Blockchain: Was ist das?

Das Wort Blockchain ist im Moment in aller Munde. Aus gutem Grund oder ist es doch nur ein Hype, der bald wieder abflauen wird? Werden Blockchains unser Leben verändern und wie breit ist der deren Einsatzbereich?

In einer Blockchain werden Daten gespeichert, äußerst simpel ausgedrückt, ist eine Blockchain folglich eine Datenbank. Bei genauerem Betrachten sind Blockchains selbstverständlich hoch komplex, denn das Besondere an ihnen ist, wie und wo die Daten gespeichert werden. 

Bei der Speicherung von Daten auf einem zentralen Server ergeben sich automatisch Sicherheitsrisiken und die Gefahr eines Missbrauchs ist ständig gegeben. Einfach erklärt erfolgt bei Blockchains die Datenspeicherung dezentral auf voneinander unabhängigen Computern und in Blöcken, die aneinandergereiht, eine Kette an Daten ergeben. Blockchains bieten somit einen neuen und vor allem sicheren Weg der Datenspeicherung und -weitergabe im Netz.

Blockchains basieren auf der Distributed-Ledger-Technolgie (DLT), die ein öffentliches Hauptbuch oder Kassabuch (im Englischen als „open ledger“ bezeichnet) darstellt, in der Informationen im Netz verteilt gespeichert werden. Die Daten sind dann nicht auf einem zentralen Server, der einem Unternehmen oder einer Person gehört, zu finden, sondern vollkommen dezentral organisiert. Der revolutionäre Charakter einer Blockchain ist somit die Art und Weise, wie und wo Informationen gespeichert und weitergegeben werden. 

Wie funktioniert die Speicherung der Daten aber genau? Sobald eine Transaktion im Netz getätigt wird, öffnet sich ein Block in der zugehörigen Blockchain und die Daten zu dieser Transaktion werden in diesem Block kryptografisch gespeichert. Blockchains liegt ein kryptografisches Verschlüsselungsverfahren mittels Algorithmen zugrunde, sodass die Daten einer Blockchain auf den ersten Blick keinen Sinn ergeben und nicht entschlüsselt werden können.

Jeder Block verfügt zudem nur über eine gewisse Speicherkapazität. Ist also ein Block voll, werden neu eingegangene Informationen in einem neuen Block gespeichert, der an den vorherigen Block angehängt wird. Mit steigender Anzahl an Transaktionen formt sich mit der Zeit eine lange Kette an Informationen. Als zusätzliche Sicherheitsmerkmale enthält jeder Block immer zwei Informationen: die Historie des vorherigen Blocks mittels einer Art Quersumme und die Prüfsumme der gesamten Blockchain. Gespeichert werden die Informationen parallel auf zahlreichen, voneinander unabhängigen Computern, die Teil dieses Netzes sind. 

Im klassischen Fall werden Transaktionen mittels eines Intermediärs, bei Finanztransaktionen beispielsweise mit einer Bank, erfolgen. Die Blockchain-Technologie hat aber etwas Anderes möglich gemacht: Peer-to-peer Transaktionen, die sicher sind und bei denen sich der Betrag nicht durch Gebühren oder Ähnliches reduziert. Dank der Blockchain können somit Finanztranskationen im Netz getätigt werden, ohne dass sich die Userinnen und User, welche die Transaktion abschließen, vertrauen müssen. Je mehr Teilnehmende eine Blockchain hat, umso sicherer wird sie. Das erhöht aber natürlich auch den Speicheraufwand.

Der Begriff Blockchain ist eine Zusammensetzung der beiden englischen Wörter Block (zu Deutsch Blöcke) und Chain (zu Deutsch Kette). Häufig wird Blockchain auch gleichgestellt mit Bitcoin, dabei sind die beiden Begriffe keineswegs ident. Ursprünglich waren diese beiden Begriffe eng miteinander verbunden, da es Blockchains aufgrund der Kryptowährung Bitcoin gibt. Der Hype um die Währung machte es notwendig, Bitcoins sicher von einer Userin bzw. einem User zu einer bzw. einem anderen zu übertragen. Blockchains bieten die Technologie, genau das zu realisieren. Die Bitcoin-Blockchain enthält alle Daten zu allen jemals getätigten Bitcoin-Transaktionen. Gespeichert wird die aktuelle und vollständige Bitcoin-Blockchain verschlüsselt auf dem gesamten Computernetz aller Bitcoin-Teilnehmenden.

Um sicherzustellen, dass eine neue Transaktion auch wirklich valide ist, bedient sich die Bitcoin-Blockchain des Konsensmechanismus Proof of Work (PoW). Erst nach erfolgreicher Überprüfung wird die neue Transaktion dem Netzwerk hinzugefügt. 

Was genau aber passiert im Hintergrund? An der Validierung einer neuen Transaktion der Bitcoin-Blockchain arbeiten sogenannte Miner, die ebenso Teilnehmende der Blockchain sind. Ihr Ziel ist es, mittels ihrer Hardware und Rechenleistung eine hochkomplexe, kryptografische Rechenaufgabe zu lösen. Diese Konsens-Algorithmen stellen sicher, dass die Blockchain-Regeln eingehalten werden. Jedem Block wird aus Sicherheitsgründen eine Zahl, die zufällig ermittelt wird, hinzugefügt. Diese wird auch „Nonce“ genannt und ist die Abkürzung für „Number only used once“, sie stellt den Output dar. Die Miner berechnen nun, und das oft milliardenfach, welche Inputwerte zur Nonce, also dem Outputwert, passen. Dieser errechnete Wert entspricht dem Hash des Blocks, weshalb er auch als Hash-Wert bezeichnet wird. Bei der Überprüfung einer neuen Transaktion stehen alle Miner in einer gewissen Konkurrenz, da jeder den Rechenvorgang als erstes lösen möchte. Würde eine Transaktion an einem Block manipuliert werden, würde sich auch der Hash-Wert, der im darauffolgenden Block mitgespeichert wird, ändern. Alle darauffolgenden Blöcke würden folglich ungültig werden.

Proof of Work stellt sicher, dass es fehlerhafte Transaktionen nicht in die Blockchain schaffen. Das Vorgehen ist aber auch nicht ganz frei von Kritik. Ein Nachteil ist die immense Rechenleistung, die mit PoW einhergeht und damit auch ein sehr hoher Energieverbrauch. 

Warum aber opfern Miner dafür ihre Zeit und setzen so viel Rechenleistung und damit auch Energie ein? Aus dem einfachen Grund, dass jener Miner, der einen neuen Block der Blockchain hinzufügt auch eine Aufwandsentschädigung erhält. Im Fall der Bitcoin-Blockchain beispielsweise mit einem Anteil an Bitcoins.

Dass Blockchains als nicht manipulierbar bezeichnet werden und erfolgreiche Cyberangriffe fast unmöglich sind, ist gleich mehreren Attributen zuzuschreiben:

• Dezentralisierung aufgrund einer verteilten, öffentlichen Datenbank: Diese dezentralisierte Datenspeicherung mittels eines digitalen und verteilten Ledgers ist einer der Hauptgründe, der Blockchains so sicher macht.
• Peer-to-Peer Verfahren: Blockchains ermöglichen ein direktes Versenden von Vermögenswerten und sensiblen Daten.
• Zusätzliche kryptografische Verfahren machen die Blockchain so manipulationssicher: Blockchains verfügen zwar über keine vollständige Manipulationssicherheit, doch aufgrund der dahinterstehenden Technologie würden Manipulationen eine sehr große Rechenleistung benötigen.
• Stabil gegenüber technischen Ausfällen: Die dezentrale Struktur von Blockchains stellt sicher, dass selbst nach einer Offline-Schaltung mehrerer Knoten das Netzwerk noch immer verfügbar ist. 
• Konsensmechanismus: Wird ein neuer Block kreiert und validiert, kommt bei Blockchains das Prinzip des Proof-of-Work zum Einsatz. 

Unveränderbarkeit: Wurden Transaktionen einem Block einmal hinzugefügt, können sie nicht mehr verändert werden. Dazu müssten alle im Netzwerk oder die Mehrheit der Miner eine gemeinsame Manipulation planen.

Zu den bereits erwähnten Sicherheitsmerkmalen einer Blockchain gesellen sich auch noch einige weitere Vorteile, weshalb an dem Einsatz von Blockchains immer mehr Unternehmen arbeiten:

• Transparenz & Rückverfolgung: Alle bisher getätigten Transaktionen können öffentlich verfolgt werden.
• Anonymität: Alle Userinnen und User eines Blockchain-Netzes werden nicht namentlich genannt, es erfolgt eine Anonymisierung mittels Code.
• Kostengünstig: Da eine DLT Intermediäre überflüssig macht, reduzieren sich etwaige Kosten wie Verwaltungsgebühren. Je nach Einsatz der Blockchain ergeben sich auch hier ganz unterschiedliche Möglichkeiten der Kostenreduktion.
• Schnelligkeit: Durch den Peer-to-Peer Ansatz können Transaktionen rascher abgewickelt werden. 

Transaktionen wie Finanzdienstleistungen können, Dank der Blockchain, somit nicht nur sicherer, sondern auch günstiger und schneller abgewickelt werden. Die hohe Sicherheit erzeugt außerdem großes Vertrauen und das in einer an sich vertrauensunsicheren Umgebung.

Bei der Auseinandersetzung mit Blockchain wird meist nur auf die Vorteile geachtet. Nichtsdestotrotz bringt die Technologie auch einige Nachteile mit sich. 

Hoher Speicheraufwand

Je größer eine Blockchain wird, umso sicherer wird sie, damit erhöht sich aber auch der Speicheraufwand. Deshalb stellt sich die Frage, wo die Grenze für eine Blockchain liegt und welche Transaktionen darin wirklich sinnvoll gespeichert werden können.

Geringere Performance: Die Performance von Blockchains ist aufgrund der notwendigen Validierung von Transaktionen sowie der laufenden Synchronisierung um vieles geringer als die einer zentralen Datenbank.

Hoher Energieaufwand: Der Konsensmechanismus der Bitcoin-Blockchain klingt gut und notwendig. Er hat aber auch seine Schattenseiten, denn mittlerweile werden riesige Bitcoin-Mining-Farmen gebaut, um eben die Arbeit der Miner zu übernehmen. Dabei wird jedoch so viel Strom benötigt, wie ihn oft ganze Städte an einem Tag verbrauchen. Zudem ist Mining-Equipment in der Anschaffung sehr teuer. 

51% Angriff: Sofern ein Miner oder eine Gruppe von Miner die mehrheitliche Kontrolle (eben 51% oder mehr) über das Blockchain-Netzwerk erlangt, ist es möglich die Blockchain zu verändern. So können Transaktionen beispielsweise rückgängig gemacht werden und auch Coins doppelt (sogenannter Double Spend) ausgegeben werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein 51% Angriff funktioniert ist abhängig von der Größe der Blockchain. Je größer diese ist, umso schwieriger bzw. unmöglicher wird eine 51%-Attacke. 

Aktuell sind Blockchains in aller Munde und liegen voll im Trend, doch was ist wirklich dran an der Zukunft und Anwendbarkeit von Blockchains? Gerade da DLTs transparent und sicher sind schöpfen sie Vertrauen. Dies kann eine zentrale Datenspeicherung und -weitergabe nicht bieten. Genau das ist der Grund, weshalb sich in vielen Sektoren wie im Gesundheitswesen, der Mobilität, bei Nachrichtendiensten, der Energiewirtschaft, aber auch in der Verwaltung von Anwendungsbereichen für die neuartige Technologie finden. 

Bisher werden Blockchains hauptsächlich bei Finanztransaktionen eingesetzt, um Zahlungen direkt zu tätigen. Und zwar ohne Intermediäre wie Banken oder Plattformen. In diesem Bereich ist die Blockchain-Technologie bereits sehr gut entwickelt und hat sich auch bewährt. 

In Blockchains können auch ganz unterschiedliche Informationen gespeichert werden, weshalb sich viele Unternehmen erhoffen, mit dieser Technologie ihren Sektor zu revolutionieren. Da mittels der Blockchain-Technologie Intermediäre überflüssig werden, sehen viele Unternehmen großes Potenzial der Kosteneinsparung und Gewinnmaximierung. Immer mehr Unternehmen testen deshalb, wie sie die Blockchain-Technologie für sich nutzen können. Denn verpassen kann und will natürlich kein Unternehmen etwas. 

Welche Unternehmen nutzen bereits die Blockchain-Technologie? Wir haben einige Beispiele aus den unterschiedlichsten Sektoren herausgesucht: 

Carrefour

Das französische Einzelhandelsunternehmen Carrefour will Kundinnen und Kunden eine größere Transparenz bezüglich des Ursprungs der verkauften Produkte liefern. Dafür scheint eine Blockchain ideal, weshalb Carrefour auch bereits eifrig daran arbeitet diese einzusetzen. Die Produkte werden mit einem QR-Code versehen – so kann die Lieferkette ganz einfach rückverfolgt werden. Das soll auch das Vertrauen der Kundinnen und Kunden in die Produkte von Carrefour steigern. 

FDA (Food and Drug Administration)

Auch die FDA der USA hat ein Blockchain-Pilotprojekt gestartet, um die Lebensmittelverteilung und -sicherheit im Land zu verbessern. Dazu arbeitet die FDA mit drei weiteren Firmen: der KPMG, dem Chemie- und Pharmaunternehmen Merck und dem Einzelhandelsriesen Walmart. Von IBM wird zudem die Blockchain Plattform genutzt. 

Ford 

Auch Ford bietet ein sehr interessantes Beispiel für die Anwendung der Blockchain-Technologie: Ford will, gemeinsam mit IBM, im Rahmen eines Projektes mehr Transparenz über die Materialien, die sie in der Autoproduktion einsetzen, schaffen. Im Speziellen geht es um den Rohstoff Kobalt, der gleich nach dem Abbau getrackt und in die Blockchain-Technologie aufgenommen wird. Ford testet die Blockchain-Technologie auch im Zusammenhang mit Geofencing, um die Luftqualität in Städten zu verbessern. 

DHL 

Auch im Logistikbereich wird die Blockchain-Technologie getestet, mit der Hoffnung diesen Sektor zu revolutionieren. DHL kooperiert dafür mit Accenture, um den globalen Handel zu beschleunigen und diesen zudem mit einem geringen logistischen Aufwand zu versorgen. Aber auch große Einsparungen sind das Ziel, denn durch die Blockchain-Technologie soll jeder Artikel ganz eindeutig identifizierbar sein, dies verhindert die doppelte Einhebung von Zöllen und Einfuhrumsatzsteuern.

Gleichzeitig will DHL auch eine verbesserte Transparenz und Rückverfolgung in der Lieferkette sicherstellen. Erprobt wurde das bereits bei der Lieferung von pharmazeutischen Produkten. Hierfür wurden die Produkte vom Ausgangspunkt bis zum Zielort getrackt, um so nicht nur die Fehlerquote zu reduzieren, sondern auch Manipulationen vorzubeugen.

Shell 

Auch der Ölgigant Royal Dutch Shell investiert in die Blockchain-Technologie. Shell will mit Macquarie Group Limited eine Blockchain für Rohöl schaffen. Die gemeinsam entwickelte Plattform soll neben einer besseren Transparenz auch eine Effizienzsteigerung im Ölhandel bringen. Shell ist aber auch Teil der VAKT-Blockchain, in der auch Konkurrenten wie BP und Equinor involviert sind. Ebenso ist hier das Ziel, die Lieferkette transparenter zu machen. 

Siemens

Siemens möchte mit Hilfe der Blockchain-Technologie Lieferketten digitalisieren, um Produkte der Nahrungs- und Genussmittelindustrie besser rückverfolgen zu können. Die Hintergründe hierfür sind folgende: Produktrückrufe aufgrund von Verunreinigungen, Produktpiraterie und das rasche Reagieren auf Verbrauchertrends. 

Unilever

Unilever setzt die Blockchain für deren Teeindustrie ein, jedoch nicht um finanzielle Transaktionen zu tracken, sondern alle Transaktionen der Lieferkette transparent zu machen. 

VISA

Visa ist bereits vor einigen Jahren auf die Blockchain-Technologie aufgesprungen und hat versucht, diese auf einen Teil ihres Portfolios anzuwenden. So hat Visa eine eigene Blockchain-Plattform gegründet, die B2B Zahlungsleistungen ermöglicht.

Wie die Beispiele zeigen, erhoffen sich viele Unternehmen, dass die Blockchain-Technologie auch für sie von großem Nutzen wird. In welchen Bereichen Blockchains aber tatsächlich langfristig Anwendung finden werden ist noch Zukunftsmusik. 

Mit unserem Online Seminar zum CERTIFIED BLOCKCHAIN PRACTITIONER kannst du mögliche Anwendungsbereiche von Blockchains für deine Businessidee oder Branche kennenlernen.