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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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.

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Das HealthTech-Startup holt den ersten Platz beim Houskapreis in der Kategorie "F&E in KMU". Noch mehrere weitere Projekte wurden ausgezeichnet.
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Symptoma: Co-Founder Jama Nateqi
(c) Symptoma: Co-Founder Jama Nateqi

Mit seinem digitalen Symptomchecker auf Basis künstlicher Intelligenz konnte das oberösterreichische HealthTech-Startup Symptoma schon viele Erfolge erzielen – der brutkasten berichtete bereits mehrmals. Inzwischen ist es mit rund zehn Millionen Usern die weltweit meistverwendete Anwendung ihrer Art. Das Service ist in 36 Sprachen verfügbar und basiert auf der mittlerweile größten Krankheitsdatenbank der Welt.

Symptoma-Gründer Nateqi: „Besonders stolz auf hohe Treffgenauigkeit“

„Unsere Vision ist, dass jede Patientin und jeder Patient die richtige Diagnose und Behandlung erhalten. Symptoma soll dabei helfen, mögliche Ursachen für Beschwerden zu finden. Das ist uns gelungen, denn die Treffgenauigkeit ist sehr hoch und darauf sind wir besonders stolz“, meint Gründer Jama Nateqi. Nun holte sich Symptoma den ersten Platz in der Kategorie „Forschung & Entwicklung in KMU“ des mitunter als „österreichischer Forschungs-Oskar“ bezeichneten Houska-Preises der B&C Privatstiftung. Das Preisgeld betrug dabei 150.000 Euro.

Der erste Platz in der Kategorie Hochschulforschung, der ebenfalls mit 150.000 Euro dotiert ist, ging an die TU Wien mit dem Projekt „Hochzuverlässige Leistungselektronik“. Professorin Golta Khatibi entwickelte mit ihrem Team ein patentiertes Prüfverfahren, mit dem die Belastbarkeit von mikroelektronischen Bauteilen materialwissenschaftlich analysiert werden kann. Mithilfe des Testverfahrens können Mikrochips und Halbleiter mit höherer Lebensdauer in kürzerer Zeit entwickelt werden.

Weitere Houska-KMU-Preise für Virtual Vehicle Research und EET

Die mit 60.000 Euro dotierten zweiten Preise in den beiden Kategorien gingen an die TU Graz und das steirische Unternehmen Virtual Vehicle Research. Im TU Graz-Projekt Projekt „Simulation von (Bio-)Reaktoren“ wurde eine Simulationstechnologie für Biopharmazeutika entwickelt. Virtual Vehicle Research konte die Jury mit dem mobilen Testroboter „Spider“ für Fahrzeugentwicklung überzeugen. Die 20.000 Euro-Publikumspreise gingen an ein Team der BOKU Wien, das an der Entwicklung eines zuverlässigen SARS-CoV-2-Antikörpertests beteiligt war und an das Grazer Unternehmen EET-Efficient Energy Technology für sein „SolMate“-Photovoltaik-System.

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