Was ist die Blockchain und welche Vorteile hat sie?

Die Blockchain-Technologie kommt insbesondere im Finanzsektor häufig zum Einsatz, allerdings überwindet sie seit einiger Zeit die Industriegrenzen und findet vermehrt auch in der IT-Branche Verwendung. Es lohnt sich daher, sich genauer über die Technologie zu informieren, um den Nutzen zu verstehen und sie sinnvoll anzuwenden. Dieser Artikel erklärt den Begriff Blockchain, geht auf die Funktionsweise ein und stellt die wichtigsten Vorteile und Anwendungsbereiche vor.

Begriffserklärung: Was ist eine Blockchain?

Bei einer Blockchain handelt es sich um eine dezentrale Datenbank, die über eine permanent wachsende Liste von Datensätzen mit Transaktionen verfügt. Ähnlich wie eine Kette, der man am unteren Ende laufend neue Elemente hinzufügt, wird auch diese Datenbank chronologisch linear erweitert. Von diesem Prinzip hat die Blockchain auch ihren Namen, denn ins Deutsche übersetzt bedeutet der Begriff so viel wie „Blockkette“. Sobald ein Block vollständig ist, wird der folgende erzeugt. Dabei enthält jeder Block eine Prüfsumme für den vorhergehenden Block.

Das technische Modell der Blockchain wurde im Zusammenhang mit der Kryptowährung Bitcoin entwickelt und war als dezentralisiertes, öffentliches und webbasiertes Buchhaltungssystem für sämtliche Bitcoin-Transaktionen gedacht, die jemals ausgeführt wurden. Die Bitcoin-Blockchain vergrößert sich permanent, weil ständig neue Bitcoin-Transaktionen abgeschlossen werden und diese als Blöcke zur Blockchain hinzukommen. Jeder Rechner, der mit dem Bitcoin-Netz verbunden ist, neue Bitcoins erschafft oder die bisher erzeugten Bitcoins überwacht, verwaltet auch eine 1-zu-1-Kopie der kompletten Blockchain. Sie war Ende 2015 schon etwa 50 Gigabyte groß.

Was sind Bitcoins?

Um die Funktionsweise der Blockchain zu verstehen, ist es sinnvoll, sich genauer damit zu beschäftigen, was Bitcoins überhaupt sind. Es handelt sich dabei um eine im Jahr 2009 gegründete Währung, die rein digital ist. Sie basiert auf einem dezentralen Bezahl-Netzwerk und benötigt eine Blockchain. Nutzer, die im Internet mit Bitcoins zahlen, müssen eine geringere Transaktionsgebühr aufbringen als das bei klassischen Online-Payment-Anbietern notwendig ist.(nur bedingt richtig) Zudem hat Bitcoin den Vorteil, dass diese Währung nicht durch eine zentrale Staatsbank oder vergleichbare Einrichtungen überwacht und gesteuert wird. Da der Aufwand, um neue Bitcoins zu berechnen, mittlerweile sehr hoch ist, nimmt ihr Wert auch entsprechend stark zu.

Es gibt also keine physikalischen Bitcoins, sondern lediglich Kontostände. Diese sind mit privaten und öffentlichen Schlüsseln verbunden. Die Kontostände werden in einem öffentlichen Buchhaltungssystem gespeichert – also in der Blockchain – und dort gemeinsam mit allen jemals durchgeführten Bitcoin-Transaktionen festgehalten. Für die Verwaltung dieser enormen Datenmenge ist eine äußerst leistungsstarke Rechenpower erforderlich, die durch ein riesiges Netzwerk an Computern zur Verfügung gestellt wird.

Wie genau funktioniert die Blockchain?

Die Funktionsweise einer Blockchain ist mit dem Journal in der Buchführung vergleichbar. Deshalb ist die Blockchain-Technologie im Englischen auch als „Distributed Ledger“ – also als „verteiltes Kontobuch“ – bekannt. Die Blockchain ist nichts anderes als eine dezentrale Datenbank, wobei jeder einzelne Datensatz dadurch gesichert wird, dass die Blockchain den Hashwert des vorhergehenden Datensatzes speichert. Ein Hashwert ist dabei mit einem virtuellen Daumenabdruck vergleichbar. Er ist für jeden Datensatz eindeutig und eignet sich für eine Integritätsprüfung.

In der Blockchain werden die Daten also aufeinander aufbauend abgelegt. Das bedeutet, dass es keine Möglichkeit für eine nachträgliche Änderung gibt, weil dann die Integrität des gesamten Systems beschädigt werden würde. Ein solcher dezentraler Kontrollmechanismus hat den Vorteil, dass die Integrität selbstständig und automatisch gewährleistet wird. Aus diesem Grund ist keine weitere vertrauenswürdige Instanz erforderlich, die die Integrität der Transaktionen bestätigen müsste. Dabei ist es gerade diese Instanz – wie etwa eine Bank oder eine Versicherung –, die dazu führt, dass eine Transaktion teurer und verzögert wird. Genau diese Nachteile soll die Blockchain aufheben.

Welche Bestandteile hat die Blockchain?

Der wichtigste und kleinste Bestandteil der Blockchain ist ein einzelner Block. Er setzt sich wiederum aus wenigstens drei Komponenten zusammen:

dem Index,
dem Zeitstempel,
dem Konsensverfahren – hierbei handelt es sich meist um den sogenannten „Proof of Work“.

Jeder Block enthält den Hashwert des vorhergehenden Blocks. Auf diese Weise werden die einzelnen Blocks auch miteinander verbunden. Der Hashwert des Vorgängers fließt dabei in die Berechnung des eigenen Hashwerts mit ein, welcher wiederum im nächsten Block gespeichert wird. Genau das ist der Grund dafür, dass eine Manipulation der Blockchain extrem schwierig ist. Denn: Die gesamte Kette müsste jedes Mal vom Punkt des Angriffs an komplett neu berechnet werden. Das ist in der Theorie zwar möglich, allerdings erfordert das in der Praxis zu viele Ressourcen, sodass es für Angreifer nicht attraktiv genug ist.

Bereits dank dieser Technologie ist das System sehr sicher. Für eine weitere Absicherung wird dennoch ein Konsensverfahren genutzt. Oft kommt dabei der „Proof of Work“ zum Einsatz. Dabei handelt es sich um eine Zahl, die meist als „Nonce“ bezeichnet wird. Sie lässt sich leicht nachprüfen, ist aber schwer zu berechnen. Das wird zum Beispiel so realisiert, indem ein Hashwert immer eine bestimmte Regel befolgen muss. Denkbar wäre, dass es eine Höchstgrenze für seine Größe gibt. Durch die Adaption dieser Regel lässt sich der Aufwand für die Hashwert-Berechnung steuern. Da diese Berechnung Ressourcen und Zeit erfordert, leitet sich hiervon die Bezeichnung „Proof of Work“ ab, denn die Veröffentlichung eines neuen Blocks ist der Beweis für die geleistete Arbeit. Über dieses Konsensverfahren werden neue Blöcke integer erzeugt und danach an die Blockchain angehangen. Eine vertrauenswürdige dritte Instanz ist daher nicht erforderlich.

Die Intaktheit einer Blockchain lässt sich hingegen sehr einfach überprüfen. Dafür muss lediglich der Hashwert eines jeden Blocks ermittelt, mit dem Vorgänger-Hashwert im folgenden Block verglichen und geprüft werden, ob die Nonce tatsächlich der Gültigkeitsbedingung entspricht.

Worin besteht der Unterschied zwischen der privaten und der öffentlichen Blockchain?

Man unterscheidet zwischen der privaten (private) und der öffentlichen (public) Blockchain.

Public Blockchain

Bei der öffentlichen Blockchain handelt es sich um jene Blockchain, die am Anfang des Artikels vorgestellt wurde. Sie kommt ohne Mittelsmann aus, weil sie in einem dezentralisierten Netz mit Peer-To-Peer-Transaktionen aufgebaut wird. Sie bietet eine erhöhte Sicherheit, bedeutet aber auch einen hohen Overhead. Ein bekanntes Beispiel ist die Kryptowährung Bitcoin.

Private Blockchain

Im Gegensatz dazu gibt es bei einer privaten Blockchain einen Mittelsmann. Er muss jede Transaktion schreiben und verifizieren. Sie ist effizienter als eine public Blockchain und ermöglicht eine schnellere Abwicklung der Transaktionen. Allerdings fällt die Dezentralisierung weg, weshalb die Sicherheit nicht so hoch ist. Vor allem im geschäftlichen Bereich sind private Blockchains zu finden, z.B. Ripple.

Welche Vorteile bietet die Blockchain?

Die dezentrale Blockchain bietet einige Vorteile, die in der folgenden Liste aufgeführt sind:

Datenmengen können durch Verschlüsselung und Zugriffsverwaltung geschützt werden.
Die großen Datenmengen lassen sich unternehmensübergreifend sammeln und analysieren.
Datenbezugspunkte können einfacher verifiziert werden.
Schwachstellen im Zahlungsverkehr, in der Lieferkette und in anderen Geschäftsprozessen lassen sich automatisch aufspüren.
Unnötige Kosten für die IT-Infrastruktur werden reduziert oder komplett vermieden.
Die Kosten für externe und interne Finanztransaktionen, Verwaltung und Finanzreporting werden reduziert.
Es kann ein Mechanismus geschafft werden, der das regulatorische Reporting und das Vorstandsreporting verbessert.
Der Jahresabschluss wird beschleunigt.

Die Blockchain ermöglicht also eine schnelle Transaktion, ohne dass zusätzliche Kosten entstehen und ohne dass ein dritter Intermediär erforderlich wäre. Zudem wird auch keine separate, umfangreiche Infrastruktur benötigt.

Wie wird die Blockchain in der Finanzbranche eingesetzt?

Wegen dieser Vorteile wird die Blockchain auch bereits seit einiger Zeit erfolgreich eingesetzt – insbesondere in der Finanzbranche. So gibt es beispielsweise die Kryptowährung Ethereum, die ebenfalls auf dem Blockchain-Prinzip der dezentralen Rechenleistung basiert. Sie wird als Brücke zwischen den Unternehmenssystemen und der Blockchain betrachtet.

Die skalierbare Blockchain-Datenbank mit dem Namen „BigchainDB“ ist in der Lage, pro Sekunde bis zu eine Million Schreibvorgänge zu verwalten, mehrere Petabytes an Daten zu speichern und trotzdem Latenzzeiten von weniger als einer Sekunde zu gewährleisten. All das funktioniert dabei dezentralisiert und bei einer maximalen Datenintegrität.

Des Weiteren gibt es einige Blockchain-Anwendungsplattformen für den Sektor der Finanzindustrie, die derzeit noch entwickelt werden. Dazu gehören ERIS oder R3CEV. Sie sollen Business-Regeln für die Blockchain-Technologie aufstellen und nachprüfbare, sichere und transparente Geschäftsmodelle in die Finanzbranche bringen. Für den CIO bedeutet ein derartiger neuer dezentraler Technologiestack mit seinem stetig zunehmenden Ökosystem, dass er seine Aufgaben besser und effektiver erledigen kann. So ist es ihm beispielsweise möglich, Transaktionen sicherer abzuwickeln, Kosten zu reduzieren, sich enger an Vorschriften zu orientieren und eine schnellere Fertigstellung für den Geschäftsbetrieb zu gewährleisten.

Bisher ist es noch eine Herausforderung, die Blockchain in bestehende Systeme zu integrieren, die sich jedoch sehr gut dadurch rechtfertigen lässt, dass die Blockchain eine Vielzahl an Vorteilen sowohl fürs Business als auch für die IT mitbringt.

Inwiefern können auch andere Industrien vom Einsatz einer Blockchain profitieren?

In der IT werden dezentrale Strukturen immer wichtiger, weil Anwender ihre digitalen Daten dadurch selbst überwachen können. Dezentrale Systeme ermöglichen es, die Informationen in einem Netzwerk von mehreren Computern zu speichern, die über das Internet erreichbar sind. Die Dezentralisierung der Kommunikation begann schon vor etlichen Jahren mit dem Internet. Dadurch bekam jede Person mehr Verfügungsfreiheit über die Informationen, die sie benötigt. Der nächste Schritt bestand schließlich darin, dass neben der Kommunikation auch Speicher und Rechenleistung dezentralisiert wurden. Dies wird als Cloud Computing bezeichnet. Ein weiteres Element kommt nun mit der Blockchain dazu. Sie wird nicht nur dafür verwendet, Kryptowährungen wie zum Beispiel Bitcoin über dezentrale Netze zu verwalten, sondern auch für die dezentrale Steuerung weiterer digitalen Inhalte wie etwa Musik, Fotos, Texte oder Kunst.

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