A Beginners Guide to Blockchain Technology

ABSCHNITTE

Blockchain

Die Technologie der digitalen Währungen.

Was ist Blockchain?

Eine auf Kryptographie basierende Technologie, die ein völlig neues Finanzsystem bietet.

Bitcoin

Das digitale Gold der Kryptowährungen.

Was ist Bitcoin?

Bitcoin ist die erste digitale Coin & der Austauschmechanismus zwischen Papiergeld & anderen Kryptowährungen.

Pirate Chain

Die anonymste Kryptowährung.

Was ist Pirate Chain?

Pirate Chain nutzt 3 andere Blockchains, um die anonymste Kryptowährung der Welt zu schaffen.

Blockchain - Das Rückgrat der digitalen Währungen.

Was ist Blockchain?

Blockchain ist buchstäblich nur eine Kette von Blöcken, aber nicht im traditionellen Sinne dieser Worte. Wenn wir in diesem Zusammenhang die Worte "Block" und "Kette" verwenden, sprechen wir eigentlich von digitalen Informationen (der "Block"), die in einer öffentlichen Datenbank (die "Kette") gespeichert sind.

Die "Blöcke" auf der Blockchain bestehen aus digitalen Informationen. Im Einzelnen haben sie drei Teile:

Blöcke speichern Informationen über Transaktionen wie Datum, Uhrzeit und Geldbetrag Ihrer letzten Einkäufe, Überweisung von Geldern an eine andere Person, etc.
In Blöcken werden Informationen darüber gespeichert, wer an Transaktionen teilnimmt. Ein Block für einen Kauf würde Ihren Namen zusammen mit der Person, an die Sie ihn geschickt haben, speichern. Anstatt Ihren tatsächlichen Namen zu verwenden, wird Ihr Kauf ohne jegliche Identifizierungsinformationen mit einer eindeutigen "digitalen Signatur", sozusagen einem Benutzernamen, aufgezeichnet.
Blöcke speichern Informationen, die sie von anderen Blöcken unterscheiden. Ähnlich wie Sie und ich Namen haben, um uns voneinander zu unterscheiden, speichert jeder Block einen einzigartigen Code, der "Hash" genannt wird und es uns erlaubt, ihn von jedem anderen Block zu unterscheiden. Sagen wir, Sie schicken einem Freund 100 Dollar und eine Stunde später noch einmal 100 Dollar. Auch wenn die Details Ihrer neuen Transaktion fast identisch mit Ihrem früheren Kauf aussehen würden, können wir die Blöcke immer noch aufgrund ihrer einzigartigen Codes unterscheiden.

Während der Block im obigen Beispiel zur Speicherung einer einzelnen Übertragung verwendet wird, sieht die Realität etwas anders aus. Ein einzelner Block auf der Blockkette kann tatsächlich bis zu 1 MB Daten speichern. Je nach Größe der Transaktionen bedeutet dies, dass ein einziger Block einige tausend Transaktionen unter einem Dach beherbergen kann.

Wie Blockchain funktioniert

Wenn ein Block neue Daten speichert, wird er in die Blockchain eingefügt. Die Blockchain besteht, wie der Name schon sagt, aus mehreren aneinandergereihten Blöcken. Damit ein Block der Blockchain hinzugefügt werden kann, müssen jedoch vier Dinge geschehen:

Eine Transaktion muss stattfinden. Fahren wir mit dem Beispiel fort, Ihrem Freund Geld zu schicken. Nachdem Sie etwas Geld geschickt haben, entscheiden Sie sich, mehr zu schicken
Diese Transaktion muss überprüft werden. Nach dem Kauf muss Ihre Transaktion verifiziert werden. Bei anderen öffentlichen Aufzeichnungen von Informationen, wie der Securities Exchange Commission, Wikipedia oder Ihrer lokalen Bibliothek, gibt es jemanden, der für die Überprüfung neuer Dateneinträge zuständig ist. Bei Blockchain hingegen wird diese Aufgabe einem Netzwerk von Computern überlassen. Diese Netzwerke bestehen oft aus Tausenden (oder im Fall von Bitcoin aus vielen Millionen) von Computern, die über den ganzen Globus verteilt sind. Wenn Sie Ihre Transaktion senden, eilt das Computernetzwerk, um zu überprüfen, ob Ihre Transaktion so stattgefunden hat, wie Sie es gesagt haben. Das heißt, sie bestätigen die Details der Transaktion, einschließlich der Zeit, des Dollarbetrags und der Teilnehmer.
Diese Transaktion muss in einem Block gespeichert werden. Nachdem Ihre Transaktion als korrekt verifiziert wurde, bekommt sie grünes Licht. Der Dollarbetrag der Transaktion, Ihre digitale Signatur und die digitale Signatur Ihres Freundes werden in einem Block gespeichert. Dort wird die Transaktion wahrscheinlich zu Hunderten oder Tausenden von anderen ähnlichen Transaktionen hinzugefügt.
Dieser Block muss mit einem Hash versehen werden. Ähnlich wie ein Engel, der sich seine Flügel verdient, muss ein Block, nachdem alle Transaktionen überprüft wurden, einen eindeutigen, identifizierenden Code erhalten, der Hash genannt wird. Der Block erhält auch den Hash des letzten Blocks, der der Blockchain hinzugefügt wurde. Nach der Hash-Verifizierung kann der Block der Blockchain hinzugefügt werden.

Wenn dieser neue Block zur Blockchain hinzugefügt wird, wird er für jeden öffentlich zugänglich - sogar für Sie. Wenn Sie einen Blick auf die Blockchain von Bitcoin werfen, werden Sie sehen, dass Sie Zugang zu den Transaktionsdaten haben, zusammen mit Informationen darüber, wann ("Zeit"), wo ("Höhe") und von wem ("Weitergereicht von") der Block zur Blockchain hinzugefügt wurde.

Ist Blockchain sicher?

Die Blockchain-Technologie trägt den Themen Sicherheit und Vertrauen auf verschiedene Weise Rechnung. Erstens werden neue Blöcke immer linear und chronologisch gespeichert. Das heißt, sie werden immer an das "Ende" der Blockchain angehängt. Wenn Sie sich die Blockchain von Bitcoin ansehen, werden Sie sehen, dass jeder Block eine Position auf der Kette hat, die als "Höhe" bezeichnet wird. Zum 31. August 2019 hatte die Höhe des Blocks 592.517 Meter überschritten.

Nachdem ein Block am Ende der Blockchain hinzugefügt wurde, ist es sehr schwierig, zurück zu gehen und den Inhalt des Blocks zu ändern. Das liegt daran, dass jeder Block seinen eigenen Hash enthält, zusammen mit dem Hash des Blocks vor ihm. Hashcodes werden durch eine mathematische Funktion erstellt, die digitale Informationen in eine Reihe von Zahlen und Buchstaben verwandelt. Wenn diese Informationen in irgendeiner Weise bearbeitet werden, ändert sich auch der Hash-Code.

Deshalb ist das wichtig für die Sicherheit. Nehmen wir an, ein Hacker versucht, Ihre Transaktion mit Ihrem Freund so zu bearbeiten, dass Sie tatsächlich mehr bezahlen müssen. Sobald sie den Dollarbetrag Ihrer Transaktion bearbeiten, ändert sich der Hash des Blocks. Der nächste Block in der Kette wird immer noch den alten Hash enthalten, und der Hacker müsste diesen Block aktualisieren, um seine Spuren zu verwischen. Dies würde jedoch den Hash des Blocks ändern. Und der nächste, und so weiter.

Um einen einzelnen Block zu ändern, müsste ein Hacker also jeden einzelnen Block nach ihm in der Blockchain ändern. Die Neuberechnung all dieser Hashes würde eine enorme und unwahrscheinliche Menge an Rechenleistung erfordern. Mit anderen Worten, sobald ein Block zur Blockkette hinzugefügt wird, wird es sehr schwierig, ihn zu bearbeiten und unmöglich, ihn zu löschen.

Um das Problem des Vertrauens anzugehen, haben Blockchain-Netzwerke Tests für Computer implementiert, die sich anschließen und Blöcke in die Kette einfügen wollen. Die Tests, die als "Konsens-Modelle" bezeichnet werden, erfordern, dass sich die Nutzer "beweisen", bevor sie an einem Blockchain-Netzwerk teilnehmen können. Eines der häufigsten Beispiele, die von Bitcoin verwendet werden, heißt "proof of work".

Im System zum Nachweis der Arbeit müssen Computer "beweisen", dass sie "Arbeit" geleistet haben, indem sie ein komplexes mathematisches Rechenproblem lösen. Wenn ein Computer eines dieser Probleme löst, wird er berechtigt, einen Block in die Blockchain einzufügen. Aber der Prozess des Hinzufügens von Blöcken zur Blockchain, was die Welt der Kryptowährungen als "Mining" bezeichnet, ist nicht einfach. Laut der Blockchain-Newsseite BlockExplorer lagen die Chancen, eines dieser Probleme im Bitcoin-Netzwerk zu lösen, im Februar 2019 bei 1 zu 5,8 Billionen. Um komplexe mathematische Probleme zu lösen, müssen Computer Programme ausführen, die sie erhebliche Mengen an Energie und Leistung (sprich: Geld) kosten.

Proof-of-Work macht Angriffe von Hackern nicht unmöglich, aber es macht sie etwas nutzlos. Wenn ein Hacker einen Angriff auf die Blockkette koordinieren wollte, müsste er wie alle anderen auch komplexe Rechenaufgaben mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 zu 5,8 Billionen lösen. Die Kosten für die Organisation eines solchen Angriffs würden die Vorteile mit ziemlicher Sicherheit überwiegen.

Blockchain vs. Bitcoin

Das Ziel von Blockchain ist es, digitale Informationen aufzunehmen und zu verteilen, aber nicht zu bearbeiten. Dieses Konzept kann schwer zu verstehen sein, ohne die Technologie in Aktion zu sehen. Schauen wir uns also an, wie die früheste Anwendung der Blockchain-Technologie tatsächlich funktioniert.

Die Blockchain-Technologie wurde erstmals 1991 von Stuart Haber und W. Scott Stornetta skizziert, zwei Forscher, die ein System implementieren wollten, bei dem die Zeitstempel von Dokumenten nicht manipuliert werden können. Aber erst fast zwei Jahrzehnte später, mit der Einführung von Bitcoin im Januar 2009, hatte Blockchain seine erste reale Anwendung.

Das Bitcoin Protokoll ist auf der Blockchain aufgebaut. In einer Forschungsarbeit zur Einführung der digitalen Währung bezeichnete der pseudonymisierte Schöpfer von Bitcoin, Satoshi Nakamoto, diese als "ein neues elektronisches Cash-System, das vollständig Peer-to-Peer ist, ohne vertrauenswürdige Dritte".

Und so funktioniert es:

Sie haben all diese Leute, überall auf der Welt, die Bitcoin haben. Laut einer Studie des Cambridge Centre for Alternative Finance aus dem Jahr 2017 könnte die Zahl bis zu 5,9 Millionen betragen. Nehmen wir an, einer dieser 5,9 Millionen Menschen möchte seine Bitcoin für Lebensmittel ausgeben. Hier kommt die Blockchain ins Spiel.

Wenn es um gedrucktes Geld geht, wird die Verwendung von gedrucktem Geld von einer zentralen Behörde, in der Regel einer Bank oder Regierung, geregelt und überprüft - aber Bitcoin wird von niemandem kontrolliert. Stattdessen werden Transaktionen, die mit Bitcoin durchgeführt werden, von einem Netzwerk von Computern verifiziert.

Wenn eine Person eine andere Person für Waren mit Bitcoin bezahlt, rennen die Computer im Bitcoin-Netzwerk um die Verifizierung der Transaktion. Dazu führen die Benutzer ein Programm auf ihren Computern aus und versuchen, ein komplexes mathematisches Problem, einen sogenannten "Hash", zu lösen. Wenn ein Computer das Problem durch "Hashing" eines Blocks löst, hat seine algorithmische Arbeit auch die Transaktionen des Blocks verifiziert. Die abgeschlossene Transaktion wird öffentlich aufgezeichnet und als Block auf der Blockchain gespeichert, wodurch sie unveränderbar wird. Im Falle von Bitcoin und den meisten anderen Blockchains werden Computer, die Blöcke erfolgreich verifizieren, für ihre Arbeit mit Kryptowährung belohnt. (Für eine genauere Erklärung der Verifizierung siehe: Was ist Bitcoin Mining?)

Obwohl die Transaktionen öffentlich auf der Blockchain aufgezeichnet werden, werden die Benutzerdaten nicht oder zumindest nicht vollständig erfasst. Um Transaktionen im Bitcoin-Netzwerk durchführen zu können, müssen die Teilnehmer ein Programm namens "Wallet" (Brieftasche) ausführen. Jede Brieftasche besteht aus zwei einzigartigen und unterschiedlichen kryptographischen Schlüsseln: einem öffentlichen und einem privaten Schlüssel. Der öffentliche Schlüssel ist der Ort, an dem Transaktionen hinterlegt und abgehoben werden. Dies ist auch der Schlüssel, der als digitale Signatur des Benutzers auf dem Blockchain Ledger erscheint.

Selbst wenn ein Benutzer eine Zahlung in Bitcoins auf seinen öffentlichen Schlüssel erhält, kann er diese nicht mit dem privaten Gegenstück abheben. Der öffentliche Schlüssel eines Benutzers ist eine verkürzte Version seines privaten Schlüssels, die durch einen komplizierten mathematischen Algorithmus erstellt wird. Aufgrund der Komplexität dieser Gleichung ist es jedoch fast unmöglich, den Prozess umzukehren und aus einem öffentlichen Schlüssel einen privaten Schlüssel zu erzeugen. Aus diesem Grund gilt die Blockchain-Technologie als vertraulich.

Public & Private Keys

Hier ist die "Erkläre es, als wäre ich 5" Version: Man kann sich einen öffentlichen Schlüssel als Schulschrank und den privaten Schlüssel als Schrankkombination vorstellen. Lehrer, Schüler und sogar dein Schwarm können durch die Öffnung in deinem Spind Briefe und Notizen einwerfen. Die einzige Person, die den Inhalt des Schranks abrufen kann, ist jedoch diejenige, die den eindeutigen Schlüssel hat. Es sollte jedoch beachtet werden, dass es keine zentrale Datenbank gibt, in der die privaten Schlüssel eines Blockchain-Netzwerks gespeichert sind, obwohl die Schrankkombinationen im Büro des Schulleiters aufbewahrt werden. Wenn ein Benutzer seinen privaten Schlüssel verlegt, verliert er den Zugang zu seiner Bitcoin-Brieftasche.

Im Bitcoin-Netzwerk wird die Blockchain nicht nur von einem öffentlichen Netz von Nutzern geteilt und gewartet - sondern auch vereinbart. Wenn Benutzer dem Netzwerk beitreten, erhält ihr angeschlossener Computer eine Kopie der Blockchain, die immer dann aktualisiert wird, wenn ein neuer Block von Transaktionen hinzugefügt wird. Was aber, wenn durch menschliches Versagen oder die Bemühungen eines Hackers die Kopie der Blockchain eines Benutzers so manipuliert wird, dass sie sich von jeder anderen Kopie der Blockchain unterscheidet?

Das Blockchain-Protokoll verhindert die Existenz von mehreren Blockchains durch einen Prozess, der "Konsens" genannt wird. Wenn mehrere, unterschiedliche Kopien der Blockchain vorhanden sind, wird das Konsensprotokoll die längste verfügbare Kette übernehmen. Mehr Benutzer in einer Blockchain bedeuten, dass Blöcke schneller am Ende der Kette hinzugefügt werden können. Nach dieser Logik wird die Blockchain der Aufzeichnung immer diejenige sein, der die meisten Benutzer vertrauen. Das Konsensprotokoll ist eine der größten Stärken der Blockchain-Technologie, aber auch eine ihrer größten Schwächen.

Theoretisch ist es für einen Hacker möglich, die Mehrheitsregel bei einem so genannten 51%-Angriff auszunutzen. Es würde folgendermaßen ablaufen. Nehmen wir an, dass es 5 Millionen Computer im Bitcoin Netzwerk gibt, eine grobe Untertreibung, aber eine leicht zu teilende Zahl. Um eine Mehrheit im Netzwerk zu erreichen, müsste ein Hacker mindestens 2,5 Millionen und einen dieser Computer kontrollieren. Dabei könnte ein Angreifer oder eine Gruppe von Angreifern in den Prozess der Aufzeichnung neuer Transaktionen eingreifen. Sie könnten eine Transaktion senden - und sie dann rückgängig machen, so dass es so aussieht, als hätten sie die gerade ausgegebene Münze noch. Diese Sicherheitslücke, bekannt als Doppelausgabe, ist das digitale Äquivalent einer perfekten Fälschung und würde es den Benutzern ermöglichen, ihre Bitcoins zweimal auszugeben.

Ein solcher Angriff ist für eine Blockchain in der Größenordnung von Bitcoin extrem schwierig auszuführen, da ein Angreifer die Kontrolle über Millionen von Computern erlangen müsste. Als Bitcoin im Jahr 2009 gegründet wurde und die Anzahl der Benutzer in Dutzenden von Fällen lag, wäre es für einen Angreifer einfacher gewesen, einen Großteil der Rechenleistung im Netzwerk zu kontrollieren. Diese definierende Eigenschaft von Blockchain wurde als eine Schwäche für kleine Krypto-Währungen bezeichnet. Die Angst der Benutzer vor 51%-Angriffen kann die Bildung von Monopolen auf der Blockchain tatsächlich einschränken, daher die dezentrale Natur von Bitcoin.

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