Was ist eine Blockchain?

Kaum ein Begriff wurde in den letzten Jahren so oft verwendet – und so oft falsch erklärt – wie «Blockchain». Vieles, was in Medien und Werbebroschüren darüber steht, ist ungenau oder unvollständig. Ein so komplexes System in wenigen Sätzen zu erklären, ist tatsächlich nicht einfach. Dieser Beitrag versucht es trotzdem, möglichst verständlich.

Blockchain in einem Satz

Vereinfacht gesagt ist eine Blockchain eine Datenbank, die Informationen nach festen Regeln speichert und laufend erweitert wird, sobald sich alle Teilnehmenden des Netzwerks darüber einig sind, was hinzukommt. Damit sich viele Teilnehmende, die sich nicht kennen, einigen können, braucht es Mechanismen für diesen Konsens.

Man kann sich eine Blockchain wie einen digitalen Super-Notar vorstellen: neutral, unabhängig und von niemandem kontrolliert. Niemand kann diesen Notar besitzen oder bestechen. Seine Aufgabe ist es, die gemeinsam akzeptierten Tatsachen festzuhalten, ohne dass eine einzelne Partei sie beeinflussen kann. So entsteht Vertrauen zwischen Menschen, die einander nicht kennen und sich nicht vertrauen müssen.

Warum «Blockchain»?

Der Name setzt sich aus «Block» und «Kette» zusammen: eine Abfolge von Blöcken, die miteinander verkettet sind. Jeder Block besteht aus zwei Teilen:

• Kopf (Header): Er enthält einen Verweis auf den vorherigen Block, einen Zeitstempel und weitere technische Angaben.
• Inhalt (Body): Er enthält die Überweisungen, die über das Netzwerk abgewickelt werden sollen.

Ein Beispiel: Schickt Teilnehmerin A den Betrag X an Teilnehmer B, wird das in einem Block festgehalten. Alle Teilnehmenden des Netzwerks können die Überweisung danach sehen und überprüfen.

Damit die Kette wachsen kann, braucht es ein Verfahren, das festlegt, wer den nächsten gültigen Block anhängen darf. Bei Bitcoin ist das Proof of Work, bekannt als Mining: Wer den Block mit genügend Rechenaufwand «beweist», darf ihn anhängen.

Verbunden werden die Blöcke mit Hashes: Jeder Block enthält den digitalen Fingerabdruck seines Vorgängers. Daraus folgt eine entscheidende Eigenschaft: Würde jemand einen alten Block nachträglich verändern, änderte sich dessen Hash – und damit stimmte der Verweis im nächsten Block nicht mehr, und im übernächsten auch nicht, und so weiter. Die Kette wäre gebrochen, und der Betrugsversuch wäre für alle sofort sichtbar.

Zum Ausprobieren

Wie das funktioniert, lässt sich gut selbst ausprobieren, etwa mit der interaktiven Blockchain-Demo von Anders Brownworth. Dort siehst du mehrere Blöcke nebeneinander, jeder mit dem Hash des Vorgängers. Änderst du in einem früheren Block auch nur einen Buchstaben, färben sich dieser und alle folgenden Blöcke rot: Die Kette ist ungültig.

Um sie wieder gültig zu machen, musst du jeden betroffenen Block neu «minen». Dabei ändert sich ein Feld namens Nonce, kurz für «number used once». Der Computer probiert so lange Zahlen aus, bis Blockinhalt und Nonce zusammen einen Hash ergeben, der die Regeln erfüllt. Genau das ist Proof of Work. Bei Bitcoin müsste ein Fälscher das für alle nachfolgenden Blöcke tun – und zwar schneller als der Rest der Welt, der gleichzeitig neue Blöcke anhängt. Darum ist es praktisch unmöglich, Daten in der Bitcoin-Blockchain nachträglich zu ändern.

Sicherheit gegen Angriffe

Proof of Work und, mit Abstrichen, das verwandte Verfahren Proof of Stake machen ein Netzwerk widerstandsfähig gegen typische Angriffe:

• Sybil-Angriff: Ein Angreifer erzeugt massenhaft falsche Identitäten, um im Netzwerk unverhältnismässig viel Einfluss zu gewinnen. Bei Proof of Work nützt ihm das nichts, weil nicht die Zahl der Teilnehmenden zählt, sondern die eingesetzte Rechenleistung – und die lässt sich nicht fälschen.
• Doppelausgabe (Double Spending): Ein Angreifer versucht, dieselbe Münze zweimal auszugeben. Bei Bargeld ist das unmöglich: Wer eine Note weitergibt, hat sie nicht mehr. Digitale Daten lassen sich dagegen beliebig kopieren. Die Blockchain löst das Problem, weil alle Teilnehmenden dieselbe Reihenfolge der Überweisungen kennen: Wird dieselbe Münze zweimal ausgegeben, gilt nur die erste Überweisung, die zweite wird abgelehnt.

Mehr dazu in Was ist ein Doublespend? und Was ist eine Sybil-Attacke?

Öffentliche und private Blockchains

Nicht jede Blockchain ist wie Bitcoin. Man unterscheidet zwei Arten:

• Öffentliche Blockchains wie Bitcoin: Jede und jeder kann die Software herunterladen und mitmachen. Die Teilnehmenden, sogenannte Knoten, laden die ganze Blockchain herunter, lesen sie, prüfen jeden Eintrag und gleichen sich mit den anderen ab. Niemand braucht eine Erlaubnis.
• Private Blockchains werden von einer Firma oder einer Gruppe von Firmen betrieben. Sie dienen als gemeinsame Datenbank für einen festgelegten Kreis; nur Berechtigte dürfen teilnehmen und einigen sich auf eine gemeinsame Version der Wahrheit.

Private Blockchains können für bestimmte Zwecke sinnvoll sein, verlieren aber genau das, was Bitcoin auszeichnet: Wer den Zugang kontrolliert, kontrolliert auch die Daten. Ob man dafür überhaupt eine Blockchain braucht oder ob eine gewöhnliche Datenbank nicht günstiger und schneller wäre, ist oft die erste Frage, die man stellen sollte. Denn eine Blockchain ist bewusst ineffizient: Tausende Rechner speichern und prüfen dieselben Daten. Diese Verschwendung ist der Preis für eine Datenbank, die niemand allein kontrolliert.

Das Wichtigste zusammengefasst

• Eine Blockchain ist eine Datenbank, mit der Überweisungen abgewickelt werden.
• Sie schafft Vertrauen zwischen Menschen, die sich nicht kennen.
• Sie ist von Grund auf gegen Betrug geschützt.
• Daten in einer gut abgesicherten Blockchain nachträglich zu ändern, ist praktisch unmöglich.
• Es gibt öffentliche und private Blockchains – nur öffentliche sind wirklich unabhängig.

Wie neue Blöcke die aktuelle Blockchain verlängern, kannst du live auf meiner Bitcoin-Seite verfolgen: Dort siehst du die zuletzt gefundenen und die nächsten wartenden Blöcke.