Manipulationen oder Betrug praktisch unmöglich sind, da es zu teuer und ressourcenintensiv wäre.
Ein weiterer wichtiger Konsensmechanismus ist „Proof of Stake“ (PoS), der weniger energieintensiv ist und von einigen neueren Blockchains wie Ethereum 2.0 verwendet wird. Bei PoS werden neue Blöcke von denjenigen Knoten erstellt, die eine bestimmte Menge der Kryptowährung der Blockchain besitzen und als „Staker“ fungieren. Je mehr Münzen ein Staker hält, desto größer ist seine Chance, den nächsten Block zu erstellen und eine Belohnung zu erhalten.
Daneben gibt es auch noch viele weitere Mechanismen, die je nach Technologie Anwendung finden.
Anwendungsbereiche der Blockchain-Technologie
Die Blockchain ist aufgrund ihres Aufkommens gemeinsam mit Kryptowährungen auch sehr stark mit dem dezentralen Finanzbereich verbunden. Während viele Blockchain-Anwendungen nur aus der Perspektive von Bitcoin und Co. bekannt sind, erweitert sich der Anwendungsbereich mittlerweile enorm.
- Finanzwesen und Zahlungen: Blockchain ermöglicht es, Transaktionen direkt zwischen Parteien durchzuführen, ohne dass eine zentrale Institution wie eine Bank erforderlich ist. Dies reduziert die Kosten und die Zeit, die für grenzüberschreitende Zahlungen benötigt werden.
- Lieferkettenmanagement: Blockchain kann verwendet werden, um den Weg von Produkten durch die Lieferkette zu verfolgen. Jede Bewegung eines Produkts kann in der Blockchain dokumentiert werden, was Transparenz und Rückverfolgbarkeit schafft und gleichzeitig Betrug verhindert.
- Digitale Identität: Mit Blockchain können Individuen ihre digitale Identität sicher verwalten. Anstatt persönliche Informationen in zentralen Datenbanken zu speichern, die anfällig für Hacks sind, können Benutzer ihre Identität in einer Blockchain speichern, wo sie sicher und nur mit ihrer Zustimmung zugänglich ist.
- Smart Contracts: Smart Contracts sind selbstausführende Verträge, bei denen die Vertragsbedingungen direkt in Code geschrieben sind. Diese Verträge laufen auf Blockchain-Plattformen und werden automatisch ausgeführt, sobald die vordefinierten Bedingungen erfüllt sind. Dies reduziert die Notwendigkeit für Vermittler und kann viele Geschäftsprozesse effizienter machen.
Anwendungen für alle
Auch im normalen Alltag integrieren sich Blockchain Anwendungen immer häufiger.
- Gesundheitswesen: Blockchain kann im Gesundheitswesen verwendet werden, um medizinische Daten sicher zu speichern und zu teilen. Patienten können ihre Gesundheitsdaten kontrollieren und entscheiden, wer Zugang dazu hat, was die Privatsphäre schützt und gleichzeitig die Zusammenarbeit zwischen Ärzten erleichtert.
- Wahlen: Eine der vielversprechendsten Anwendungen von Blockchain ist die Durchführung von Wahlen. Durch die Speicherung von Stimmen in einer Blockchain könnte ein sicheres und transparentes Wahlsystem geschaffen werden, das Manipulationen und Wahlbetrug verhindert.
- dApps: Für viele Anwendungen stellt mittlerweile die Blockchain einen dezentralen Anlaufpunkt dar. Während bekannte Smartphone-Apps oft auf einen zentralen Server im Internet zugreifen, kann über die Blockchain ein Programm quasi ohne diesen Knotenpunkt laufen.
- Alltagsanwendungen: Gerade die Solana-Blockchain zeigt immer wieder neue Anwendungsbereiche für diese Technologie. So wurden auch praktische Dinge wie Kundenkarten mit Bonusprogrammen auf die Blockchain gebracht. Dadurch müssen die Entwickler des digitalen Kundenprogramms keinen Server mehr mieten oder bereitstellen, auf dem die Anwendung läuft.
Herausforderungen und Zukunft der Blockchain
Die Anwendungsgebiete nehmen täglich zu, und es werden immer mehr Projekte in den digitalen Raum gebracht. Dennoch stellen sich auch eine Vielzahl von Herausforderungen an diese Technologie. Eine der größten ist die Skalierbarkeit.
Gerade von Ethereum und Bitcoin ist bekannt, dass Blöcke recht lange für die Berechnung brauchen und die Validierung dieser recht teuer wird. So kann es passieren, dass beispielsweise bei Ethereum für die Weitergabe einer Transaktion mehrere US-Dollar anfallen. Durch Skalierungsprojekte können die Kosten für die Berechnungen allerdings wieder in den niedrigen Centbereich gebracht werden.
Die Kosten entstehen, da jede Transaktion in jedem Knoten des Netzwerks gespeichert wird. Damit kann das System bei hoher Auslastung langsam und teuer werden. So werden immer wieder verschiedene Lösungen wie das Lightning Network (für Bitcoin) und Sharding (für Ethereum) entwickelt, um dieses Problem zu lösen, aber es bleibt eine Herausforderung.
Auch die regulatorischen Gegebenheiten bieten eine Herausforderung für die Blockchain. Viele Regierungen sind sich noch uneinig, wie sie damit umgehen sollen, dass alle Transaktionen quasi öffentlich zugänglich sind. Während einige Länder Blockchain-Startups und Innovationen fördern, haben andere strenge Regulierungen eingeführt oder Kryptowährungen ganz verboten. Erst vor kurzem hat beispielsweise Russland die Möglichkeiten für Blockchains geöffnet, um das internationale Zahlungssystem SWIFT umgehen zu können und so direkt zwischen den Ländern Finanztransaktionen zu ermöglichen.
Trotz dieser Herausforderungen ist das Potenzial der Blockchain-Technologie enorm. Viele Experten glauben, dass Blockchain in den kommenden Jahren eine grundlegende Rolle in vielen Branchen spielen wird, ähnlich wie das Internet in den letzten Jahrzehnten.