Blockchain: Revolutionäre Datentechnologie

Blockchain ermöglichen es, Daten transparent, sicher und nachvollziehbar in dezentrale Netzwerke zu übertragen. Die Technologie sorgte erstmals als Basis für die Kryptowährung Bitcoin für Aufmerksamkeit, bietet aber wesentlich mehr Anwendungsmöglichkeiten. Doch wie funktioniert eigentlich die Blockchain, und welche Vorteile hat diese Technologie?

Was ist eine Blockchain?

Eine Blockchain ist eine dezentral organisierte Datenbank, die laufende Informationen registriert und in Datenblöcken speichert. Diese sind mit einer Blocknummer versehen. Kryptografische Algorithmen ketten sie aneinander. Somit kann niemand einen festgeschriebenen Datenblock nachträglich verändern oder löschen. Das hat vor allem bei digitalen Zahlungsmitteln, sogenannten Kryptowährungen, einen besonderen Vorteil:

Vertrauen bei dezentraler Verwaltung

Die Blockchain wird von einem Netzwerk an Einzelrechnern verwaltet. Möchte jemand einen neuen Eintrag vornehmen, etwa eine Kryptowährungseinheit verbuchen, muss dies von einer bestimmten Anzahl an Netzwerkteilnehmern geprüft und validiert werden. Erst dann kann ein Eintrag in einen neuen Block erfolgen. So wird Vertrauen in die Gültigkeit der Vorgänge geschaffen, ohne dass dafür eine zentrale Institution, wie eine Bank, nötig ist.

Welche Rolle spielt Blockchain beim Schürfen von Bitcoins?

Bitcoin war im Jahr 2009 die erste bekannte Anwendung der Blockchain-Technologie. Die Idee: Eine digitale Währung zu erschaffen, die man zuverlässig über ein verteiltes Netzwerk handeln kann, ohne dabei einen Vermittler, wie Banken, zu benötigen. Damit sich niemand beliebig viele Bitcoin-Einheiten auf sein Konto schreiben und ausgeben kann, gibt es ein universelles, offenes Kassenbuch. Dieses ist die Bitcoin-Blockchain und enthält alle Kontostände und Transaktionen.

Jeder kann sich an dem Netzwerk beteiligen und die laufenden Transaktionen validieren sowie zur Blockgenerierung beitragen. Da die regelmäßige Aktualisierung der Datenkette vom Einsatz der einzelnen Teilnehmer sowie der zur Verfügung gestellten Rechenleistung abhängt, erhalten die Beteiligten als Vergütung Bitcoins. Das ist auch die einzige Möglichkeit, an eine Kryptowährungseinheit zu kommen, ohne sie einem anderen Teilnehmern abzukaufen.

Was ist Mining?

Der Wert einer Bitcoin ermittelt sich aus der Rechenarbeit, die erbracht wird, um das Netzwerk aufrechtzuerhalten – dem Mining (auf Deutsch: Schürfen oder Abbauen).  Inzwischen übernehmen große Rechenfarmen das Bitcoin-Mining, was allerdings mit hohen Energiekosten verbunden ist. So verbraucht das Bitcoin-Netzwerk laut einer Studie der Cambridge University derzeit etwa so viel Energie wie die gesamte Schweiz.

Ökosystem der Kryptowährungen und FinTech-Dienstleistungen

Die Idee dieses dezentralen und somit neuartigen Zahlungsmittels hat sich schnell verbreitet. Kryptowährungen versprechen grenzenlosen, schnellen Geldverkehr, der nicht von Zentralbanken und Staaten kontrolliert wird und werden muss. Die Software dahinter ist Open-Source. Somit sind Informationen, um eigene Blockchains zu erstellen, frei verfügbar. Das hat wiederum zur Folge, dass in kurzer Zeit hunderte neue Kryptowährungen, wie Ethereum, Litecoin, Monero und Ripple entstanden sind. Jede hat ihre eigenen Vorzüge und Anwendungsgebiete. Auch ist parallel dazu eine ganze Krypto-Ökonomie mit Marktplätzen (Exchanges), Mining-Unternehmen, Analysten und anderen Finanzdienstleistern entstanden. Gleichzeitig gibt es aber auch Nachteile, wie stark schwankende Kurse gegenüber gesetzlichen Zahlungsmitteln der einzelnen Länder.

Blockchain in der Logistik, Automobilbranche und Finanzwirtschaft

Neben Zahlungsdienstleistungen profitieren auch Bereiche, wie Logistik, Automobilbranche und Finanzwirtschaft von der Blockchain-Technologie. Hier stehen vor allem effiziente Lieferketten, autonomes Fahren und schnellere sowie sichere Schadensregulierungen im Fokus.

Transparenz beim Transport

Großkonzerne aus fast allen Industrie-Branchen investieren derzeit in den Ausbau von Blockchain-Technologien. Die Anwendungsformen sind dabei genau so vielfältig wie die Ansprüche der einzelnen Unternehmen. Logistische Prozesse, wie Inventuren, Lieferketten und Audits, werden auf den dezentralen Datenketten zuverlässiger, schneller, kostengünstiger und vor allem transparenter durchgeführt.

Beispiele:

  • Transparenz bei Kühlketten: Verderbliche Produkte erhalten eine ID, die bei jeder Übergabe abgezeichnet wird. In Verbindung mit Bewegungs-, Ortungs- und Temperatursensoren werden alle relevanten Daten auf der Blockchain gespeichert. So lässt sich in Echtzeit überprüfen, welchen Weg das Produkt hinter sich hat und ob es Unterbrechungen der Kühlketten gegeben hat.
  • Transparenz bei Dienstleistern: Um die Zuverlässigkeit von etwa Zwischenhändlern und Transporteuren sicherzustellen, kann über eine Blockchain ein Reputationssystem eingerichtet werden. Gibt es Ausfälle oder Unregelmäßigkeiten, können Geschäftspartner diese über Shared Ledger einsehen und entsprechend handeln. Bei einem Shared Ledger (auf Deutsch: geteiltes Hauptbuch) handelt es sich um eine dezentrale Technik, die Transaktionen dokumentiert.

Blockchain in der Logistik sorgt also für weniger Hürden bei Lieferketten und dadurch für mehr Effizienz.

Smarte Stromnetze werden noch smarter

Die Entwicklung auf dem Strommarkt steht vor großen Herausforderungen. Das wachsende Internet of Things (IoT) und die stetig zunehmende Zahl an Elektroautos erhöhen den Bedarf an elektrischem Strom und effiziente Lastverteilung.

Um diesem Anspruch gerecht zu werden, müssen alte, zentralisierte Stromnetze durch Smart Grids ersetzt werden. Das sind mit Software und Sensoren (Smart Meter) ausgestattete Infrastrukturen, die die Stromdaten in Echtzeit messen und je nach Bedarf automatisch umleiten. So können kleinere Erzeuger von Strom aus erneuerbaren Energien ihre Überschüsse einem dezentralen Netz zur Verfügung stellen und werden dafür entlohnt. Erst Blockchains ermöglichen es, derart komplexe Energietransaktionen umzusetzen und effizient zu verwalten.

Für das verteilte Aufladen von Elektrofahrzeugen gibt es kaum eine bessere Verwaltungsstruktur als die Blockchain. Durch den protokollierten Stromfluss könnten Besitzer von Ladestationen etwa anderen Fahrzeugen ihren Strom zur Verfügung stellen und dadurch ihre Infrastruktur sowie Fahrzeuge finanzieren.

Autonomes Fahren auf der Datenkette

Autonome Fahrzeuge sind auf blitzschnelle Informationsverarbeitung angewiesen, damit sie in Echtzeit auf ihre Umwelt reagieren können. Eine zentrale Datenverarbeitung, die Umgebungsdaten erst an einen Server und dann zurück ins Fahrzeug leitet, wäre dafür zu langsam.

In einem dezentralen Blockchain-Netz hingegen würden alle beteiligten Fahrzeuge und IoT-Sensoren auf der Straße direkt miteinanderkommunizieren. Das hätte den Vorteil, dass Fahrzeug nicht nur den schnellsten Weg zum Ziel erkennen, sondern auch wissen, wo sich andere Fahrzeuge befinden. Verkehrsflüsse ließen sich somit optimieren und Staus weitestgehend vermeiden. Das erhöht das Maß an Sicherheit auf den Straßen.

Den Bereich Car Sharing würde die Blockchain ebenfalls in seinen Möglichkeiten erweitern. Die Technologie könnte es Besitzern von vernetzten, autonomen Fahrezeugen ermöglichen, nicht nur sich selbst, sondern auch Fahrgäste transportieren zu lassen. Anstatt das Auto in die Garage zu stellen, bietet dieses Modell eine leichte Einnahmequelle für die Besitzer und weniger Menschen wären auf eigene Autos und Führerscheine angewiesen.

Smart Contracts für Versicherungen

Versicherungen setzen voraus, dass Kunden ihre Beiträge regelmäßig bezahlen. Kunden wiederum, dass Versicherungen Schäden schnellstmöglich regulieren. All dies ist mit großem Verwaltungsaufwand verbunden. Die Blockchain ist in der Lage, derartige Prozesse zu vereinfachen, indem sie komplexe Versicherungsalgorithmen in Smart Contracts einträgt. Anstatt jeden Fall einzeln zu berechnen, automatisieren Smart Contracts komplexe Schadensregulierungen. Das spart auf Versicherungs- und Kundenseite Kosten und Zeit. Einen gemeinsamen Zugriff für Versicherungen auf die Blockchain würde zudem viele Betrugsmaschen, wie doppelte Abrechnungen, unmöglich machen.

Mit der Blockchain die Zukunft neu gestalten

Mit Ausnahme des Internets gab es noch keine Technologie, die so schnell von globalen Playern adaptiert wurde, wie die Blockchain. In den dezentralen Netzen steckt das Potenzial, Wirtschaft und Industrie grundlegend zu verändern. Die Akteure haben die Möglichkeit, damit ihre Kosten zu senken, Effizienz zu steigern und mehr Transparenz zu schaffen. Darüber hinaus können Anwendungen wie smarte Energienetzwerke und intelligente Verkehrsführung viel zur Energiewende beitragen. Von Unternehmen richtig und verantwortungsbewusst eingesetzt, ist die Blockchain eine echte Revolution, die sowohl der Gesellschaft als auch der Umwelt dienen kann.

FAQs:

Die Urform der Blockchain wurde 1991 von Stuart Haber und W. Scott Stornetta entwickelt. Sie kamen als Erste auf die Idee, Dokumente in Datenblöcken mithilfe von Hash-Werten und Zeitstempeln zu verschlüsseln und aneinanderzuketten. Erst 2009 stieß dieses Prinzip auf breites Interesse: Im Whitepaper „Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System“ wurden die Ideen Blockchain und Bitcoin erstmals zusammenhängend erläutert. Wer sich hinter dem Autoren-Pseudonym Satoshi Nakamoto verbirgt, ist bis heute ungeklärt.

Eine Hash-Funktion ist ein Rechenprozess, bei dem aus einer Information eine zufällig wirkende Zeichenfolge erstellt wird. Diese wird als Hash-Wert oder Hash bezeichent. Ein Hash-Wert ist einzigartig und dient als digitaler Fingerabdruck. In der Blockchain dienen Hashes als Schlüssel gegen Fälschungen. Jeder neue Datenblock erhält einen Zeitstempel und wird durch eine Hash-Funktion geschickt. Der Wert daraus kommt als Prüfziffer an den Anfang des folgenden Blocks. Würde jemand etwas an einem Block nachträglich ändern, ändert sich auch der Hash-Wert und damit die gesamte nachfolgende Datenkette. In der Bitcoin-Blockchain übernehmen die Miner diese Schreib- und Kontrollarbeit und validieren so das gesamte System.

Daten speichert eine Blockchain gesammelt und dezentral in verschlüsselten Blöcken. Das heißt es existieren so viele Kopien derselben Information wie es Knotenpunkte im Netzwerk gibt. Man kann Daten auf der Blockchain also nicht ohne Weiteres löschen oder nachträglich verändern.  Im Falle von Währungen gibt es demnach keine einzelnen Bitcoin-Dateien, die man festhalten kann. Es gibt nur eine einzige Buchführungs-Datei, die laufend aktualisiert wird und sich verteilt. Um Transaktionen durchzuführen, benötigt man eine Bitcoin-Adresse und Zugangsdaten.

Ein Bitcoin-Wallet ist eine Software, über die man sein Bitcoin-Guthaben verwalten kann. Sie zeigt den Kontostand an und bietet Zugriff auf Bitcoin-Adressen für Transaktionen. Bitcoin- oder Krypto-Wallets sind üblicherweise passwortgeschützt und existieren in verschiedenen Formen. Es gibt Wallet-Apps für Smartphones und Desktop-Rechner, in denen die Informationen verwahrt werden. Web-Dienste, wie Krypto-Handelsplätze, bieten Wallets an, die innerhalb von Nutzerkonten aufgerufen werden. Wallets gibt es auch als Hardware, etwa in Form von speziell gesicherten Speicherkarten. Notwendige Zugangsdaten lassen sich auch Paper-Wallet ausdrucken.

Jede Art von Krypto-Wallet hat seine Vor- und Nachteile. So ist ein Online-Wallet, beispielsweise, zwar komfortabel, aber wenn der Server der Webseite down ist oder gehackt wird, sind die Krypto-Coins weg. Das Gleiche gilt, wenn man seine Zugangsdaten für ein persönliches Wallet verliert.

Mining ist die zu leistende Rechenarbeit für die Aufrechterhaltung einer Blockchain, beispielsweise um Bitcoins zu erstellen. Möchte ein Nutzer eine Transaktion vornehmen, muss diese Information in einen neuen Datenblock der Kette geschrieben werden. Die Miner verwenden dabei Hash-Funktionen, um Fälschungen innerhalb der Kette zu vermeiden und die Kontostände der Adressen zu überprüfen. Da es sich um ein dezentrales Netz handelt, reicht ein Miner zur Kontrolle nicht aus. Erst wenn eine bestimmte Anzahl an Miner die Gültigkeit der Transaktion validiert hat, wird diese in einen neuen Block geschrieben. Derjenige, der einen Block fertigstellt, erhält als Entlohnung für den aufwendigen Rechenprozess eine bestimmte Anzahl an Bitcoin.

Bitcoin-Miner lösen Algorithmen, um neue Blöcke in die Datenkette zu schreiben. Derjenige, dem dies für einen neuen Block zuerst gelingt, weist damit nach, dass er Arbeitsleistung erbracht hat. Für diesen Proof-of-Work erhält er eine festgelegte Anzahl an Bitcoin.

In den Anfangszeiten des Minining genügte ein Laptop für die Rechenarbeit. Mittlerweile sind dafür ganze Server-Farmen mit speziellen Mining-Rechnern (ASICS) notwendig. Diese organisieren sich in immer größer werdenden Mining-Pools, was der Grundidee der Dezentralisierung entgegenläuft. Deshalb wurden Alternativen entwickelt, um Blockchains zu sichern – die bekannteste davon ist der Proof-of-Stake.

Beim Proof-of-Stake erhält man das Recht auf einen neuen Block – und damit auf eine Belohnung – nicht mehr durch reine Rechenleistung. Vielmehr können diejenigen, die eine Blockchain validieren, Kryptowährungen einsetzen. Je mehr jemand in einem Depot hinterlegt, desto höher wird die Wahrscheinlichkeit, dass er für die Fertigstellung ausgewählt wird. Führt er dies korrekt durch, erhält er einen bestimmten Betrag gutgeschrieben. Unternimmt er einen Betrugsversuch, was durch die anderen Validatoren schnell entdeckt werden würde, wird sein Einsatz einbehalten.

Immer mehr Gegenstände werden „smart“. Das heißt: Sie verbinden sich mit dem Internet – angefangen von Smart-Home-Geräten, wie Thermostate, bis hin zu entsprechend ausgestatteten Kleidungsstücken. Die derzeitigen Systeme, in denen Geräte über die Cloud kommunizieren, laufen dabei allerdings Gefahr überlastet zu werden. Dezentralisierte Lösungen würden dafür sorgen, dass der Bedarf an Speicher und Rechenpower auf alle Geräte verteilt werden könnte. Das würde verhindern, dass einzelne Ausfälle oder Angriffe das gesamte Netzwerk lahmlegen. Blockchains erlauben es, die einzelnen Geräte besser zu vernetzen und somit besser zu kontrollieren sowie zu sichern.

Smart Contracts sind digital getroffene Absprachen zwischen zwei oder mehr Parteien, die automatisch in Kraft treten, sobald die Bedingungen erfüllt sind. Ein Smart Contract innerhalb einer Versorgungskette, beispielsweise, könnte besagen, dass der Wert einer verderblichen Ware augenblicklich sinkt, sobald der Container über eine bestimmte Zeit eine festgelegte Temperatur überschritten hat. Auch im Bereich Mobility können Smart Contracts helfen. So könnten etwa mit Sensoren ausgestattete Parkplätze je nach Besetzungsdauer von alleine Gebühren einziehen – ohne Kontrolleure oder Ticketsystem.

Die Begriffe Coin und Token werden in der Krypto-Welt oft austauschbar verwendet. Beide sind handelbare digitale Einheiten, die über Blockchains funktionieren. Coins laufen über eine eigens für sie erstellte Blockchain. Die Bitcoin-Blockchain, beispielsweise, ist ausschließlich für den Verkehr von Bitcoins entwickelt. Tokens hingegen sind Einheiten, die einer bereits bestehenden Blockchain hinzugefügt werden.

Neben dieser technischen Unterscheidung gibt es Unterschiede bei der Verwendung: Während Coins meist rein als Währung dienen, haben Token oft andere Zwecke. So verteilen neue Blockchain-Projekte bei Initial Coin Offerings (ICO) gerne Tokens als Wertanteile an Investoren. Token werden auch dafür verwendet, Funktionen der zugrundeliegenden Blockchain zu aktivieren, wie etwa Nutzungsrechte innerhalb eines dezentralen Dienstes.

Was sind die Herausforderungen der Blockchain-Technologie?

Jedes dezentrale Netzwerk erzeugt Kosten, die bei seiner Nutzung entstehen – diese können höher sein als bei zentralen Netzwerken. Neben den monetären Ausgaben kann es  durch die Konsens-Erzeugung per Proof-of-Work zu unverhältnismäßig hohem Energieverbrauch kommen.

Ein dezentrales Netz muss alle Teilnehmer auf dem neuesten Stand halten. Je größer dieses Netz und je länger die Blockchain-Datei wird, desto größer wird die Gefahr, dass das System erlahmt. Bisherige Lösungsvorschläge müssen Kompromisse bei der Sicherheit oder Dezentralität eingehen.

Die Bedienung bei Blockchain-Projekten, wie dem Mining, ist nicht intuitiv. Diese Herausforderung wird sich im Laufe der Entwicklungen allerdings stetig verbessern. Intuitive Lösungen büßen im Umkehrschluss allerdings Sicherheit ein, da sie von einer größeren Gruppe genutzt werden können. Zudem existieren sie bislang hauptsächlich nur für zentrale Netzwerke.

Transparenz hat ihre Vor- als auch Nachteile: Unternehmen haben mit privaten Blockchains die Möglichkeit, ihre Netzwerke unter Ausschluss der Öffentlichkeit zu verwenden. Viele Anwendungen, besonders im Bereich Smart Cities und Mobility, bewegen sich jedoch stark in die Richtung des gläsernen Bürgers. Hier muss ein regulatorisches Gleichgewicht geschaffen werden.

Letzte Aktualisierung: Mai 2020

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