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Blockchain: Konzept und Möglichkeiten, davon zu profitieren

Einführung in das Thema Blockchain, das eigentlich keine Einführung benötigt

Blockchain kann man als eine Technologie bzw. ein Konzept bezeichnen, das die digitale Welt total verändert hat. 2008 gab Satoshi Nakomoto eine Veröffentlichung über Bitcoin (Electronic Cash) heraus, die auf der Blockchain-Technologie basiert. Seit diesem Zeitpunkt ist die Beliebtheit der Blockchain gestiegen.

Das Ziel dieses Artikels ist, die wichtigsten Punkte zum Blockchain-Konzept auf einfache, klare und prägnante Weise zu erläutern. Der Vorteil besteht darin, dass keine technischen Vorkenntnisse benötigt werden, um das behandelte Thema zu verstehen.

Zunächst wird die Definition der Blockchain, einschließlich eines Überblicks über ihre Vor- und Nachteile gegeben. Dann wird erläutert, was in den einzelnen Blöcken geschieht, und anschließend werden die Anwendungsfälle angeführt. Am Ende des Artikels wird ein umfassendes Verständnis der Konzepte erlangt.

Definition der Blockchain

  • Blockchain kann als eine sichere Kette von Blöcken betrachtet werden.
  • Jeder Block besteht aus Daten, die digitale Informationen sind. In einem Beispiel von Bitcoin handelt es sich um Informationen zur Transaktion.
  • Jeder Block besteht auch aus seinem eigenen Identifikator und einem Identifikator des vorhergehenden Blocks. Diese Identifikatoren ähneln unseren Pässen. Jedem Block wird sein eigener Pass gegeben, der diesen Block eindeutig identifiziert.
  • Diese Identifikatoren werden „Hashes“ genannt. Zwei Bestandteile jedes Blocks sind also sein Hash und der Hash des vorhergehenden Blocks.
  • Die offene Verteilung und hohe Sicherheit der Blöcke erschweren es, die Blöcke der Blockchain zu ändern.
  • Inzwischen basiert eine Reihe von Anwendungen auf der Blockchain-Technologie, darunter im Finanz- und Gesundheitssektor.

Bestandteile jedes Blocks der Blockchain

Ein Block kann als ein Behälter mit Daten dargestellt werden. Der Block setzt sich aus zwei Komponenten zusammen: einem Header (Kopf) und einem Body (Körper).

Der Kopf eines Blocks teilt sich in folgende Bestandteile auf:

  • Zeitstempel
  • Identität des Blocks und Identität des vorhergehenden Blocks, auf Basis dessen dieser Block erstellt wurde
  • Informationen zu allen Transaktionen auf Zusammenfassungsebene
  • Blockidentität, mit der sichergestellt wird, dass jeder Block über eine eindeutige Identität verfügt, die nicht verändert werden kann. Für die Berechnung der Blockidentität wird ein kryptografischer Hashing-Algorithmus verwendet.

Der Körper eines Blocks enthält:

  • Informationen zu allen Transaktionen, die mit dem Block bestätigt werden. Diese Informationen werden in einer Baumdatenstruktur gespeichert: Es handelt sich um eine große Baumstruktur, in der die Knotenbeziehung gepflegt wird.

Warum wird Blockchain für sicher gehalten?

Die folgenden vier Eigenschaften der Blockchain sorgen für seine extrem hohe Sicherheit.

Hash:

Wie bereits erwähnt ist der Hash der Pass oder der Fingerabdruck des Blocks, der der eindeutigen Identifizierung dieses Blocks dient. Bei der Änderung des Inhalts des Blocks muss der Hash neu berechnet werden.

Wird der Inhalt eines der Blöcke geändert, dann wird auch sein Hash geändert und der Block, der seinen Hash als vorhergehenden Hash enthält, weist auf einen nicht existierenden Block hin. Dies führt dazu, dass die Blockkette unterbrochen wird und folglich die Blockchain ungültig wird.  

Blockchain ist sehr stark von Hashing-Algorithmen abhängig. Allgemein versteht man unter Hashing einen Mechanismus, mit dem eine Eingabe aufgenommen wird und eine eindeutige Ausgabe mit fester Länge erzeugt wird.

Die bekanntesten Hashing-Algorithmen sind MD5 und SHA256 (Secure Hash Algorithm). In einigen Fällen ist es notwendig, für eine Eingabe zweimal einen Hashing-Code zu erzeugen.

Betrachten wir folgendes Beispiel:

In der Blockchain sind drei Blöcke vorhanden: Block A, Block B und Block C.

Block C weist auf Block B hin. Block B weist auf Block A mit Daten als Y hin.

Im ersten Block ist kein Hash des vorhergehenden Blocks vorhanden, da dies der erste Block ist. Deshalb bekommt der erste Block der Blockchain einen besonderen Namen. Er wird also Genesis Block genannt. 

Block A wird Genesis Block genannt.

Bei der Änderung des Inhalts des Blocks B (von Y nach Y`) wird auch sein Hash geändert und dadurch die Blockchain gebrochen.

Das Vorhandensein des Hashes des vorhergehenden Blocks sorgt dafür, dass die Blöcke sicher miteinander verkettet sind. Durch das Ändern der Daten des Blocks wird der Hash des Blocks geändert. Aus diesem Grund ist es sehr wichtig Folgendes zu beachten: Hashes sollten dazu dienen, sicherzustellen, dass Daten nicht von einem externen Eindringling geändert werden können. 

Frage: Aber kann der Hash aller Blöcke schnell neu berechnet werden?

Ja. Es ist möglich, den Inhalt eines Blocks zu ändern und die Hashes schnell neu zu berechnen. Damit kommt man zu der zweiten Eigenschaft der Blockchain, die in der Blockchain zu ihrem Schutz eingeführt wird.

Proof-of-Work

Mit Hilfe des Proof-of-Work-Algorithmus kann der Denial-of-Service-Angriff verhindert werden sowie sichergestellt werden, dass die Blöcke nicht geändert oder geschaffen werden und ihr Hash nicht sofort neu berechnet wird.

Distributed-Ledger-Technik

Die Blöcke können auf eine weitere Art und Weise gesichert werden. Bei diesem Ansatz handelt es sich um die Verteilung der Blöcke, was wiederum zur Erhöhung der Transparenz führt. Betrachten wir dies in Detail. 

Im Mittelpunkt des Konzepts steht das Vorhandensein einer Vielzahl von Knoten in einem Netzwerk. Unter jedem Knoten versteht man einen Computer. Dies bedeutet, dass es in einem Netzwerk Tausende von Knoten geben kann. Die Verteilung der Informationen erfolgt in einem öffentlichen Netzwerk von Computern, die nicht geändert werden können.

Die gesamte Blockchain ist in jedem Knoten vorhanden

Mit der Verteilung der Blockchain ist die öffentliche Verfügbarkeit der Blockchain und das Herunterladen ihrer vollständigen Kopie in jedem Knoten des gesamten Netzwerks gemeint.

Wenn ein neuer Block erstellt wird, bekommt ihn jeder Knoten im Netzwerk. Jeder hat die Möglichkeit, jeden Block zu sehen. Um die Gültigkeit der Blockchain sicherzustellen, ist es erforderlich, die Blockchain von der Mehrheit der Knoten im Netzwerk zu überprüfen. Infolgedessen ist jeder Knoten fähig, einen Block in einer Blockchain entweder zu validieren oder ungültig zu machen. Deshalb wird zur Überprüfung der Gültigkeit eines neu erstellten Blocks ein Konsens verwendet.  

Durch diese Eigenschaft der Blockchain wird jeder Block in der Kette transparent und streitfrei gemacht. Die Verwendung des Verteilungssmodells führt dazu, dass kein Single Point of Failure entsteht und Blockchain vor Hackern geschützt ist.

Unter einem Knoten versteht man jeden Computer in einem Blockchain-Netzwerk. Ihm sind die Administratorrechte gegeben.

Das Verteilungsmodell wird als ein dezentrales Netzwerk betrachtet, da im Netz kein einzelner Computer vorhanden ist, von dem das gesamte Netzwerk abhängt.

Verschlüsselte Daten

Zum Schluss sollten Daten verschlüsselt werden. Dazu wird ein komplexer Algorithmus der Kryptographie verwendet. Informationen sind gesichert und Absender/Empfänger von Informationen werden anhand der Kryptoschlüssel überprüft.

Blockchain verwendet kryptografische Hashing-Algorithmen, die für Folgendes sorgen:

  • Für die gleiche Eingabe bekommt man immer die gleiche Ausgabe.
  • Die Decodierung der Ausgabe und die Erzeugung der Eingabe sind unmöglich.
  • Jede Ausgabe ist einzigartig.
  • Algorithmen sind optimiert, um schnell und sicher zu sein.

Übersicht über die Blockchain-Sicherheit

Wenn ein Block erfolgreich abgeändert werden sollte, muss folgendes gemacht werden:

  1. Der kryptografische Algorithmus muss unterbrochen und Daten entschlüsselt werden.
  2. Daten müssen geändert werden und der Hash für jeden Block muss schnell neu berechnet werden, was durch die Verwendung des Proof-Of-Work-Algorithmus verhindert wird.
  3. Es muss sichergestellt werden, dass mehr als 50% der Knoten den Block als korrekt bestätigen.

Durch diesen ganzen Prozess wird der Blockchain  ein hohes Maß an Sicherheit gegeben. Die weiteren Herausforderungen dieser Methode sind, die Zusammenarbeit zu fördern und für Zuverlässigkeit zu sorgen.

Prozess der Blockverkettung

Blockchain kann als ein aus fünf Schritten bestehender Prozess betrachtet werden:

  1. Initiierung — Eine Anforderung oder Transaktion wird von jemandem initiiert.
  2. Verteilung — Die Anforderung wird an ein Netzwerk von Computerknoten verteilt.
  3. Validierung – Die Anforderung wird von Knoten validiert.
  4. Blockieren – Für die Anforderung wird ein neuer Block erstellt, der Wrapper mit zusätzlichen Informationen zur Transaktion enthält. Bei diesem Schritt wird auch der Hash für Informationen berechnet, wodurch eine Änderung der Daten verhindert werden sollte.
  5. Verketten – Der neu erstellte Block wird mit bereits vorhandenen Blöcken verkettet, was in einem schreibgeschützten Modus erfolgt. Auf diese Weise kann er ab diesem Moment nicht mehr geändert oder gelöscht werden.

Die wichtigsten Vorteile der Blockchain

Die Blockchain verfügt über eine Reihe von Vorteilen, die wichtigsten davon sind:

  • Transparenz – Jedes Mitglied des Blockchain-Netzwerks hat Zugriff auf die Daten.
  • Kein Single Point of Failure – Da alle Informationen verteilt werden und nicht auf einen Knoten im Netzwerk angewiesen sind, führt dies zu einer massiven Ausfallsicherheit. Jeder Netzwerkknoten ist in der Lage, eine Kopie der Datenbank zu replizieren oder zu speichern, und deshalb gibt es keine zentralen Fehlerpunkte: Ein einzelner Knoten, der offline geht, beeinträchtigt nicht die Verfügbarkeit oder Sicherheit des Netzwerks. 
  • Zusammenarbeit – Mehrere Einzelpersonen auf der ganzen Welt können daran teilnehmen und Daten austauschen.
  • Finanzierung – Eine Menge Investoren kann die Entwicklung der Blockchain finanzieren.
  • Auditierung und Zuverlässigkeit – Bestätigte Blöcke können nur sehr schwer rückgängig gemacht werden, so dass es nach der Registrierung von Daten in der Blockchain ziemlich kompliziert ist, sie zu entfernen oder zu ändern. Deshalb muss jeder, der eine Lieferung verspricht, liefern.

Nachteile der Blockchain 

Man sollte nicht einige Nachteile des Konzepts des dezentralisierten Netzwerks und der erhöhten Transparenz außer Acht lassen. 

Trotz der komplexen Natur der Algorithmen ist der größte Nachteil der Blockchain-Technologie die Geschwindigkeit und Skalierbarkeit der Daten.

Führen wir ein anschauliches Beispiel an: Im Gegensatz zu Echtzeitsystemen, die derzeit mehr als 50.000 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten, ist der auf Blockchain basierte Bitcoin in der Lage, nur 5 bis 10 Transaktionen pro Sekunde zu verarbeiten.

Es sollte hier auf ein positives Moment hingewiesen werden: In letzter Zeit wurde eine Reihe von Technologien zur Verbesserung der Blockchain eingeführt, deren Ziel ist, schneller zu werden.

Red Belly Blockchain behauptet, dass sie mehr als 600.000 Transaktionen pro Sekunde verarbeitet.  Da wir sie noch nicht verwendet haben, können wir nicht beurteilen, wie schnell sie sind.

Die Hauptanwendungsfälle der Blockchain

Es gibt sehr viele Beispiele, bei denen die Blockchain sinnvoll eingesetzt wird oder werden könnte. Listen wir nur einige davon auf:

  1. Streitbeilegung, zum Beispiel Grundstücksverträge, Kaufverträge.
  2. Durchsetzung von Richtlinien zur Betrugsbekämpfung – Sicherstellung der Gültigkeit der Identität von Transaktionsautoren und Käufern. 
  3. Steuerverwaltung – Feststellung, wer was bezahlen muss und wie viel jemand bereits bezahlt hat.
  4. Speichern und Verteilen von Marktdaten in Banken – Marktdaten sollten unverändert bleiben, und Blockchain bietet viele Vorteile für deren Umsetzung.
  5. Finanztransaktionen, beispielsweise in Kryptowährungen wie Bitcoins und Ethereum. Die meisten Menschen wissen, dass Blockchain bei Transaktionen mit Kryptowährungen aus offensichtlichen Gründen der Betrugsbekämpfung und Transparenz verwendet wird.
  6. Verwaltung von Vorschriften und Regeln – Wenn Ziele und Vorschriften öffentlich zugänglich gemacht werden und Regeln nach ihrer Veröffentlichung nicht geändert werden sollten, es sei denn, alle Parteien einigen sich auf eine Änderung, zum Beispiel Regierungsführung, Jahresendziele der Mitarbeiter, Leistungsüberwachung und Vorschriften. 
  7. Einführung von Produkten – Dies ist eine ziemlich interessante Idee, aber in einem Umfeld, in dem ständig neue Produkte gekauft werden. In diesem Fall kann uns Blockchain wirklich Nutzen bringen, wobei sie sicherstellt, dass die Versprechen im schreibgeschützten Modus blockiert sind und öffentlich verfügbar gemacht werden.
  8. Wahlen und Abstimmungen – Da ein Blockchain-System anonymisierbar ist, die Vergangenheit nicht ändern kann und komplett ausfall- und manipulationssicher ist, ist es dadurch möglich, die eigene Stimme nachzuverfolgen und zu sehen, ob sie richtig gezählt wurde. Die Modifizierung oder Fälschung der Stimme ist völlig ausgeschlossen. 
  9. Krankenaktenverwaltung – Speicherung der medizinischen Daten von Patienten.

Schlußfolgerungen

Dieser Artikel wurde geschrieben, um ein umfassendes Verständnis der Blockchain-Konzepte zu geben. Zunächst wurde die Blockchain definiert und ein kurzer Überblick über ihre Vor- und Nachteile gegeben. Dann wurde erläutert, was in den einzelnen Blöcken geschieht, und anschließend wurden einige der wichtigsten Anwendungsfälle angeführt. 

Sollten Sie weitere Fragen zur Blockchain haben, so können Sie sich an das Team von AI-United.de per Mail oder Q&A wenden.

Quelle
AI-United-Redaktion

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