Blockchains sollen das Finanzsystem revolutionieren und mit Kryptowährungen und NFTs den Status Quo verändern. Sogar an den großen Werbetafeln des Timesquare liest man davon. Aber was ist eine Blockchain eigentlich?
Titelbild: Unspash | Pascal Bernardon
Immer wieder liest man von Blockchains, sogar am Times Square in New York lief Werbung dafür. Aber wirklich viel wissen die meisten Menschen über die Technologie gar nicht. Was ist ein Hash, was eine Kryptowallet und ist das alles wirklich sicher?
Woher kommen Blockchains?
Die Verbreitung des Wortes Blockchain ist recht neu. Erst seit Ende 2014 googeln User:innen danach. Analog zur Suche nach Bitcoin, nahm das öffentliche Interesse dann immer weiter zu. Dabei ist die Technologie dahinter nicht neu. Bereits seit den frühen 1980er Jahren wird sie unter dem weniger griffigen Namen Cypher Block Chaining verwendet.
Was ist eine Blockchain?
Wie der Name schon vermuten lässt, ist eine Blockchain eine Kette aus Blöcken. Jeder Block enthält Informationen und wird an den vorherigen Block angehängt. Neue Blöcke reihen sich so in diese immer länger werdende Kette aus Informationen ein. Hängt ein Block einmal an der Kette, ist er unveränderbar. Will man trotzdem Informationen darauf korrigieren, kann man nur einen neuen Block dafür anhängen. Der Alte bleibt davon unberührt.
Es entsteht so ein wachsendes Verzeichnis, das theoretisch alles an Informationen enthalten kann. Dieses Verzeichnis liegt allerdings nicht auf einem bestimmten Computer, sondern auf vielen Computern gleichzeitig. So hat niemand jemals die Kontrolle und kann unbemerkt Änderungen durchführen. Der Unterschied würde auffallen. Weil so jeder jeden kontrollieren kann und niemand die alleinige Macht über eine Blockchain hat, entsteht das zentrale Versprechen: Vertrauen.
Warum werden Blockchains verwendet?
Informationen in digitaler Form werden normalerweise oft an einem Ort zentral verwaltet. Als Beispiel: Der Kontostand eines Kontos liegt auf den Servern einer Bank. Oder will ich in Aktien investieren, muss ich das an der Börse tun. Immer wenn ich mit einer zentralisierten Struktur interagiere, muss ich darauf vertrauen, dass diese sicher funktioniert und auch in Zukunft noch existiert. Blockchains bieten mit ihrem dezentralen Ansatz und der Selbstkontrolle durch alle an ihr Mitarbeitenden entscheidende Vorteile.
Wozu werden Blockchain verwendet?
Die bekannteste Anwendung von Blockchains sind Kryptowährungen. Diese sollen einen dezentralen Finanzmarkt ohne Kontrolle durch Banken und Staaten ermöglichen. Der zweite große Verwendungszweck sind NFTs. Dabei handelt es sich um Besitzzertifikate – etwa von Kunstwerken – welche auf der Blockchain festgehalten werden. Ein dritter Verwendungszweck sind sogenannte Smart Contracts. Das sind Programme, die auf der Blockchain laufen und ihre dezentrale Struktur nutzen. Die Simulation "Farmers World" läuft beispielsweise mit Smart Contracts auf einer Blockchain. Darüber hinaus können Blockchains für jede Art von Informationsspeicherung, Verteilung und Weitergabe genutzt werden.
Auch Unternehmen wie IBM arbeiten an dezentralen Systemen, welche Blockchains nutzen sollen. So will das Unternehmen Lebensmittel ab ihrer Ernte über die Verarbeitung bis zum Verkauf tracken. Jeder Arbeitsschritt und alle verfügbaren Informationen sollen dabei auf einer Blockchain gespeichert und nachvollziehbar gemacht werden. Ziel ist es, die Lebensmittelsicherheit zu erhöhen und Abfall zu verringern.
Was ist eine Crypto Wallet?
Eine Kryptowallet ist das digitale Äquivalent zum Geldbeutel. Sie kann die Form einer Webseite, einer App, oder eines USB-Sticks – genannt Ledger – annehmen. Allerdings enthält sie nicht wirklich die Kryptowährungen, NFTs und Smart Contracts, welche man besitzt. Denn all dies ist weiterhin auf der Blockchain und an keinem anderen Ort gespeichert. Der digitale Geldbeutel enthält lediglich die Schlüssel zu den Inhalten der Blockchain. Diese authentifizieren eine Person als Besitzer:in und ermöglichen, mit den digitalen Gütern zu interagieren und zu handeln.
Allerdings ist Vorsicht geboten: Da die Geldbeutel digital existieren und dazu dienen, Dinge zu senden und zu empfangen, kann jede Person, die die Adresse des Geldbeutels kennt, dies tun. Man muss nur die Adresse und den Namen des Empfängers kennen und schon geht der wertvolle Inhalt auf die Reise. So ist es auch kein Problem, an eine bekannte Adresse einen Smart Contract oder ein NFT mit schädlicher Software zu schicken.
Was ist ein Hash?
Ein Hash ist der Name eines Informationspakets. Mit ihm kann man in der Blockchain den gewünschten Inhalt finden. Ein Hash besteht aus Zeichen, die bestimmte Eigenschaften aufweisen. Zum Beispiel „beginnt mit 23 Nullen“ oder „enthält alle Zahlen von null bis neun“. In der Anwendung sind diese Hashes allerdings deutlich komplizierter:
Hashes werden mittels komplexer kryptographischer Formeln aus ihren Inhalt errechnet. Zwar lässt sich aus einem Hash am Ende nicht mehr auf seinen Inhalt schließen, aber der Inhalt wird für denselben Benutzer / dieselbe Benutzerin immer denselben Hash ergeben.
Wie kommen neue Blöcke in eine Blockchain?
Miner:innen sind die Instanzen, welche neue Blöcke zusammenstellen, überprüfen und eintragen. Unter dem Begriff werden Einzelpersonen, Gruppen und Unternehmen zusammengefasst.
Alle Informationen, die auf der Blockchain gespeichert werden, müssen im ersten Schritt gesammelt werden. Haben sie eine bestimmte Menge erreicht, werden sie in einem Block zusammengefasst.
Wer einen Block einträgt, wird belohnt: In der Regel mit der Kryptowährung, welche über die Blockchain gehandelt wird. Wer beispielsweise den neuen Block an die Bitcoin-Blockchain anhängt, wird vom System mit einer gewissen Menge Bitcoins belohnt. Diese Akteur:innen werden Miner:innen genannt.
Aber wie wird entschieden, wer einen neuen Block eintragen darf? Da Bitcoins einen hohen Wert haben und nur diejenige Person entlohnt wird, die einen neuen Block der Kette hinzufügt, ist das Feld umkämpft. Wer einen neuen Block hinzufügen darf, kann auf zwei verschiedene Arten entschieden werden: entweder mit dem Proof of Work oder dem Proof of Stake.
Was ist der Proof of Work?
Proof of Work ist die verbreitetste Methode, um neue Blöcke der Kette hinzuzufügen. Sie kommt sowohl bei der Blockchain für Bitcoins als auch die Währung Ethereum zum Einsatz. Auf Letzterer werden die meisten NFTs gehandelt.
Der Proof of Work funktioniert so: Mehrere Miner fassen die neuesten Informationen aus aller Welt, welche auf eine Blockchain sollen, zu einem Block zusammen. Dann lösen alle eine sehr komplexe kryptographische Rechenaufgabe. Wer am schnellsten fertig ist, darf den Block eintragen und bekommt die Kryptowährung.
Dieser Prozess ist der Grund, dass aktuell eine Knappheit an Grafikkarten für Computer herrscht. Die kryptographischen Berechnungen des Proof of Work lassen sich nämlich nur in einem Trial-and-Error-Verfahren lösen. Das heißt, um möglichst schnell die Berechnung zu lösen, muss ein Computer möglichst viele Berechnungen gleichzeitig anstellen. Solche parallelen Rechnungen lassen sich am besten auf Grafikkarten ausführen. Deshalb werden diese momentan in sehr großen Mengen von Miner:innen gekauft.
Heike Neumann, Expertin auf dem Gebiet der Kryptographie und Professorin für Angewandte Mathematik und Software Engineering an der HAW Hamburg, erklärt gegenüber FINK.HAMBURG, dass es auch möglich wäre, einen Proof of Work mit weniger Rechenleistung zu erbringen. Dafür bräuchte es aber mehr Kommunikation zwischen den Miner:innen. Das würde den Prozess deutlich verlangsamen.
Vorsicht vor den 51 Prozent
Das Proof-of-Work-Verfahren ist allerdings angreifbar: Stellt eine Gruppe 51 Prozent der Rechenleistung einer Blockchain, kann sie neue Einträge manipulieren. Diese Gruppe könnte in neuen Blocks beispielsweise Transaktionen eintragen, die nicht stattgefunden haben – oder Transaktionen mehrmals ablaufen lassen. So könnte die Gruppe beispielsweise so viele Bitcoins erhalten, wie sie möchte.
Die kritischen 51 Prozent können erreicht werden, indem eine Gruppe mit viel Rechenleistung in eine Blockchain einsteigt, Miner:innen mit viel Rechenleistung hackt und ihre Leistung verwendet – oder indem sich Gruppen mit ausreichend Rechenleistung zusammenschließen.
Da es keine Behörde oder zentrale Instanz gibt, welche Bitcoins überwacht, könnte niemand eine solche Aktion verhindern. Anfang des Jahres haben Hacker:innen von der Plattform Crypto.com Kryptowährungen im Wert von 33 Millionen US-Dollar gestohlen. Die 400 betroffenen Nutzer:innen soll die Plattform nach eigenen Angaben entschädigt haben.
Solche Hacks sind keine Seltenheit. Anfang 2022 gab es bereits einige Fälle, in denen das Geld von Anleger:innen in Blockchain-Projekten gestohlen wurde.
Was ist der Proof of Stake?
Der Proof of Stake ist die Alternative zum Proof of Work. Anstatt alle Miner:innen gleichzeitig rechnen zu lassen, rechnet hier immer nur einer.
Genau wie beim Proof of Work sammeln alle Miner:innen neue Informationen, welche auf die Blockchain sollen, und fassen sie zu einem neuen Block zusammen. Anstelle eines Wettrechnens gibt es hier einen bestimmten Miner:innen, der den neuen Block hinzufügt und nur dieser führt eine kryptographische Berechnung aus.
Wer die Berechnung ausführen darf, entscheidet ein Zufallsverfahren. Jede Person, die einen Anteil an der Blockchain (Stake) hat, ist damit im Lostopf. Ausgewählte Miner:innen führen die Berechnungen zu einem neuen Block durch und bekommen die Belohnung.
Das Problem bei diesem System ist, dass die größten Stakeholder:innen auch die höchste Chance haben, neue Blöcke zu errechnen. Dafür bekommen sie mehr Kryptowährung. So wächst ihr Einfluss immer mehr, während kleine Stakeholder immer weiter an Bedeutung verlieren. Im Extremfall kann, ähnlich wie bei dem 51-Prozent-Fall in einem Proof-of-Work-Netzwerk, eine Person die neuen Einträge der Blockchain komplett nach eigenem Belieben steuern.
Liegt die Zukunft auf der Blockchain?
Kryptograph:innen und Informatiker:innen können mit der Technologie einiges erreichen. Projekte wie Foodtrust, bei dem mit einer Blockchain Lebensmittel von der Ernte über die Verarbeitung bis zu Verkauf dokumentiert werden, haben das Potenzial, positive Veränderungen herbeizuführen. Die romantische Vorstellung eines dezentralen, demokratischen und unhackbaren Netzes der Zukunft entspricht aber nicht der Realität.
Blockchains sind derzeit umweltschädlich. Durch Prozesse wie den Proof of Work laufen sehr viele Computer gleichzeitig und verbrauchen dabei große Mengen Strom. In den meisten Fällen haben die Blockchains auch keinen Nutzen über den Selbstzweck hinaus, wenn Sicherheitsbedenken und Machtgefälle unter Nutzenden bestehen bleiben.
