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Blockchain: Eine Technik zwischen Hype und Wirklichkeit
http://www.golem.de [2016-09-19]
Intelligente Verträge, manipulationssichere E-Voting-Systeme oder Onlinespeicher mit integrierter Privatsphäre - die Blockchain könnte bestehende Techniken auf den Kopf stellen. Was steckt hinter der Technologie?

Die Blockchain scheint magisch zu sein: Wahlen werden fälschungssicher, Onlinespeicher wird viel günstiger sowie überwachungssicher und Verträge werden direkt in Code implementiert, statt ausgedruckt in Aktenordnern zu vergammeln. Das jedenfalls behaupten die Macher verschiedener Blockchain-Projekte. Doch was ist dran - und wo liegen die größten Hindernisse auf dem Weg in das neue Blockchain-Web?

Bisher ist die Blockchain vor allem im Zusammenhang mit Bitcoin bekannt. Doch neun der weltgrößten Banken untersuchen derzeit, wie sie die Technik für transparente Transaktionen zwischen Computern selbst nutzen können. Die elektronische US-Börse Nasdaq hat angekündigt, mit der Bitcoin-Blockchain das sichere Ausstellen und den Transfer von Aktien zu ermöglichen. Musiker hoffen auf die Blockchain, um die Musikindustrie zu retten. Zwar sind die meisten der Projekte noch im Alpha- oder sehr frühen Betastadium, doch Spinnereien sind sie nicht.

Was ist die Blockchain?

Wie andere Kryptowährungen verfolgt Bitcoin mit der Technik ein ambitioniertes Ziel: Zahlungsdienstleister wie Kreditkartenanbieter oder Paypal ersetzen und idealerweise ein neues Zahlsystem schaffen. Die Basis dafür ist die Funktionsweise der Blockchain-Technik, durch die bei Transaktionen zwischen Computern alle Veränderungen genau gespeichert werden können - und zwar so, dass sie für alle Beteiligten nachvollziehbar und kaum nachträglich zu ändern sind.

Ihren Namen hat die Blockchain von den Blocks - Dateien, die alle Informationen über Transaktionen gespeichert haben. Es gibt also streng genommen nicht eine, sondern mehrere Blockchains. Jeder der Blocks beinhaltet einen Hash des vorherigen Blocks. So wird sichergestellt, dass die Reihe bis zum ersten Block, dem sogenannten Genesis-Block, nachvollziehbar ist.

Das Erstellen eines neuen Blocks ist nicht trivial: Jeder wird durch eine komplexe Berechnung erstellt. Das System verwendet dabei den SHA-256-Hashing-Algorithmus. Je mehr Blocks berechnet wurden, desto schwieriger und rechenintensiver wird diese Aufgabe. Nach jeweils 2016 erstellten Blocks, also etwa alle 14 Tage, wird dazu das Schwierigkeitsziel des Systems angepasst. Ziel ist es, dass ungefähr alle zehn Minuten eine Aufgabe gelöst wird. Sobald ein Knoten im Netzwerk die aktuelle Aufgabe gelöst hat, wird der Block angehängt. Im neuen Block ist zudem der Hash-Wert seines Vorgängerblocks enthalten, das stellt sicher, dass eine ununterbrochene Kette entsteht, über die sich die Blockchain vom jeweils aktuellen Block aus zurückrechnen lässt.

Die Netzwerkteilnehmer (oder Netzwerknoten), die solche Blocks berechnen, haben mehrere Namen; bekannt ist etwa der Begriff Miner, obwohl der Begriff Validator besser passt. Denn jeder Knoten validiert die Richtigkeit der Blocks und der Blockchain und stellt so sicher, dass die Integrität des kompletten Systems gewahrt bleibt.

Datenmanipulation (fast) ausgeschlossen

Damit ein Block gültig wird, müssen einige Voraussetzungen erfüllt werden: Alle Bitcoin-Clients teilen sich das sogenannte Target, eine 256 bit lange Nummer. Der Hash eines neuen Blocks muss dem Target entsprechen oder kleiner sein als das Target. Das macht die Berechnung der Blocks zu einem Glücksspiel: Ist der Hash gleich oder kleiner als das Target, kann der Block gültig werden. Falls nicht, ändern die berechnenden Knoten einen Wert im sogenannten Nonce, einem speziellen, 32 bit großen Feld, und errechnen den Hash-Wert erneut. Durch die Änderung ist der Wert komplett neu, sobald er berechnet ist, wird wieder mit dem Target verglichen.

Erfüllt der neue Block nun die Vorgaben, was auch als Proof of Work bezeichnet wird, wird er Teil der Blockchain, und die Berechnung des nächsten Blocks beginnt. Es gilt dabei: Wer zuerst kommt, mahlt zuerst. Sollten mehrere Blöcke die gleichen Transaktionen bestätigen, werden die anderen verworfen und die Validatoren gehen leer aus. Warum tut man sich also die Kosten für diesen Rechenaufwand an? Ganz einfach: Derjenige, der den Block berechnet, erhält aktuell 25 Bitcoins für seine Mühen; diese Belohnung wird alle 210.000 Blocks halbiert. Als dieser Artikel geschrieben wurde, entsprach das einem Gegenwert von 5.332,10 Euro.

Aus den Blocks entsteht die Transaktionsdatenbank der Kryptowährung. Da jeder Block nach der Berechnung nicht mehr veränderbar ist, wird jede Überweisung, jede Umbuchung festgeschrieben - wie in einer großen Excel-Datei, in der aber nur neue Einträge erstellt, keine älteren gelöscht werden können.

Blockchain ist transparent

Anders als im klassischen Banksystem sind diese Daten aber nicht unter Verschluss, sondern werden transparent an alle Knoten, also Endpunkte im Blockchain-Netzwerk, verteilt. Das hat den großen Vorteil, dass es (fast) unmöglich ist, dass eine Partei die Daten verändert. Denn da jeder nachfolgende Block der Hash-Wert des vorherigen Blocks ist, müsste die komplette darauf basierende Kette ebenfalls neu berechnet werden - das ist ohne einen riesigen Aufwand an Rechenleistung kaum machbar - der Angreifer müsste nicht nur alle vorangegangenen Blocks neu berechnen, sondern auch konkurrierenden Validatoren zeitlich zuvorkommen.

Neben der unveränderlichen Struktur ist die Transparenz einer der großen Vorteile: Über die Blockchain lassen sich Transaktionen nachvollziehen. Bei Blockchain.info kann beispielsweise jeder sehen, welche Bitcoin-Transaktionen durchgeführt werden. Anders als oft behauptet, ist Bitcoin also nicht komplett anonym, im Gegenteil. Der Weg einer Überweisung lässt sich von jedermann einsehen - nur die Nutzer hinter den Accounts sind anonymisiert. Sobald ein Nutzer bekannt ist, lassen sich seine Transaktionen im Netzwerk finden. Einen besonders guten Einblick, wie sichtbar die Transaktionen sind, gibt die Grafik The Bitcoin Big Bang.

Colored Coins, Sidechains und Altchains

Es gibt für Unternehmen oder Einzelpersonen mehrere Möglichkeiten, Daten in einer Blockchain abzulegen. Der Nasdaq setzt auf sogenannte Colored Coins beziehungsweise das Open-Assets-Protokoll. Vereinfacht gesagt, kauft das Unternehmen eine bestimmte Anzahl Bitcoins und teilt diese anschließend in kleinere Einheiten. Diese werden dann wiederum mit den Aktien gekoppelt und in der Blockchain gespeichert. Der Nasdaq plant damit zunächst ein manipulationssicheres System zur Aktienverwaltung, um Kunden eine bessere Übersicht zu bieten.

Dieser Ansatz ist vor allem interessant, solange der Preis für Bitcoins relativ niedrig ist - je mehr Colored Coins man benötigt, desto teurer kann das Unterfangen werden. Dafür kann man Huckepack auf der Bitcoin-Blockchain mitreiten und die Ressourcen mitnutzen. Der Vorteil: Unternehmen benötigen nur Ressourcen, um die Blockchain-Technik zu verwenden, müssen also keine Spezialisten einstellen oder eigene Kryptosysteme unterhalten. Der Nachteil: Limits der Blockchain, etwa wie viele und welche Metadaten gespeichert werden können, werden auch auf die Colored Coins übertragen.

Sidechains für mehr Funktionen

Ist der Einkauf mehrerer Bitcoins keine Option oder werden für eine Anwendung Funktionen benötigt, die die originale Blockchain nicht bietet, lässt sich eine sogenannte Sidechain nutzen. Diese verwendet einen Bitcoin - egal ob einen ganzen oder einen Teil eines Bitcoins - als Seed, um darauf aufbauend eine eigene Blockchain aufzusetzen. Diese Sidechain ist noch immer an die Bitcoin-Blockchain gekoppelt, kann also deren Ressourcen und Know-how mitnutzen. Allerdings hat der jeweilige Anbieter deutlich mehr Kontrolle. Beispiele dafür sind etwa Omnilayer oder Counterparty. Beide Anbieter nutzen Sidechains, um eigene Protokolle und Dienste auf der Blockchain aufzusetzen.

Komplette Freiheit mit Altchains

Wenn selbst eine Sidechain nicht ausreicht, können Altchains genutzt werden. Dafür entwickeln Unternehmen eine eigene Blockchain - und damit meist eine eigenständige Kryptowährung. Dadurch haben sie eine enorme Freiheit und sind von der eigentlichen Bitcoin-Blockchain sowie von den Bitcoins oder von Änderungen und Einschränkungen unabhängig. Allerdings setzt dies das notwendige Wissen im Unternehmen voraus, um die komplexen mathematischen Systeme zu erstellen, zu warten und gegen Angreifer abzusichern.

Es spricht nichts dagegen, dass ein Unternehmen eine eigene Blockchain erstellt und sie anschließend anderen Kunden zur Verfügung stellt. Diesen Ansatz verfolgt Ethereum.

Diese via Crowdfunding finanzierte Blockchain wollen ihre Macher als dezentralisierte Plattform für Applikationen etablieren. Nutzer können mit sogenanntem Ether (dieser lässt sich berechnen, via Bitcoin kaufen oder von anderen Nutzern übertragen) Ressourcen im Netzwerk bezahlen und ihre eigenen Applikationen auf der Etherum-Blockchain aufsetzen.

Vier Projekte abseits der Kryptowährungen

Die Blockchain-Technik ist nicht nur relativ jung, sie ist zudem komplex. Unternehmen benötigen fähige Programmierer und Mathematiker, was ein Grund dafür ist, dass die meisten Projekte - von reinen Kryptowährungen wie Bitcoin abgesehen - sich in einem frühen Stadium befinden. Ein weiterer Grund: Wer eine Blockchain als Unterbau verwendet, muss sehr sorgfältig arbeiten; entdecken Angreifer einen Fehler, können sie die komplette Anwendung ins Wanken bringen.

Ein Beispiel für die Nutzung einer Altchain ist Storj, ein Anbieter von Peer-to-Peer-Cloud-Speicherplatz. Dafür setzt das Unternehmen auf Storjcoin, eine eigene Kryptowährung samt Blockchain. Diese wird als Plattform für den eigenen P2P-Speicherdienst genutzt. Nutzer können Speicherplatz auf ihren Systemen zur Verfügung stellen und damit virtuelle Storj-Coins verdienen. Andere Nutzer können über den Dienst Metadisk diesen Platz nutzen, um eigene Daten verschlüsselt abzulegen.

Kurz gesagt will Storj dadurch erreichen, dass Daten nicht zentral abgelegt und so für Behörden oder Kriminelle einfach zu finden sind, sondern sich verschlüsselt und in Bruchstücke verteilt im Netzwerk befinden. Interessierte finden mehr dazu in den Storj-FAQ.

Codius nutzt intelligente Verträge - eine Blockchain-Technik für Verträge, bei der Aktionen automatisch ausgeführt werden, wenn bestimmte Konditionen erfüllt sind, spinnt die Idee aber weiter: Die Open-Source-Lösung soll sogenannte Smart Oracles ermöglichen. Zusätzlich zum System des intelligenten Vertrags soll der Ansatz Code ausführen, den die jeweilige Blockchain des Vertrags aus Sicherheitsgründen verhindern würde.

Die jeweiligen Orakel sind wieder vertrauenswürdige oder teilweise vertrauenswürdige Einrichtungen, mit denen Blockchains oder Dienste, die auf der Blockchain aufsetzen, interagieren können. Mögliche Anwendungsszenarien sind beispielsweise Treuhandkonten, auch zwischen unterschiedlichen Zahlungssystemen oder Währungen, Auktionen für digitale Inhalte oder Brücken, die zwischen unterschiedlichen Kryptowährungen wechseln oder Besitztümer zwischen Käufern übertragen.

Followmyvote will die Manipulation von Wahlen ein für alle Mal beenden. Die Macher sind der Meinung, dass sie mit Hilfe der Blockchain-Technik eine Wahlplattform erstellen können, mit der Wähler sicher und transparent abstimmen können. Kein schlechter Ansatz, denn das Thema E-Voting wird zwar immer wieder heiß gehandelt, viele aktuelle Lösungen sind aber entweder manipulierbar oder gegen künftige Herausforderungen nicht gewappnet.

Um sich für eine Abstimmung auszuweisen, könnte ein anderes Projekt, Onename, helfen. Nutzer können ihre eigene ID in der Blockchain registrieren und die Daten einsehen sowie ändern - wahlweise für Personen oder Unternehmen. Diese Profile lassen sich etwa in sozialen Profilen oder für digitale Visitenkarten nutzen. Entwickler könnten mit diesen sicheren IDs aber auch arbeiten und beispielsweise Login- oder Chat-Systeme damit koppeln.

Solide Ideen, überzogene Erwartungen und gehypte Themen

Was steht also der breiten Adaption von Blockchain-basierten Systemen und Angeboten im Weg? Neben der Marktreife der meisten Produkte fehlt oft auch Vertrauen in die Blockchain - was nicht unwesentlich mit Bitcoin zu tun hat: Die Kryptowährung macht regelmäßig negative Schlagzeilen, etwa durch insolvente Börsen mit wenig vertrauenswürdigen Gründern oder Erpressungsdiensten, die Bitcoin nutzen.

Das bedeutet aber nicht, dass es sich bei Blockchain-basierten Ideen um reine Spielereien oder um kriminelle Pyramidenspiele handelt.

Viele Projekte spekulieren mit den aktuellen Sicherheitsbefürchtungen der Post-Snowden-Ära und versprechen alles, was sich Nutzer vermeintlich wünschen: von neuen, unabhängigen Zahlungssystemen über ein zensurfreies Internet bis hin zu völliger Anonymität im Web. Wirklich hieb- und stichfeste Lösungen bieten können sie aber nicht. Andere wiederum nutzen die Blockchain einfach, weil die Technik gerade hip ist - unabhängig davon, ob es sich wirklich um die beste Lösung für ein konkretes Problem handelt oder ob das jeweilige Projekt eine Chance hat, langfristig erfolgreich zu sein.

Aber es gibt auch interessante Ansätze und innovative Lösungen, die wirklich etwas grundlegend verändern könnten - wie in der Frühzeit des Internets, als man etwa erstmals Videos einfach per Flash streamen konnte und nicht mehr auf krude Plugins wie Windows Media oder den Real Player angewiesen war. Oder als Ajax in der Webentwicklung ankam und Webseiten interaktiver wurden.

Die Grenze zwischen blindem Hype und überzogener Skepsis ist dabei nicht immer klar definiert - es ist Teil der menschlichen Natur, sich von charismatischen Mitbürgern mitreißen zu lassen. Stehen wir der Blockchain und den darauf basierenden Projekte offen gegenüber. Ja, viele Projekte werden wahrscheinlich nicht erfolgreich sein, aber die Projekte, die es in den Mainstream schaffen, könnten das Web verändern - vielleicht fundamental, vielleicht nur in speziellen Bereichen. In jedem Fall lohnt es sich, die Blockchain im Blick zu behalten - und sich dabei ein gesundes Misstrauen zu bewahren.

 
 
 

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