Was ist eine Blockchain und wie funktioniert sie?

Was ist eine Blockchain?

Blockchain ist eine Technologie, die aus einer digitalen Datenbank besteht (auch öffentliches Hauptbuch genannt), in der Transaktionen gespeichert werden. Diese Datenbank ist in den meisten Fällen öffentlich (Open Source) und wird von einem Netzwerk aus Computern auf der ganzen Welt gepflegt. Ein Blockchain-Netzwerk ist also meist dezentral aufgebaut.

Eine Blockchain besteht aus Blöcken, in denen Transaktionen gespeichert sind. Jeder Block ist chronologisch mit dem vorherigen Block verknüpft, sodass eine Kette (Chain) entsteht – die Blockchain. Ein neuer Block enthält die neuesten Transaktionen und einen Verweis auf den vorherigen Block. Sobald sich das Netzwerk einig ist, dass die Transaktionen gültig sind, wird der Block zur Kette – und damit zum Netzwerk – hinzugefügt.

Alles, was auf der Blockchain passiert, ist unveränderlich. Das heißt, alle Informationen, die in einem Block gespeichert wurden, können nicht mehr geändert oder gelöscht werden.

Beispiel: Du kannst dir die Blockchain wie eine Ankerkette vorstellen. Jeder Block enthält Infos über Transaktionen. Wenn du der Kette nach unten folgst, kannst du alle Glieder (also Blöcke) mit den Transaktionsdaten sehen. Das bedeutet, du kannst immer nachvollziehen, wie viele und welche Transaktionen ausgeführt wurden – von der allerersten bis zur aktuellsten. Durch diese Struktur kann das Netzwerk Manipulationsversuche erkennen und ablehnen. Das macht Blockchain-Technologie zuverlässig und ermöglicht sichere Transaktionen.

Wichtigste Erkenntnisse

• Eine Blockchain ist ein dezentrales und unveränderliches digitales Hauptbuch, in dem Transaktionen in kryptografisch verknüpften Blöcken gespeichert werden.
• Kryptowährungen laufen auf Blockchains und nutzen diese Technologie zur Verarbeitung und Sicherung von Transaktionen.
• Transaktionen werden über Konsensmechanismen wie Proof of Work (PoW) oder Proof of Stake (PoS) verifiziert.
• Blockchain bietet durch Kryptografie, Dezentralisierung, Transparenz und Unveränderlichkeit ein hohes Maß an Sicherheit – Manipulation ist nahezu ausgeschlossen.
• Die Technologie hat Vor- und Nachteile: Sie ist sicher, transparent und zugänglich, kann aber auch viel Energie verbrauchen und Skalierungsprobleme haben.

Sind Kryptowährungen Blockchains?

Kryptowährungen sind keine Blockchains. Kryptowährungen wie BTC und Ether sind digitale Währungen (Coins), die auf einer Blockchain laufen, wie dem Bitcoin- oder dem Ethereum-Netzwerk. Sie werden innerhalb eines Blockchain-Netzwerks herausgegeben und verwaltet. Die Blockchain ist das System, das alle Transaktionen verarbeitet und speichert.

Kryptowährungen nutzen die Sicherheit, Transparenz und Zuverlässigkeit der Blockchain. Wenn du eine Transaktion mit einer Kryptowährung durchführst, wird diese vom Netzwerk überprüft und dann im verteilten Hauptbuch der Blockchain gespeichert.

Wie funktioniert eine Blockchain?

Eine Blockchain funktioniert wie ein verteiltes Hauptbuch, das auf ein Netzwerk aus Computern (Nodes) verteilt ist. Auf der Blockchain wird jede Transaktion oder Information gespeichert – auf eine sichere, transparente und unveränderliche Art. So läuft der Prozess Schritt für Schritt ab:

1. Eine Transaktion wird erstellt

Alles beginnt mit dem Erstellen einer neuen Transaktion. Stell dir vor, du willst jemandem Bitcoin schicken. Du erstellst die Transaktion, indem du aus deiner eigenen Krypto-Wallet Bitcoin an die Wallet-Adresse des Empfängers sendest. Die Transaktion enthält folgende Infos:

• Die Wallet-Adresse des Senders (Public Key des Senders)
• Die Wallet-Adresse des Empfängers (öffentlicher Schlüssel des Empfängers)
• Den Betrag, den du senden willst
• Eventuell zusätzliche Infos (z. B. ein Memo)

Beim Erstellen einer Transaktion fällt auch eine Gebühr an. Diese wird an die Nodes gezahlt, die Transaktionen validieren und verarbeiten.

2. Die Transaktion wird ins Netzwerk geschickt

Sobald die Transaktion erstellt ist, wird sie an das gesamte Peer-to-Peer-Netzwerk der Nodes gesendet. Jede Node erhält dieselben Infos.

3. Verifizierung der Transaktion

Als Nächstes wird die Transaktion vom Netzwerk überprüft. Dabei wird kontrolliert, ob die Transaktion gültig ist. Wie genau die Prüfung abläuft, hängt vom verwendeten Konsensmechanismus der jeweiligen Blockchain ab. Die bekanntesten sind:

• Proof of Work (PoW): Bei Proof of Work wird Rechenleistung eingesetzt, um kryptografische Rätsel zu lösen. Das bekannteste Beispiel ist die Bitcoin-Blockchain.
• Proof of Stake (PoS): Bei Proof of Stake werden Coins von sogenannten Validatoren „gestaked“, um Transaktionen zu bestätigen. Das ist energieeffizienter als PoW. Blockchains wie Ethereum und Cardano nutzen dieses Verfahren.

4. Transaktionen werden in einem Block zusammengefasst

Sobald die Transaktionen verifiziert wurden, werden sie in einem Block zusammengefasst. Dieser Block wird dann von einer Node (einem Miner bei PoW, einem Validator bei PoS) zur Blockchain hinzugefügt.

5. Der Block wird zur Blockchain hinzugefügt

Der neue Block wird von der Node zur Blockchain hinzugefügt. Er enthält auch einen Verweis auf den vorherigen Block (dessen Hash), wodurch alle Blöcke in einer Kette miteinander verbunden bleiben. Sobald der Block angehängt ist, kann er nicht mehr verändert werden – die darin gespeicherten Daten sind also endgültig.

6. Bestätigung des Blocks

Nach dem Hinzufügen des Blocks wird die aktualisierte Blockchain direkt mit allen Nodes im Netzwerk geteilt. So hat jeder die gleiche Version des Hauptbuchs. Sobald der Block mit deiner Transaktion vom Netzwerk bestätigt wurde, gilt die Zahlung als abgeschlossen.

Beispiel: Stell dir vor, du willst einem Freund einen Brief schicken. Du schreibst ihn und steckst ihn in einen Umschlag. Auf den Umschlag schreibst du deine Adresse (deine Wallet-Adresse) als Absender und die Adresse deines Freundes (seine Wallet-Adresse) als Empfänger. Dann bringst du den Brief zur Post (dem Node-Netzwerk). Dort wird geprüft, ob alles stimmt und ob nichts manipuliert wurde (die Gültigkeit der Transaktion).

Wenn der Brief genehmigt ist, kommt er mit anderen geprüften Briefen in einen Postsack (einen Block mit mehreren Transaktionen). Der Postsack bekommt eine eindeutige Nummer (z. B. Blocknummer #840.000). So kann später jeder nachsehen, wann er verschickt wurde und was drin war.

Ist der Brief einmal angekommen, ist die Zustellung für immer dokumentiert: Niemand kann den Inhalt ändern oder behaupten, der Brief sei nie verschickt worden.

Was ist der größte Vorteil von Blockchains?

Der größte Vorteil von Blockchain-Technologie ist, dass man keine Zwischenhändler – wie zentrale Instanzen (z. B. Banken) – mehr braucht. Mit Blockchains können Leute direkt und ohne zentrale Autorität Transaktionen durchführen oder Daten austauschen.

Was macht eine Blockchain sicher?

Blockchain-Technologie gilt als sehr sicher. Aber warum eigentlich? Das liegt an einer Kombination aus Dingen wie Kryptografie, Dezentralisierung, Transparenz und Unveränderlichkeit:

1. Kryptografie

Daten und Transaktionen, die auf der Blockchain gespeichert sind, werden mit kryptografischen Algorithmen verschlüsselt. Dank Kryptografie ist die Information durch geheime Codes geschützt, die nur Leute mit den richtigen Schlüsseln lesen können. Die Infos sind unveränderlich, und jede Transaktion muss digital unterschrieben werden, bevor sie in einen Block kommt. Jeder Block hat außerdem einen einzigartigen kryptografischen Hash, der den Inhalt zusammenfasst und absichert.

Durch den Hash sieht man sofort, wenn jemand versucht, etwas zu ändern, denn schon die kleinste Änderung verändert den Hash komplett. So bleibt die Blockchain sicher und vertrauenswürdig.

2. Kettenstruktur

Wenn ein Hacker es schafft, einen Block zu manipulieren, würden alle folgenden Blöcke ungültig. Der Hacker müsste also theoretisch auch alle nachfolgenden Blöcke anpassen. Das gilt praktisch als nahezu unmöglich, vor allem bei großen Netzwerken mit vielen Nodes, die zusammen die Blockchain sichern.

3. Dezentralisierung

Weil tausende bis Millionen von Nodes weltweit verteilt sind, ist eine Blockchain dezentral. Das heißt, es gibt keine zentrale Stelle, die das Netzwerk kontrolliert. Die Daten liegen nicht bei einer zentralen Autorität, sondern auf vielen Rechnern (Nodes), die alle eine exakte Kopie der Datenbank haben.

Im Gegensatz zu zentralen Datenbanken kontrollieren hier die Nutzer selbst das Netzwerk. Die Nodes speichern neue Transaktionen und müssen sich darauf einigen, bevor eine Transaktion durchgeführt wird.

4. Konsensmechanismen

Neue Blöcke werden mit sogenannten Konsensmechanismen hinzugefügt. Jede Blockchain hat ihr eigenes Verfahren und Regeln. Meistens müssen mindestens 50% der Nodes einem Block zustimmen, bevor er hinzugefügt wird. So werden gefälschte Blöcke mit betrügerischen Infos abgelehnt. Wer böse sein will, müsste also mindestens 51% der Nodes kontrollieren – das nennt man 51%-Angriff.

5. Transparenz

Die meisten öffentlichen Blockchains sind Open Source. Das heißt, der Quellcode und alle Transaktionsdaten sind für jeden einsehbar. Alle Transaktionen sind nachvollziehbar und können nicht manipuliert werden. Mit sogenannten Blockexplorern kann man sich alle Blockinfos anschauen.

6. Unveränderlichkeit

Einmal auf der Blockchain gespeicherte Daten lassen sich so gut wie nicht mehr ändern oder löschen. Das nennt man Unveränderlichkeit – ein super wichtiges Sicherheitsfeature der Blockchain.

Wenn man trotzdem etwas ändern will, braucht man Konsens im Netzwerk, zum Beispiel bei einem 'Hard Fork' (Blockchain-Spaltung). So wurde nach dem DAO-Hack bei Ethereum eine neue Version erstellt, in der der kaputte Block überschrieben wurde. Das ist das Ethereum, das wir heute kennen. Die alte Blockchain ging als Ethereum Classic weiter.

Welche Arten von Blockchains gibt es?

Es gibt verschiedene Blockchain-Typen, die Entwickler nutzen können: öffentliche Blockchains, semi-private Blockchains, private Blockchains und Konsortium-Blockchains:

1. Öffentliche Blockchains
   Das ist die Blockchain, die wir kennen. Alle öffentlichen Blockchains, wie Bitcoin und Ethereum, sind so aufgebaut. Jeder kann die Daten sehen und ohne Erlaubnis am Netzwerk teilnehmen – und dabei anonym bleiben. Diese Blockchains sind komplett offen und dezentral, ohne zentrale Kontrolle.

2. Semi-private Blockchains
   Bei semi-privaten Blockchains kontrolliert eine Firma oder Organisation das Netzwerk. Das ist zentralisierter als bei öffentlichen Blockchains. Die Organisation kann Nutzer hinzufügen oder ablehnen. Diese Blockchain ist nicht komplett dezentral, bietet aber kontrollierten Zugang für bestimmte Teilnehmer. Für Unternehmen oder Behörden, die etwas Kontrolle wollen, ist das oft interessant.

3. Private Blockchains
   Private Blockchains sind komplett zentralisiert. Nur eine Partei kann die Daten lesen, Transaktionen machen und am Netzwerk teilnehmen. Das ist eher was für Firmen, die eine geschlossene, kontrollierte Umgebung brauchen und nicht unbedingt Transparenz wollen.

4. Konsortium-Blockchains
   Das Konsortium-Modell ist gerade der Favorit bei Unternehmen. Dabei wird der Konsens von einer festgelegten Gruppe von Teilnehmern, z.B. Firmen oder Institutionen, kontrolliert. Nur diese dürfen Transaktionen einreichen und Daten sehen. Das ist super für Business- und Institutionen-Anwendungen, wo Zusammenarbeit, Kontrolle und Privatsphäre wichtig sind.

Energieverbrauch von Blockchain-Technologie

Der Energieverbrauch von Blockchains ist oft Thema. Kryptowährungen, besonders Bitcoin, werden oft mit hohem Stromverbrauch und Umweltbelastung verbunden. Bitcoin und andere, wie Dogecoin, nutzen Proof-of-Work. Dabei lösen tausende Rechner weltweit komplexe kryptografische Rätsel. Das braucht viel Rechenpower und damit viel Strom – das nennt man Mining. Laut manchen Quellen verbraucht Bitcoin so viel Strom wie Polen.

Wegen dieser Kritik gibt es inzwischen andere Blockchains und Proof-of-Stake. Dabei müssen Rechner keine Rätsel lösen, sondern Validatoren setzen ihre Coins als Pfand ein. Das braucht viel weniger Strom. Beispiele für Proof-of-Stake sind Ethereum und Cardano.

Skalierbarkeit von Blockchains

Skalierbarkeit heißt, wie schnell eine Blockchain viele Transaktionen sicher und effizient verarbeiten kann. Je mehr los ist, desto mehr Stress hat das Netzwerk. Deshalb bekommen Bitcoin und Ethereum oft Kritik bei viel Traffic. Jede Transaktion wird im ganzen Netzwerk validiert, was die Anzahl der Transaktionen pro Sekunde limitiert. Bei viel los kommt es zu Verzögerungen und hohen Gebühren.

Bitcoin wurde als Alternative zum klassischen Geldsystem entwickelt, aber schafft nur ca. 7 Transaktionen pro Sekunde, während Visa Tausende schafft.

Um das Problem zu lösen, gibt es verschiedene Ansätze, wie bessere Skalierung für Bitcoin und Ethereum, oder neue Blockchains, die von Haus aus schneller sind:

• Layer-2-Lösungen (wie das Bitcoin Lightning Network): Hier laufen Transaktionen außerhalb der Hauptkette und werden gebündelt bestätigt.
• Sharding: Das Netzwerk wird in viele parallele Chains aufgeteilt, die gleichzeitig arbeiten, was die Geschwindigkeit stark erhöht.
• Neue Konsensmechanismen: Zum Beispiel Solanas Proof of History oder innovative Proof-of-Stake-Algorithmen wie Avalanche.

Vor- und Nachteile von Blockchain-Technologie

Blockchains haben ihre Stärken und Schwächen. Hier die wichtigsten Punkte auf einen Blick:

Wer hat die Blockchain erfunden?

Viele denken, Blockchain wurde mit Bitcoin von Satoshi Nakamoto erfunden. Nakamoto hat zwar Blockchain erstmal praktisch angewendet, aber die Idee ist älter.

1983 legte der US-Computerwissenschaftler David Chaum die Basis mit seiner Forschung zu 'Blind Signatures', einer Technik, bei der Daten signiert werden, ohne den Inhalt zu verraten. Das war wichtig für private digitale Transaktionen.

1991 entwickelten die Mathematiker Stuart Haber und W. Scott Stornetta eine Methode, um digitale Dokumente zuverlässig zu timestampen, damit man sie nicht nachträglich heimlich verändern konnte. Ein Jahr später fügten sie eine Datenstruktur hinzu, in der Dokumente in einer Kette gespeichert wurden – eine frühe Version der Blockchain.

Erst 2008 wurde Blockchain dann richtig bekannt, als Satoshi Nakamoto das Whitepaper zu Bitcoin veröffentlichte. Damit wurde Blockchain erstmals als öffentliches und dezentrales Hauptbuch genutzt, um digitale Währungen ohne Banken zu übertragen. Das war revolutionär, weil es Technik, Wirtschaftsanreize und Kryptografie in einem funktionierenden System kombinierte.

Satoshi ist also nicht der Erfinder des Blockchain-Konzepts, aber gilt als Gründer der modernen Blockchain-Technologie, wie wir sie heute bei Kryptowährungen kennen.

Fazit

Blockchain-Technologie ist eine coole neue Methode, Daten sicher, transparent und unveränderlich zu speichern – ganz ohne zentrale Stellen. Sie nutzt Kryptografie, Dezentralisierung und Konsensmechanismen, um Vertrauen im Netzwerk zu schaffen. Klar, es gibt Herausforderungen wie Energieverbrauch und Skalierbarkeit, aber die Einsatzmöglichkeiten sind riesig, sowohl im Finanzbereich als auch anderswo. Und durch ständig neue und bessere Validierungsmethoden entwickelt sich die Technologie schnell weiter.