Funktionsweise und Herausforderungen der Blockchain-Technologie am Beispiel der Kryptowährung Bitcoin

1 Einleitung

Unabhängigkeit von Finanzdienstleistern oder -Institutionen wird bereits seit langer Zeit als wünschenswert betrachtet. Bisher musste man um effektiv mit dem eigenen Geld handeln zu können dieses einer dritten Partei anvertrauen - al- so zum Beispiel einer Bank. Die beiden Parteien, also Sender und Empfänger des Geldes, mussten in diesem Falle der dritten Partei vertrauen. Dies war die Basis des Geldtransfers durch finanzielle Institutionen. Bei diesem Modell existiert das Geld nicht unbedingt immer real, sondern kann auch lediglich in Form von digita- len Werten oder wie in früheren Zeiten Einträgen in einem Transaktionsbuch vor- liegen. Somit klassifiziert sich das Geld in diesem Falle als ”Giralgeld”.¹ Ähnlich verhält es sich bei elektronischen Währungen. Auch hier existiert das Geld nicht als physischer, sondern lediglich digitaler Wert. Im Jahre 2009 veröffentlichte Satoshi Nakamoto² sein Paper mit dem Titel ”Bitcoin:APeer-to-PeerElectro- nic Cash System”.³ Somit begann die Ära des Bitcoin. Als Grundlage diente die Blockchain, welche mittlerweile als autarke Technologie auch für andere Zwe- cke eingesetzt werden kann und wird.⁴ Mithilfe dieser sollte es möglich werden, Transaktionen über ein Peer-to-Peer Netzwerk durchzuführen, ohne dabei einer dritten Partei vertrauen zu müssen. Bitcoin sollte die bisher scheinbar unver- meidbaren Probleme des klassischen Bankenmodells lösen und sich damit zur Währung der Zukunft etablieren. Aus rein konzeptioneller Perspektive betrach- tet handelt es sich hierbei um ein umsetzbares Konstrukt. Welche Herausforde- rungen allerdings aufgrund der technischen Beschaffenheit der Blockchain noch auftreten würden, war zu diesem Zeitpunkt noch nicht klar. Auch war nicht be- kannt, welche Auswirkungen diese auf das gesamte Konzept der Kryptowährung haben könnten. Dies näher zu erörtern ist Ziel dieses Papers.

2 Kryptowährung: Das Konzept am Beispiel Bitcoin

Bitcoin sollte als Währung die Notwendigkeit einer dritten, vertrauenswürdigen Partei abschaffen und somit die Transaktion nicht mehr auf Vertrauen, sondern dem zugrunde liegenden Protokoll und damit kryptographischen Beweisen⁵ ba- sieren lassen. Des Weiteren sollte sie unumkehrbare Transaktionen ermöglichen, was beim bisherigen Bankenmodell nicht möglich war. Nakamoto nennt auch noch eine Reihe weiterer Nachteile des klassischen Modells, die durch Bitcoin beziehungsweise die zugrunde liegende Technologie Blockchain vermieden wer- den sollen.⁶ Dazu zählen:

- Die bereits genannte Umkehrbarkeit von Transaktionen, aufgrund der Ver- antwortung der Finanzdienstleister bei Konflikten zu vermitteln.
- Aufgrund der Konfliktlösungskosten höhere Geb ü hren f ü r Transaktionen. Damit einher geht die Verkleinerung der minimalen praktikablen Transakti- onsgröße.
- Die Möglichkeit des Betrugs, welcher in Teilen als unvermeidbar angesehen wird.

Unumkehrbare Transaktionen sollen Verkäufer vor Betrug schützen. Erreicht wird dies durch einen verteilten Peer-to-Peer Timestamp-Server⁷, der den rechnerischen Beweis der chronologischen Reihenfolge der Transaktionen generiert.⁸ Die Sicherheit des Systems wird dabei nach Nakamoto von denen bestimmt, die am meisten kollektive Rechenkraft aufweisen können:

”The system is secure as long as honest nodes collectively control more CPU power than any cooperating group of attacker nodes.”⁹

Zusammenfassend lässt sich die Funktion der Blockchain folgendermaßen beschreiben: Sie ermöglicht zweien gleichermaßen gegenseitig unbekannten Parteien gesichert Transaktionen durchzuführen, ohne sich dabei auf einen zentralen, vertrauenswürdigen Mittelmann verlassen zu müssen.¹⁰

3 Technische Grundlagen

Die Essenz jeder Kryptowährung ist die Kombination aus Kryptografie und de- zentralem Netzwerk. Zusätzlich besitzt jede Währung eine bestimmte Art an Tauschwert: Dies können zum Beispiel Münzen oder Geldscheine sein. Bei Kryp- towährungen wird nicht mit physischen Gegenständen, sondern mit kryptografi- schen Schlüsseln gehandelt. Die Rolle der Buchhaltung übernimmt in diesem Mo- dell die Blockchain.¹¹ Andere Rollen und ihre Substitute bei Kryptowährungen sind¹²:

- Buchhaltung - wie bereits erwähnt ersetzt durch die Blockchain
- Ausgeben neuer Einheiten der W ä hrung durch Institution - ersetzt durch Mining¹³
- Konto - ersetzt durch die sogenannte ”WalletSoftware”¹⁴

Die Blockchain selbst beinhaltet Informationen zu allen Transaktionen, die seit Beginn durchgeführt wurden. Außerdem handelt es sich nicht um eine zentrale Speicherung, sondern um eine dezentrale Führung - sprich alle Beteiligten besitzen ein übereinstimmendes Duplikat.¹⁵

3.1 Das dezentrale Netzwerk

Es wurde nun schon mehrfach erwähnt, dass die zugrunde liegende Technik ein dezentrales Netzwerk verwendet. Konkret bedeutet dies, dass keine zentrale, ver- trauenswürdige Einheit den Kern des Netzwerks bildet, sondern der Transfer Peer-to-Peer, also von Netzwerkteilnehmer zu Netzwerkteilnehmer geschieht.¹⁶ Dieses Modell widerspricht dem bisher bekannten Modell, auf dessen Art Netz- werke aufgebaut wurden und bis heute auch noch werden. Dies erkannte bereits Voshmgir:

”[...][Es] werden die meisten Daten weiterhin zentral gespeichert und im Client-Server Prinzip gesichert, verarbeitet und abgefragt.”¹⁷

Das Modell des dezentralen Netzwerks erreicht für unsere Einsatzzwecke der Blockchain ein weiteres anzustrebendes Ziel: Die Blockchain wird dadurch gesi- chert vor Fälschungen.¹⁸ An Abbildung 3.1 lässt sich der Unterschied zwischen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1. Schematischer Vergleich zwischen einem zentralen und dezentralen Netz- werk (Quelle: http://www.cryptocoin20.com/whitepaper/de/decentralized.html/, zuletzt aufgerufen am 28.08.2017 um 15:26 Uhr)

dezentralem und zentralem Netzwerk grafisch erkennen. Auf der Seite des zen- tralen Netzwerks (linke Hälfte der Grafik) ist zu erkennen, dass hier jegliche Kommunikation der einzelnen Netzteilnehmer durch den Knotenpunkt bzw. die zentrale Vermittlungsstelle geschehen muss. Im Peer-to-Peer Netzwerk (rechte Hälfte der Grafik) hingegen existiert ein solcher Knotenpunkt nicht, sodass die Kommunikation durch die einzelnen Netzteilnehmer selbst geschehen muss.

Die Fälschungssicherheit wird durch den automatisierten Vergleich der einzelnen Instanzen der Blockchain der einzelnen Netzteilnehmer erreicht. Besteht hier bei einem Netzteilnehmer eine Diskrepanz, erlischt seine Zugehörigkeit zum Netz- werk.¹⁹

3.2 Die Blockchain

Basis der Blockchain sind die sogenannten Transaktionen. Dies beschränkt sich nicht auf finanzielle Werte, sondern kann einen beliebigen hierdurch transfe- rierbaren Wert repräsentieren. Um die Funktionsweise einer solchen Transakti- on zu verstehen, wird hier Grafik 3.2 zu Hilfe gezogen.

[...]

¹ Vgl. Sc2016, S.4

² Pseudonym, realer Name unbekannt

³ Vgl. SpHeBrTh2016, S.5

⁴ Vgl. Ebd.

⁵ Vgl. Na2009, S.1

⁶ Vgl. Ebd.

⁷ Wird in Kapitel 3.2 näher eläutert

⁸ Vgl. Ebd.

⁹ Na2009, S.1

¹⁰ Vgl. KoMiShWe2016, S.839

¹¹ Vgl. SpHeBrTh2016, S.6

¹² Vgl. Ebd., S.7

¹³ Wird in Kapitel 3.2 näher erläutert

¹⁴ Software zum Speichern der kryptografischen Schlüssel

¹⁵ Vgl. Sc2016, S.4

¹⁶ Vgl. Vo2016, S.9

¹⁷ Vo2016, S.9

¹⁸ Vgl. Ebd.

¹⁹ Vgl. Ebd.