Blockchains stellen eine vielversprechende Innovation im Bereich der Datenverwaltung dar. 90% aller weltweit aufgezeichneten Daten wurden in den vergangenen zwei Jahren erzeugt und Daten werden als „neues Öl“ der Weltwirtschaft gehandelt. Um so wichtiger werden Aspekte wie Datenhygiene. Wie sauber sind unsere Daten und können wir uns auf ihre Integrität verlassen? Im Hinblick auf diese Fragen hält Blockchain Technologie Antworten bereit.
Basierend auf der sogenannten „Distributed Ledger“ Technologie sind Blockchains in erster Linie genau das: Listen, die auf einer Vielzahl von Computern verteilt in der ganzen Welt gleichzeitig aufbewahrt, gepflegt und aktualisiert werden. Das System bringt immense Vorteile mit sich, wenn es um Aspekte wie die Sicherheit vor Hackerangriffen oder Datenverlust geht. Es ist von besonderem Nutzen, wann immer Akteure miteinander kommunizieren, handeln oder arbeiten, die sich gegenseitig nicht blind vertrauen können: Die dezentrale Natur einer Blockchain macht sie unveränderbar in Bezug auf die in ihr gespeicherten Daten. Keine Partei kann die „Geschichte“ der Datenbank ändern, ohne dass das gesamte Netzwerk zu einem Konsens darüber kommt. Keine Partei kann Transaktionen durchführen, die gegen die Regeln des Netzwerks verstoßen. In diesem Sinne kann man sich Blockchains als automatisierte Notare vorstellen. Für viele Anwendungsgebiete stellt dies eine Revolution dar:
- Das „Internet of Things“, in dem elektronische Geräte vom Kühlschrank über den Fernseher bis zum Auto unabhängig Daten übertragen
- Die Verwaltung digitaler Identitäten, wie sie schon mit (bisher noch relativ unsicheren) elektronischen Personalausweisen begonnen hat
- Die Verifizierung der Echtheit von Wahren im internationalen Handel von der Logistikkette bis hin zum Verbraucher im Supermarkt, der den Lebenszyklus der Waren nachvollziehen kann
- Die Verwaltung und der Handel von Besitzurkunden oder Zertifikaten von überall auf der Welt und 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche
- Kryptowährungen wie Bitcoin verwenden Blockchain Technologie, um eine dezentrale Alternative zum traditionellen Finanzsystem bereitzustellen.
Deshalb stellt es keine Überraschung dar, dass manches Start-Up momentan darauf aus ist, ihre weltverändernde App auf Basis einer Blockchain zu programmieren. Es wird schwierig sein, ein international führendes Unternehmen zu finden, das nicht daran interessiert ist herauszufinden, wie und ob Blockchain Technologie ihre Operationen effizienter und verlässlicher machen könnte. Das Weltwirtschaftsforum erwartet bis 2027 eine Verwaltung von 10% des globalen Bruttoinlandsprodukts auf Basis von Blockchains und so macht es Sinn, sich mit dem Thema näher auseinander zu setzen.
Wie funktionieren Blockchains?
Die von einer Vielzahl von Computern geteilten Listen, von denen hier die Rede ist, werden Blockchains genannt, weil sie aus einer Kette von aneinandergereihten Datenblöcken bestehen. Jeder dieser Blöcke enthält mehrere Elemente, von denen zum Verständnis die folgenden am wichtigsten sind:
- Im Block Header finden sich unter anderem der sogenannte „Root Hash“ des dem Block eigenen „Merkle Trees“, sowie der Hash des in der Kette voranstehenden Blocks und ein Zeitstempel. Ein Hash ist das Ergebnis eines kryptographischen Verfahrens, das eine Information in eine Kombination von Zahlen und Buchstaben umwandelt. Ein Merkle Tree entsteht, wenn die Hashes aller in einem Block enthaltenen Informationen jeweils in Kombination wieder und wieder gehashed werden. Der letzte kombinierte Hash ist der oben erwähnte Root Hash. Der Root Hash ist die Wurzel des Merkle Trees, der sich von diesem Punkt aus in Richtung der Ursprünglischen Informationen wie ein Baum verästelt.
- Im Block Body befinden sich die einzelnen aufgezeichneten Transaktionen in gehashter Form. Dies können aller Art geschriebene Informationen sein. Im Fall von Kryptowährungen handelt es sich vor allem um Transaktionsdaten, die vergleichbar mit dem Hauptbuch einer Bank angeben, wer wie viel einer Währung an wen geschickt hat. Vorstellbar sind allerdings auch Informatinen über Waren in einer Lieferkette wie zum Beispiel die GPS Daten und mit Sensoren gemessene Temperatur einer Weinlieferung.
Dadurch, dass jeder neue Block den Hash des vorangegangenen Blocks enthalten muss, bildet sich die oben erwähnte Kette, die sich lückenlos bis zum ersten Block einer Blockchain, dem sogenannten Genesis Block, zurückverfolgen lässt.
Diese Kette von aneinander gereihten Datenblöcken ist nicht von einem einzelnen zentralen „point of failure“ abhängig, wie es bei einer althergebrachten Datenbank der Fall wäre. Blockchains sind dezentrale peer-to-peer Netzwerke. Deshalb befindet sich eine Kopie der gesamten Blockchain auf allen am Netzwerk teilhabenden „Full Nodes“, die fortlaufend synchronisiert und überprüft wird. Die Full Nodes überwachen den Zustand ihrer Blockchain, müssen stetig Konsens über den richtigen und wahren Stand der Daten finden und neu eingehende Transaktionen validieren. Im Fall von Kryptowährungen ist eine der wichtigsten Aufgaben der Nodes, einem sogenannten „Double Spend“ vorzubeugen, dem wiederholten ausgeben der gleichen Coins. Dies geschieht auf Basis von vom Typ der jeweiligen Blockchain abhängigen Konsens Mechanismen (zum Beispiel „Proof-of-Work“ oder „Proof-of-Stake“).
Blockchains als aufgabenspezifisches Werkzeug
Dieses aufwändige Verfahren bringt die schon erwähnten Vorteile mit sich: Eine Blockchain Datenbank ist extrem resilient. Hat ein Netzwerk eine gewisse Größe erst erreicht, ist es sehr schwer anzugreifen. Die Informationen auf dem Netzwerk sind zudem nicht von einer zentralen dritten Partei abhängig, weshalb Blockchains auch mit dem englischen Adjektiv „trustless“ beschrieben werden. Das bedeutet nicht, dass man Blockchains nicht vertrauen könnte, sondern ganz im Gegenteil, dass kein Vertrauen in eine dritte Partei notwendig ist, um die Richtigkeit von auf einer Blockchain gespeicherten Informationen anzuerkennen.
Blockchains weisen allerdings auch gravierende Nachteile im Vergleich zu herkömmlichen zentralen Datenbanken auf, weshalb sie nicht für jede Art von Aufgabe geeignet sind. Potentielle Nutzer wie Unternehmen, Institutionen oder andere Projekte müssen sich die Frage stellen, ob die Umstellung auf Blockchan-basierte Systeme überhaupt sinnvoll und vorteilhaft wäre, was beileibe nicht immer der Fall ist. Das zentrale Stichwort lautet hier Skalierbarkeit: Blockchains der ersten und zweiten Generation sind relativ langsam und teils energiehungrig (dies kann besonders im Fall einer „harten“ Kryptowährung wie Bitcoin auch als Feature interpretiert werden), da über die Transaktionen im Netzwerk aufwendig Konsens gebildet werden muss. Blockchains der zweiten Generation ist es zwar gelungen, höhere Transaktionsgeschwindigkeiten zu erreichen, aber es besteht ein sogenanntes „Trilemma“ aus Skalierbarkeit, Dezentralität und Sicherheit“, das sich nur schwer aufzulösen lässt.
Der bisher geläufigste Weg, Blockchaintechnologie zu skalieren ist ein Verzicht auf Dezentralität, was im Extremfall zu sogenannten Privaten oder „Proprietary Chains“ führt, Blockchains also, die nicht aus einem öffentlichen (public) Netzwerk bestehen, sondern aus zuvor ausgewählten Teilnehmern und Servern. Diese Netzwerke sind zumeist schneller als ihre „öffentlichen“ Pendants, dafür Punkten sie allerdings auch deutlich schlechter im Bereich „Trustlessness“. Einige jüngere Projekte haben deshalb begonnen, eine andere Art der Distributed Ledger Technologie zu implementieren, die sich „Directed Acyclic Graph“ (DAG) nennt. Bei den DAGs handelt es sich ebenfalls um peer-to-peer Netzwerke, sie sind jedoch keine Blockchains, da die Informationen in einem DAG Netzwerk anders (nämlich topologisch) angeordnet und verwaltet werden.