Was ist eine Blockchain? Das Hauptbuch von Bitcoin erklärt

Das Wichtigste in Kürze

• Eine Blockchain ist eine gemeinsame Aufzeichnung, an die nur angehängt wird. Transaktionen werden zu Blöcken gebündelt, und jeder Block enthält einen Fingerabdruck, den sogenannten Hash, des vorherigen Blocks.
• Wer einen alten Block ändert, verändert dessen Hash und bricht jede spätere Verknüpfung, sodass Manipulationen auffallen. Bei Bitcoin macht Proof of Work das Umschreiben der Geschichte zusätzlich sehr teuer.
• Blockchain ist die Datenstruktur. Bitcoin ist ein Netzwerk und eine Währung, die eine Blockchain nutzt.
• Öffentliche Blockchains lassen jeden mitmachen, Permissioned-Blockchains begrenzen den Kreis der Teilnehmer. Was passt, hängt davon ab, wie viel Vertrauen die Beteiligten ohnehin zueinander haben.
• Eine Blockchain macht Einträge schwer veränderbar, nicht wahr. Sie kostet Speicherplatz, Tempo und Möglichkeiten zur Streitklärung, und viele vorgeschlagene Anwendungen würden mit einer gewöhnlichen Datenbank genauso gut funktionieren.

Was ist eine Blockchain?

Eine Blockchain ist eine gemeinsame Aufzeichnung von Transaktionen, die als Reihe von Blöcken gespeichert wird, wobei jeder Block einen Fingerabdruck des vorherigen enthält. Neue Blöcke werden nur am Ende angehängt, alte werden nicht bearbeitet. Das Ergebnis ist eine Historie, die alle Beteiligten einsehen können und die sich kaum unbemerkt umschreiben lässt.

Stellen Sie sich ein Dorfbuch vor. Jeder Haushalt führt eine identische Kopie. Neue Geschäfte werden auf eine frische Seite geschrieben, die Haushalte prüfen jeden Eintrag, und alle heften die Seite hinten an ihre Kopie. Jede Seite beginnt mit dem Fingerabdruck der vorherigen Seite. Verändert ein Haushalt heimlich eine alte Seite, passen seine Fingerabdrücke nicht mehr zu denen aller anderen, und die Nachbarn merken es.

Der Begriff umfasst sowohl die Datenstruktur als auch die Computer, die sie pflegen. Die Blockchain von Bitcoin ist die bekannteste, und Wie funktioniert Bitcoin? zeigt, wie sie mit Schlüsseln, Minern und Nodes zusammenspielt.

Was ist ein Hash, und warum verkettet er die Blöcke?

Ein Hash ist ein Fingerabdruck fester Länge, der aus beliebigen Daten erzeugt wird. Da jeder Block den Hash des vorherigen Blocks enthält, werden aus einzelnen Blöcken eine Kette. Bitcoin verwendet eine Hashfunktion namens SHA-256, die immer eine Ausgabe von 256 Bit erzeugt, meist als 64 Hexadezimalzeichen geschrieben.

Drei Eigenschaften machen Hashes hier nützlich. Dieselbe Eingabe ergibt immer dieselbe Ausgabe. Eine winzige Änderung der Eingabe, selbst ein einziges Zeichen, ergibt eine Ausgabe, die völlig unverwandt aussieht. Und von der Ausgabe lässt sich nicht auf die Eingabe zurückrechnen.

Ein Bitcoin-Block enthält eine Liste von Transaktionen und einen Header (Kopfdaten), der einen zusammenfassenden Hash dieser Transaktionen und den Hash des vorherigen Blocks enthält. Der Hash des Blocks selbst wird aus diesem Header berechnet. Jeder Fingerabdruck hängt also vom vorherigen ab, bis zurück zum ersten Block.

Wie schützt sich eine Blockchain vor Manipulation?

Wird ein alter Block verändert, ändert sich sein Hash, der dann nicht mehr zu der im nächsten Block gespeicherten Kopie passt, sodass die Änderung für jeden sichtbar ist, der nachprüft. Hier ein vereinfachtes Beispiel mit drei Blöcken.

Block	Transaktionen (vereinfacht)	Hash des vorherigen Blocks	Hash dieses Blocks
1	Ana zahlt Ben 2	keiner, erster Block	7f3a…
2	Ben zahlt Cy 1	7f3a…	c91d…
3	Cy zahlt Dee 0,5	c91d…	2be8…

Das ist nur eine Veranschaulichung. Die Hashes sind gekürzt und erfunden, echte Hashes sind 64 Zeichen lang, und echte Blöcke enthalten viele Transaktionen und verweisen auf Adressen, nicht auf Namen.

Angenommen, jemand ändert Block 2 so, dass Ben an Cy 100 zahlt. Der Hash des Blocks würde zu einer völlig anderen Zeichenfolge und nicht mehr c91d… lauten. Block 3 hält aber weiterhin c91d… als Hash seines Vorgängers fest, die beiden passen also nicht mehr zusammen, und ein Node, der die Kette prüft, würde die veränderte Version ablehnen.

Eine Hash-Kette allein macht Manipulation jedoch nur sichtbar. Hashes zu berechnen ist billig, ein Fälscher könnte also jeden späteren Block neu berechnen. Bei Bitcoin verhindern das zwei Dinge. Es gibt viele unabhängige Kopien, eine gefälschte Kette muss sich also gegen alle durchsetzen. Und der Hash jedes Blocks muss ein anspruchsvolles Ziel erfüllen, sodass das Neuberechnen eines Blocks bedeutet, die Arbeit des Findens noch einmal zu leisten.

Wer führt die Kopien und entscheidet, was hinzukommt?

Tausende Computer, sogenannte Nodes, halten jeweils eine Kopie der Kette, und jeder prüft jeden neuen Block anhand derselben Regeln. Ein Node, der einen ungültigen Block erhält, zum Beispiel einen, der einen Coin doppelt ausgibt, lehnt ihn ab und gibt ihn nicht weiter. Was ist ein Bitcoin-Node? erklärt, was der Betrieb eines Nodes bedeutet.

Manchmal finden zwei Miner fast gleichzeitig gültige Blöcke, und für kurze Zeit sehen verschiedene Nodes unterschiedliche jüngste Blöcke. Das Netzwerk einigt sich auf die Kette mit dem meisten angesammelten Proof of Work, und der andere Block wird verworfen. Das dauert nur kurz und ist der Grund, warum eine Zahlung sicherer wird, je mehr Blöcke darauf folgen. Bitcoin-Forks behandelt Meinungsverschiedenheiten über die Regeln selbst.

Wie funktioniert die Blockchain von Bitcoin konkret?

Die Blockchain von Bitcoin begann mit dem Genesis-Block am 3. Januar 2009, und etwa alle zehn Minuten kommt ein neuer Block hinzu. Jeder Block enthält die Transaktionen, die ein Miner aus dem Pool der wartenden Zahlungen ausgewählt hat. Die Kette hält Übertragungen von Bitcoin fest, das ist ihre Hauptaufgabe, und sie ist öffentlich: Jeder kann jede jemals getätigte Transaktion einsehen.

Teuer wird das Umschreiben durch Proof of Work. Um einen Block zu veröffentlichen, muss ein Miner einen Hash unterhalb eines Zielwerts finden, was enormen Rechenaufwand erfordert, sich aber in einem Augenblick überprüfen lässt. Um einen alten Block zu ändern, müsste ein Angreifer diese Arbeit für ihn und für jeden folgenden Block erneut leisten, und zwar schneller, als das ehrliche Netzwerk neue Blöcke anfügt. Proof of Work vs. Proof of Stake vergleicht dieses Verfahren mit einem anderen Weg, auf dem Blockchains zu einer Einigung kommen.

Das Design wurde in einem Papier beschrieben, das am 31. Oktober 2008 veröffentlicht wurde und in Das Bitcoin-Whitepaper erklärt, Abschnitt für Abschnitt durchgegangen wird.

Ist Blockchain dasselbe wie Bitcoin?

Nein. Eine Blockchain ist eine Art, eine Aufzeichnung zu führen, und Bitcoin ist ein bestimmtes Netzwerk und eine bestimmte Währung, die sie nutzt. Die Regeln von Bitcoin, darunter die Obergrenze von 21 Millionen und das Blockziel von zehn Minuten, gehören zu Bitcoin und nicht zu Blockchains im Allgemeinen.

Andere Blockchains laufen nach anderen Regeln und für andere Zwecke. Ethereum zum Beispiel wurde gebaut, um Programme auszuführen und nicht nur Zahlungen aufzuzeichnen, und Bitcoin vs. Ethereum zeigt die Unterschiede.

Das Etikett wurde außerdem vielen Produkten und Unternehmen angeheftet, deshalb sagt „Blockchain“ in einer Verkaufspräsentation wenig darüber aus, was angeboten wird oder wie riskant es ist. Neu auf dem Gebiet? Was ist Bitcoin? und der Lernpfad Hier starten sind ein klarerer Einstieg. Für jede Entscheidung über eine Geldanlage in ein Blockchain-Produkt wenden Sie sich an eine qualifizierte Finanzfachperson.

Was ist der Unterschied zwischen öffentlichen und Permissioned-Blockchains?

Auf einer öffentlichen Blockchain kann jeder die Aufzeichnung lesen, einen Node betreiben und Transaktionen senden, während bei einer Permissioned-Blockchain (mit Zugangsbeschränkung) eine Organisation oder Gruppe entscheidet, wer teilnehmen darf. Bitcoin ist öffentlich. Die beiden Bauweisen beantworten unterschiedliche Vertrauensprobleme.

	Öffentlich (permissionless)	Permissioned (privat)
Wer teilnehmen kann	Jeder	Zugelassene Teilnehmer
Wer die Daten prüft	Jeder, der einen Node betreibt	Ausgewählte, bekannte Parteien
Wem Sie vertrauen müssen	Den Regeln und den Kosten des Betrugs	Den Betreibern
Typisches Umfeld	Offene Netzwerke wie Bitcoin	Eine Gruppe von Unternehmen, die sich eine Aufzeichnung teilen

Eine Permissioned-Blockchain kann schneller und privater sein, weil die Beteiligten bekannt sind und weniger Computer sich einigen müssen. Der Preis ist, dass jemand das Sagen hat, und das wirft eine berechtigte Frage auf: Wenn Sie den Betreibern ohnehin vertrauen, brauchen Sie dann überhaupt eine Blockchain?

Wo liegen die Grenzen einer Blockchain?

Eine Blockchain tauscht Effizienz gegen gemeinsame Überprüfbarkeit, deshalb ist sie langsamer und sperriger als eine normale Datenbank. Dieser Preis lohnt sich nur in bestimmten Situationen.

• Speicherplatz und Tempo. Jeder Node speichert und prüft alles, die Kapazität ist also konstruktionsbedingt begrenzt. Bitcoin hält Blöcke klein und etwa zehn Minuten auseinander, weshalb es Schichten wie das Lightning-Netzwerk gibt.
• Oft genügt eine gewöhnliche Datenbank. Wenn eine vertrauenswürdige Organisation die Aufzeichnung führen kann, ist eine Datenbank einfacher, günstiger und leichter zu korrigieren. Eine Blockchain rechtfertigt ihre Kosten erst, wenn viele Parteien, die einander nicht vertrauen, eine gemeinsame Aufzeichnung ohne einen einzelnen Eigentümer brauchen.
• Keine Streitbehandlung auf Bankniveau. Eine versehentliche Überweisung lässt sich nicht rückgängig machen, und es gibt keinen Kundendienst. Wer seine Schlüssel verliert, dessen Coins bleiben, wo sie sind, wie Was passiert mit verlorenen Bitcoin? erklärt.
• Ressourcenverbrauch. Proof-of-Work-Blockchains nutzen Strom als Teil ihrer Sicherheit, eine Debatte, die Der Energieverbrauch von Bitcoin behandelt.

Macht eine Blockchain die Daten darin wahr?

Nein. Eine Blockchain macht eine Aufzeichnung nach dem Schreiben schwer veränderbar, kann aber nicht erkennen, ob der Eintrag von vornherein stimmte. Trägt jemand falsche Informationen ein, bewahrt die Kette sie getreulich auf.

Angenommen, ein Lieferant trägt für eine Kiste Gemüse „Bio“ in eine Blockchain ein. Die Aufzeichnung zeigt, dass der Eintrag zu einem bestimmten Zeitpunkt gemacht und seither nicht verändert wurde. Sie zeigt nicht, dass das Gemüse biologisch erzeugt wurde. Jemand muss weiterhin darauf vertrauen, dass die Tatsache korrekt eingetragen wird.

Bitcoin ist ein Sonderfall. Die Tatsachen, die es festhält, etwa welche Coins noch nicht ausgegeben sind und ob eine Signatur gültig ist, kann jeder Node anhand der Kette selbst überprüfen. Aussagen über die physische Welt haben keine solche eingebaute Prüfung.

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• Wie funktioniert Bitcoin? Blöcke, Miner und Schlüssel: Transaktionen, Miner und Schlüssel rund um die Kette.
• Das Bitcoin-Whitepaper erklärt, Abschnitt für Abschnitt: das ursprüngliche Design in einfachen Worten.
• Was ist ein Bitcoin-Node? Was es bedeutet, einen zu betreiben: wer die Kopien führt und prüft.
• Proof of Work vs. Proof of Stake: was ist der Unterschied?: zwei Wege, auf denen eine Kette zu einer Einigung kommt.
• Der Bitcoin-Genesis-Block: der erste Block und seine versteckte Botschaft: wo die Kette begann.
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• Was ist ein Bitcoin-Block? Größe, Zeit und Inhalt: die Einheit der Kette.
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