23.08.2017

Grundwissen: Die Blockchain – einfach erklärt

Immer mehr Anwendungsgebiete der Blockchain-Technologie werden derzeit vorgestellt. Und doch wissen viele Menschen eigentlich noch nicht, wie sie funktioniert. Der Brutkasten erklärt für Einsteiger die Grundzüge.

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✨ AI Kontextualisierung

In letzter Zeit kommt man nicht mehr um sie herum: die Blockchain. Sie gilt vielerorts als die Technologie der Zukunft. Immer mehr Anwendungsgebiete erscheinen auf der Bildfläche. Doch wie funktioniert sie eigentlich? Keine Sorge: Bei aller Komplexität ist sie in ihren Grundzügen gar nicht so schwer zu verstehen.

Anmerkung: Dieser Beitrag erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Die Erklärungen sind eine starke Vereinfachung der komplexen Materie Blockchain. Ziel ist es, „Normalverbrauchern“ die prinzipielle Funktionsweise der Blockchain verständlich zu machen. Das tun wir anhand des bekanntesten Nutzungsbeispiels: Rein digitale Währungen (Kryptowährungen) wie Bitcoin oder Ethereum.

+++ Bitcoin und Blockchain schlagen im Mainstream auf +++

Blockchain als Antithese zur Cloud

Die Blockchain ist ein Netzwerk, üblicherweise innerhalb des Internets. Auch die Nutzung in einem Intranet ist möglich. Sie kann als Antithese zur Cloud gesehen werden. Denn Informationen werden nicht irgendwo auf einem Server gespeichert, sondern jeweils lokal, auf allen Rechnern im Netzwerk – Stichwort: dezentral. Darin liegt es auch begründet, dass die Technologie als besonders sicher angesehen wird: Um Informationen zu verfälschen, müsste nicht ein Server gehackt werden, sondern eben jeder einzelne Computer in der Blockchain. Daher muss das Netzwerk auch eine „kritische Masse“ an Usern erreichen, um tatsächlich sicher zu sein. 50 Rechner könnten schließlich noch einzeln gehackt werden. Bei 50.000 Rechnern scheint der Versuch dagegen aussichtslos.

Doch wie wird die Information gespeichert? Was ist ein Block? Und warum „Chain“?

Tabelle mit drei Spalten

Sehr vereinfacht kann man sich einen Block als Excel-Tabelle vorstellen. Das ist er natürlich nicht, die Architektur ist aber nicht unähnlich. Im Fall von Kryptowährungen wie Bitcoin hat diese Tabelle drei essenzielle Spalten: „User A“, „User B“ und „überwiesener Betrag X“. Einer der User im Netzwerk überweist nun einem anderen einen bestimmten Bitcoin-Betrag – das geschieht direkt, von Rechner zu Rechner. In der Tabelle wird das nun anonymisiert eingetragen. Die Tabelle liegt auf sämtlichen Rechnern im Netzwerk. Das bedeutet, alle anderen User führen automatisch über die Transaktion Buch. Damit ist bestätigt, dass sie tatsächlich stattgefunden hat.

Der Block: „Volle“ Tabelle wird versiegelt

Jede Überweisung, die innerhalb des Netzwerks getätigt wird, wird in der Tabelle eingetragen und diese füllt sich Zeile für Zeile. Wie man es ja auch von Excel-Tabellen kennt, vergrößert sich mit zunehmender Größe der Tabelle die Ladezeit. Sie kann also nicht unendlich fortgeführt werden. Deswegen wird sie bei einer bestimmten Größe abgeschlossen, versiegelt und abgelegt. Ein fertiger Block ist geschaffen.

Nachdem ein Block abgeschlossen und versiegelt ist, wird der nächste gestartet. Es entsteht eine Kette von Blöcken – Voilá: die Blockchain.

Hintergrund: Bei Bitcoin ist ein Block einen Megabyte groß. Durch das Update „Segwit“ (Segregated Witness) ist seit 1. August mehr Platz im Block zur Verfügung, da damit bestimmte Daten (die Signatur der Transaktion) ausgelagert werden. Der „Platzmangel“ im Block brachte nämlich einen Nachteil mit sich: Er limitiert die Anzahl an Transaktionen, die pro Sekunde durchgeführt werden können. Das war übrigens auch der Grund für die Abspaltung von Bitcoin Cash. Dort erweiterte man auf acht Megabyte große Blöcke, lagerte die Signatur der Transaktion jedoch nicht aus. Im November kommt es zur nächsten Spaltung: Mit dem Update Segwit2x entsteht ein neuer Coin, der zwei Megabyte Blockgröße hat und zugleich die Signaturen auslagert.

Doch warum kommt das System mit so wenig im Block gespeicherter Information aus? Wo ist vermerkt, wer wie viele Bitcoins hat?

Jeder Coin ist einzigartig

Die Antwort darauf ist abermals: dezentral, am eigenen Rechner oder am Server eines „Online-Wallet“-Anbieters. Während das gesamte Netzwerk über die Transaktionen Buch führt, ist der Gesamtbetrag, den man besitzt, lokal gespeichert. Das passiert mit einer sogenannten „Wallet“, also einer virtuellen Geldbörse. Diese ist ein Programm am eigenen Computer, oder im Falle von „Online-Wallets“, am Server eines Anbieters. Möglich ist die lokale Speicherung dadurch, dass jeder Coin, bzw. jeder Einzelbetrag eine eigene, einzigartige ID hat. Während bei klassischen Währungen die Gleichheit jeder Einheit zentral ist, ist also bei Kryptowährungen jeder Coin einzeln identifizierbar. Gleich viel Wert sind die einzelnen Coins natürlich trotzdem.

„Hardware-Wallet“ als Schutz vor Coin-Raub

In der Wallet am eigenen Rechner oder am einzelnen Server liegt ein Schwachpunkt: Während die Transaktionen durch die Masse an Usern in der Blockchain nicht verfälscht werden können (zumindest in der Theorie), ist die Sicherheit der Coins am Home-Computer oder Server des Anbieters selbst zu gewährleisten. Konkret gibt es für den Zugriff einen sogenannten „Private Key“ – ein Code, den es zu schützen gilt. Es gibt einige bekannte Fälle von Coin-Raub durch Hacker. Die lokale Speicherung ermöglicht jedoch, sein Geld außerhalb des Netzzugriffs zu „lagern“ – auf einer sogenannten „Hardware Wallet“. Diese ist üblicherweise nichts anderes, als ein USB-Stick mit einer speziellen Wallet-Software. Und am Ende hat man damit wieder eine physisch vorhandene Geldbörse.

Und wie lässt sich die Blockchain nun auf andere Gebiete umsetzen?

Blockchain-„Unterschrift“ im Smart Contract

Auch in anderen Anwendungsgebieten der Blockchain bleibt das Prinzip das gleiche. Die eigentliche Information ist lokal gespeichert. Im Netzwerk wird nur Metainformation erfasst, die einen Vorgang zwischen zwei Usern absichert. Ein Beispiel wären hier die vielzitierten Smart Contracts, die etwa über die Blockchain von Ethereum, der zweitgrößten Kryptowährung, laufen. Der Vertragsinhalt liegt auf den zwei Rechnern der unterzeichnenden Parteien. In der Blockchain wird quasi nur die „Unterschrift“ der beiden Partner gespeichert und damit gesichert.

+++ Leitet die Blockchain das Ende der Energieversorger ein? +++

Disclaimer: Dieser Beitrag entstand in redaktioneller Unabhängigkeit mit finanzieller Unterstützung des Bundesministeriums für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft (BMWFW) der Republik Österreich.

In einem Interview mit brutkasten im Februar dieses Jahres hob die Wiener Digitalstadträtin Barbara Novak (SPÖ) den Standort Wien für eine „AI Gigafactory“ noch hervor. Die Abwärme der Server sollte dabei direkt in das bestehende Fernwärmenetz eingespeist werden, so das Konzept. „Bei einer AI Gigafactory fällt sehr viel Abwärme an, mit der bis zu 200.000 Haushalte versorgt werden könnten. Das wäre ein wesentlicher Beitrag zur Dekarbonisierung der Fernwärme und stellt eine klassische Win-win-Situation dar“, so Novak im Interview.

Brief von Digitalstadträtin an EU

Die Auflagen der Förderung seien von Seiten der EU nun aber dahingehend geändert worden, dass das Projekt an keinen bestimmten Standort bzw. an keine definierten Auflagen gebunden werden dürfe, berichtet die Tageszeitung Kurier. Ein zentrales Element der Wiener Bewerbung beinhaltet jedoch die erwähnte Anknüpfung der Gigafactory an das Fernwärmenetz (brutkasten berichtete). Laut Kurier wird in einem offiziellen Brief der Digitalstadträtin an die EU nun dazu aufgerufen, die Auflagen für die Förderung nochmal zu überdenken.

„Einkaufsgemeinschaften“ nicht passend für Stadt Wien

Das Finanzierungsmodell für das 5-Milliarden-Euro-Projekt sah ursprünglich vor, dass zwei Drittel der Mittel von privaten Investoren und ein Drittel gemeinschaftlich von der Stadt Wien, dem Bund sowie der EU aufgebracht werden. Aktuelle Bestrebungen in Brüssel sehen nun jedoch die Bildung von standortungebundenen „Einkaufsgemeinschaften“ vor. Für Wien würde dies bedeuten, dass das Projekt nicht mehr zwingend an die geplante Abwärme-Integration in das Fernwärmenetz gekoppelt werden dürfte. Da diese Koppelung jedoch eine Grundvoraussetzung der Wiener Bewerbung ist, wird eine Beteiligung unter den geänderten Bedingungen derzeit hinterfragt.

Fünf Gigafactories geplant

Bis zum Jahr 2028 plant die Europäische Union den Baubeginn von bis zu fünf neuen „AI-Gigafactories“. Diese hochmodernen Rechenzentren sollen speziell auf die enormen Anforderungen zugeschnitten werden, die das Training und der laufende Betrieb fortschrittlicher Künstlicher Intelligenz mit sich bringen. Dabei legt die EU besonderen Wert auf strengste Maßstäbe in den Bereichen Datensicherheit, IT-Schutz und Energieeffizienz.