Das Blockchain-System. Theorien und Anwendungsbereiche

Inhaltsverzeichnis

I. Deckblatt

II. Inhaltsverzeichnis/Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Theorie des Blockchainsystems
2.1 Blockchain
2.2 Der Hash-Baum
2.3 Der Block-Header
2.4 Die Miner
2.5 Proof of Work (PoW)

3. Anwendungsbereiche der Blockchain
3.1 Finanzindustrie
3.2 Automobilbranche
3.3 Versicherungsbranche
3.4 Marketingbranche
3.5 Schwierigkeiten bei der Umsetzung

4. Schlussfolgerung/Fazit

5. Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Hash-Baum

Abbildung 2: Block-Header

1. Einleitung

“The one thing that’s missing, but that will soon be developed (...), a method whereby on the Internet you can transfer funds from A to B, without A knowing B or B knowing A."¹ - Milton Friedman (1999)

Ähnlich der biologischen Evolution werden die Zeitabschnitte zwischen den Entwicklungsschritten des technischen Fortschritts immer kleiner. Der technologische Fortschritt schreitet rasant voran und ist nur ein Puzzelteil der heutigen Megatrends. Unter Megatrends ist ein Modell zu verstehen, welches die Veränderungsdynamiken der Welt beschreibt und dabei helfen soll, diese verständlich und greifbar zu machen. Einer dieser Megatrends ist Satoshi Nakamoto's Kryptowährung Bitcoin. Jeder kennt die virtuelle Währung doch die dahinterstehende Technologie mit Namen Blockchain, welche die eigentliche bahnbrechende Innovation darstellt, ist bisher hauptsächlich in Finanzkreisen ein geläufiger Begriff. Oft wird unterschätzt welches erstaunliche Innovationspotenzial, in den unterschiedlichsten Anwendungsfeldern, hinter dieser Tec-Revolution steckt. In dieser Studienarbeit möchte ich, nach einer anwendungsorientierten Erklärung der Blockchain-Technologie, näher darauf eingehen welche Branchenbereiche bereits durch eine Blockchain verändert wurden oder in Zukunft noch beeinflusst werden können.

2. Theorie des Blockchainsystems

2.1 Blockchain

Die Blockchain ist eine kryptographisch geschützte, globale und irreversible peer-to-peer-verteilte Datenbank (P2P-Netz), in der Veränderungen des Systemzustands blockweise in einer immer länger werdenden Kette gespeichert sind. Diese Daten der Buchhaltung werden in Häppchen verteilt, einem sogenannten Block. Die Blockchain speichert somit die gesamte Historie der Transaktionen in chronologischer Reihenfolge. Bei Bitcoins werden diese Blöcke alle 10 Minuten erneuert und es entsteht ein neuer Block der aus drei verschiedenen Informationsbausteinen besteht. Den Transaktionen, dem „Proof of work" und einem Bezug zum vorherigen Block, mit dem allen Teilnehmern ein mathematisch leicht überprüfbarer Beweis geliefert wird, dass der neue Block auf dem vorherigen Stand der gemeinsamen Buchhaltung basiert (vgl. Platzer, J. 2014, S. 20).² Der „Proof of work", ist das Resultat des Bitcoin-Mining's bei dem es sich um einen Mechanismus handelt, mit dem Bitcoins geschürft werden (vgl. Bogensperger, A. et al. 2018, S. 37).³ Mittels dieser Blockchain lässt sich nicht nur feststellen, wer wie viele Bitcoins besitzt, sondern auch, ob dies überhaupt möglich ist (vgl. Platzer, J. 2014, S. 21).⁴ Jeder Knoten (Nutzer) kann die gesamte Kette von Blöcken in dem P2P-Netzwerk einsehen und verfügt über dieselben Rechte, neue Blöcke zu erzeugen. Auch auf dem Weg verlorene Informationen, z. B. ganze Blöcke, können vom Knoten beim Erhalt des nächsten Blocks rückwirkend angefragt werden (vgl. Nakamoto, S. 2008, S. 4).⁵ Der Vorteil eines solchen Systems von verteilter Verantwortung und Arbeit ist, dass es keinen Single Point of Failure gibt, der verwaltet und kontrolliert werden muss. Dadurch wird die Datenbank, durch die Redundanz, vor einseitiger Manipulation und technischem Ausfall geschützt (vgl. Roßbach, Prof. Dr. Roßbach, P 2016, S. 4).⁶ Aus technischer Sicht ist die Blockchain die niedrigste und grundlegendste der drei Schichten. Das Protokoll befindet sich in der mittleren Schicht direkt über der Blockchain und definiert das gesamte Regelsystem und die Programmiersprache für die Durchführung von Transaktionen in der Blockchain (vgl. Swan, M. 2015, S. 1).⁷ Darüber befindet sich die Anwendung, die Software oder Protokolle verwendet, um in der Blockchain zu zirkulieren. Normalerweise verwendet jede Anwendung das gleiche Namensprotokoll, sie kann jedoch auch mit einer eigenen Blockchain oder einer Blockchain eines Drittanbieters arbeiten (vgl. Bitfury Group & Garzik, J. 2015, S. 6f.).^{8 9 10} Die Autorisierung bei Transaktionen erfolgt durch kryptographische Methoden. So erhält jeder Knoten des Systems einen privaten sowie einen öffentlichen Schlüssel. Wenn ein Knoten einem anderen Netzwerk­Knoten Bitcoins „überweisen“ möchte, läuft dies nicht automatisch ab, sondern wird von den Minern in der Datenbank umgebucht (vgl. Giese et al. 2016, S. 22ff. Tapscott, D., & Tapscott, A.

2016, S. 55).910 Hierbei ist der öffentliche Schlüssel von jedem einsehbar, quasi wie eine Kontonummer, mittels dieser der Knoten identifiziert wird. Der private Schlüssel wird als Signatur verwendet, ähnlich einer Unterschrift, und dient der Vorbeugung einer schadhaften systeminternen Modifikation (vgl. Bitfury Group & Garzik, J. 2015, S. 7).¹¹ Die öffentlichen Schlüssel setzen sich aus einer langen Folge von Zahlen und Buchstaben zusammen, hierdurch kann im P2P-Netz ein hohes Maß an Anonymität gewährleistet werden, solange der Knoten die Verknüpfung von Schlüssel und Identität nicht anderweitig veröffentlicht (vgl. Koenig, A. 2015, S. 120).^{12 13}

2.2 Der Hash-Baum

Jedem Block ist ein Hash zugeordnet und allen Transaktionen, die in dem Block enthalten sind, wird dieser Hash ebenfalls zugewiesen. Der Hash wird im Header des Blocks gespeichert und das gesamte Konstrukt wird als Hash-Baum bezeichnet, der von den Minern verifiziert wird. Sie sind ein grundlegender Bestandteil der Blockchain. Verändert sich eine der Transaktionen ändert sich auch der Wert des gesamten Hash-Baumes und die Verifikation dieser Gruppe von Transaktionen schlägt fehl.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1

2.3 Der Block-Header

Die Blockchain besteht aus einer Reihe von Blöcken, die durch eine spezielle Logik miteinander verknüpft sind. Jeder Block hat einen Header, der folgende Informationen enthält:

1. Hash des vorherigen Blocks.
2. Zeitstempel.
3. Mining- oder Schwierigkeitsgrad.
4. Eine Nonce als Beweis.
5. Ein Root-Hash für den Hash-Baum, der die Transaktionen für diesen Block enthält.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2

2.4 Die Miner

Eine weitere Schlüsselfunktion in der Kette halten die sogenannten „Miner" inne. Dies sind klassische Netzwerk-Nutzer die eine Kontroll- und Buchhaltungsfunktion übernehmen und dafür mit Bitcoins entlohnt werden. Sie sammeln und prüfen alle Transaktionen und fassen diese im Anschluss in der gemeinsamen Buchhaltung, der Blockchain, zusammen (vgl. O’Dwyer, K. J., & Malone, D. 2014 S. 2).^{14 15} Dieser Vorgang wiederholt sich alle 10 Minuten und bringt den im oberen Abschnitt genannten Hash-Baum als Ergebnis hervor (vgl. Platzer, J. 2014, S. 23).¹⁶ Das Mining ist demnach ein Vorgang für die Validierung der, der Blockchain hinzugefügten Transaktionsdatensätze, sowie deren Bestätigung für den Rest des Netzwerks. Der Mining- Vorgang ist extrem komplex und ressourcenintensiv gestealtet, sodass die Anzahl der täglich durch Mining enstehenden Blöcke, konstant bleibt und Spam-Angriffen entgegengewirkt wird (vgl. Mohanty, D. 2018, S. 28).¹⁷ Das Mining kann verschiedenen Modellen oder Mechanismen folgen. Proof of Work war das ursprüngliche Modell.

2.5 Proof of Work (PoW)

Um dem Strom an Tausenden minütlich oder gar sekündlich, entstehenden Blöcken Einhalt zu gebieten, wird dem System ein Mining-Mechanismus hinzufügt, der als Proof of Work bezeichnet wird. Einzelne Blöcke müssen somit einen Proof of Work enthalten, um als gültig angesehen zu werden (vgl. Mohanty, D. 2018, S. 28).¹⁸ Hierbei konkurrieren die Knoten darum, wer den neuen Block hinzufügen „darf1 (Vgl. Habicht, J. 2018).¹⁹ Satoshi Nakamoto beschrieb den Prozess des Proof of Work im Bitcoin Whitepaper wie folgt (Vgl. Nakamoto, S. 2008, S. 3):²⁰

1. Neue Transaktionen werden an alle Knoten geschickt.
2. Jeder Knoten sammelt die neuen Transaktionen in einem Block.
3. Jeder Knoten versucht, die Proof-of-Work-Aufgabe für seinen Block zu lösen, d. h. ein mathematisches Rätsel, dessen Lösung nur per Brute Force gefunden werden kann. Zu diesem Zweck enthält bei dieser Variante jeder Block eine Nonce, d. h. denjenigen Parameter, der im Rahmen des Proof of Work testweise verändert wird, um schließlich den richtigen Hash- Wertebereich zu erhalten (Vgl. Buterin, V. 2016).²¹
4. Sobald ein Knoten die Aufgabe lösen konnte, schickt er seinen Block an alle anderen.
5. Der Block wird von den anderen überprüft und wird nur akzeptiert, wenn die Vorgaben erfüllt sind.
6. Die Akzeptanz drücken die Knoten so aus, dass sie die digitale Signatur dieses Blocks (den Hash-Wert) verwenden, um ihn im nächsten Block als den vorangegangenen zu kennzeichnen.

3. Anwendungsbereiche der Blockchain

Die Einsatzgebiete der Blockchain erweitern sich stetig. Seit Mitte 2014 wird vor allem ein Auge auf die Dezentralisierung von Märkten geworfen, genannt „Blockchain 2.0“ oder auch „Asset Registry“ (in einer öffentlichen Blockchain Güter „registrieren“)“. Möglich ist dies dadurch geworden, dass Bitcoin-Transaktionen eine Notiz angeheftet werden kann. In dieser angehängten Notiz befindet sich eine, dass entsprechende Gut eindeutig identifizierende Referenz, welche ebenfalls in der Blockchain gespeichert wird. So kann die Kryptowährung auch lediglich als Transportwährung für andere Güter genutzt werden (Vgl. Swan, M. 2015, S. 9).²² Diese Güter können z. B. Aktien, Fahrzeuge, Immobilien oder Internet-Domänen etc. sein. Wer den privaten Schlüssel zu den eingetragenen Währungseinheiten besitzt, ist dann auch der Besitzer des registrierten Gutes. Der große Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass sich so Eigentumsregistrierungen dezentral und kostengünstig ausführen lassen und das Auditing vereinfacht wird (Vgl. Moes, A. 2018, S.7).²³ Die größten Vertreter dieser Kategorie sind CoinSpark²⁴, Everledger²⁵ (Diamanten, Schmuck und Bilder) und ProofOfExistence (Dokumentenregistrierung). Die Factom Company²⁶ geht über die simple einmalige Eintragung eines Dokumentenbeweises wie bei ProofOfExistence hinaus und bietet zudem auch die Möglichkeit, diesen zu aktualisieren.

3.1 Finanzindustrie

Allen voran ist die Finanzindustrie, welche die Innovation für Überweisungen oder komplexe Finanzanweisungen verwendet. In dieser Branche wird unter anderem RippleNet²⁷ eingesetzt. Da jede Blockchain für bestimmte Vorgänge optimiert werden kann, haben sich die Entwickler von RippleNet auf die Abwicklung von Finanztransaktionen spezialisiert und somit ein Netzwerk geschaffen, das klassische Herausforderungen in dem Bereich angeht (vgl. CMO Team 2021).²⁸ Im Gegensatz zum klassischen Transaktionssytem der Banken werden Geldanweisungen hierbei in Sekunden oder Minuten abgewickelt und nicht mehr in Tagen, Transaktionsgebühren sind, durch den Ausfall der Kosten von Drittparteien, deutlich niedriger und es gibt keinerlei Ausfälle oder nicht durchgeführte Geldtransaktionen mehr. Die Finanzbranche fokussiert sich unter anderem auf internationale Überweisungen, bei denen im Moment hohe Gebühren anfallen. Durch die verkürzte Abwicklungszeit wird zudem auch das Wechselkursrisiko bei internationalen Transaktionen reduziert (vgl. Prinz, W. et al. 2017, S 27).²⁹ Des Weiteren würde die Implementierung eines Blockchain-basierten Zahlungssystems sowohl die Sicherheit als auch die Privatsphäre erhöhen, auch Push-Prinzip genannt. Das Push-Prinzip würde es Kunden erlauben Transaktionen aktiv zu initiieren jedoch ohne dabei Details wie Name oder Bankdaten preiszugeben (vgl. ebd).³⁰ Viele internationale Bankinstitute wie beispielsweise Santander³¹, UniCredit³², American Express³³ oder MoneyGram³⁴ nutzen die Blockchain Technologie bereits für eine Vielzahl von Anwendungen. Zum einen wird die Blockchain vor allem in die dreifache Buchhaltung implementiert. In diesem Mechanismus durchlaufen die Transaktionen einen Contract in Echtzeit (vgl. ebd),³⁵ dieser Vorgang wird von einem Drittanbieter verwaltet, mit dem sich beide Parteien verbinden und dem sie zustimmen (vgl. Mohanty, D. 2018, S. 28).³⁶ Dabei werden vor allem Vorgänge wie die Kontoführung, Anlagetransfers, Steuererklärung, Vertragsabschlüsse etc. beschleunigt. In der Finanzwirtschaft wird insbesondere großes Potenzial im Bereich der Wertpapiertransaktionen gesehen. Hierbei werden die Kosten, Abwicklungszeit und die Komplexität in der Transaktionsabwicklung reduziert da die beteiligten Parteien direkt miteinander interagieren. Die Transaktion selbst ist in diesem Fall die Eingangsbestätigung und Daten können gemeinsam genutzt werden, somit sparen Unternehmen die Kosten einer doppelten Buchhaltung ein. Dies hat zu Folge, dass sowohl das Alltagsgeschäft, wie auch das Konkurrenzrisiko vermindert wird, wodurch sich wiederum auch die Eigenkapitalanforderungen für Banken verringern könnten. Die Implementierung der Blockchain verhindert die Manipulation besagter Transaktionen und ist demnach Betrugs sicher und erzwingt Ehrlichkeit. Sie ermöglicht darüber hinaus, in Verbindung mit

[...]

¹ Vgl. Friedman, M. (1999). Milton Friedman Full Interview on Anti-Trust and Tech.

² Vgl. Platzer, J. (2014). Bitcoin kurz & gut: Banking ohne Banken, S. 20

³ Vgl. Bogensperger, A., Zeiselmair, A., & Hinterstocker, M. (2018). Die BlockchainTechnologie, S. 37

⁴ Vgl, Platzer, J. (2014). Bitcoin kurz & gut: Banking ohne Banken, S. 21

⁵ Vgl. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin A Peer-to-Peer Electronic Cash System, S. 4.

⁶ Vgl. Roßbach, Prof. Dr. Roßbach, P. (2016). Blockchain-Technologien und ihre Implikationen, Teil 1, S. 4.

⁷ Vgl. Swan, M. (2015). Blockchain Blueprint for a New Economy, S. 1.

⁸ Vgl. Vgl. Swan, M. (2015). Blockchain: Blueprint for a New Economy, S. 2.

⁹ Vgl. Giese et al. (2016). Die Blockchain Bibel - DNA einer evolutionären Technolgie, S. 22ff.

¹⁰ Vgl. Tapscott, D., & Tapscott, A. (2016). Die Blockchain-Revolution, S. 55.

¹¹ Vgl. Bitfury Group & Garzik, J. (2015). Public versus Private Blockchains Part 1 Permissioned Blockchains White Pape, S. 7.

¹² Vgl. Koenig, A. (2015). A beginners guide to Bitcoin and Austrian economics, S. 120.

¹³ Vgl. Dr. Becher, V. (2018). So funktioniert die Blockchain.

¹⁴ Vgl. Mohanty, D. (2018). Blockchain für Manager So nutzen Sie die revolutionäre Technik für Ihr Business,

¹⁵ Vgl. O’Dwyer, K. J., & Malone, D. (2014). Bitcoin mining and its energy footprint, S. 2.

¹⁶ Vgl. Platzer, J. (2014). Bitcoin kurz & gut: Banking ohne Banken, S. 23

¹⁷ Vgl. Mohanty, D. (2018). Blockchain für Manager So nutzen Sie die revolutionäre Technik für Ihr Business, S. 28

¹⁸ Vgl. Mohanty, D. (2018). Blockchain für Manager So nutzen Sie die revolutionäre Technik für Ihr Business, S. 28

¹⁹ Vgl. Habicht, J. (2018). Wie entsteht Konsens auf einer Blockchain?—PoW, PoS, DPoS.

²⁰ Vgl. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin A Peer-to-Peer Electronic Cash System, S. 3.

²¹ Vgl. Buterin, V. (2016). Ethereum Whitepaper.

²² Vgl. Swan, M. (2015). Blockchain: Blueprint for a New Economy, S. 9.

²³ Vgl. Moes, A. (2018). Cryptotechnologies: Improving regulatory compliance, S.7.

²⁴ Vgl. http://coinspark.org

²⁵ Vgl. http://www.everledger.io

²⁶ Vgl. https://www.factom.com/

²⁷ Vgl. Ripple Labs Inc. (2019). Ripple Benefits.

²⁸ Vgl. CMO Team (2021). Wie die Blockchain funktioniert und wo ihr Potenzial für Marketing liegt: Adobe.

²⁹ Vgl. Prinz, W. et al. (2017). Blockchain und Smart Contracts Technologien, Forschungsfragen und Anwendungen, S.27

³⁰ Vgl. Prinz, W. et al. (2017). Blockchain und Smart Contracts Technologien, Forschungsfragen und Anwendungen, S.28

³¹ Vgl. BM. (2019). Santander: Auf Blockchain-Technologie basierende Anleihe.

³² Vgl. UniCredit (2019). UniCredit successfully completes first transaction in Italy via we.trade blockchain platform.

³³ Vgl. Faden, M. (2019). Blockchain for Everything, Including B2B Payments?

³⁴ Vgl. Wood, M. (2019). Ripple to partner with MoneyGram for blockchain payments.

³⁵ Vgl. Prinz, W. et al. (2017). Blockchain und Smart Contracts Technologien, Forschungsfragen und Anwendungen, S.28

³⁶ Vgl. Mohanty, D. (2018). Blockchain für Manager So nutzen Sie die revolutionäre Technik für Ihr Business, S. 28