Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
1. Grundlagen der Blockchain
2. Funktionsweise eines Blockchain-Systems anhand des Beispiels WhatsApp
3. Funktionsweise eines Blockchain-Systems anhand des Beispiels Bitcoin
3.1 Bitcoin Wallet
3.2 Bitcoin Mining
4. Chancen und Risiken von Blockchain
5. Ausblick
5.1 InternetofThings
5.2 Finanzsektor
5.3 Smart Contracts
6. Fazit
7. Literaturverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1 : Basis Konzept eines Blockchains (The Bitcoin Foundation, 2016)
Abbildung 2 : Eigene Darstellung einer Konversation überWhatsApp
Abbildung 3 : ProofofWork Chain (Nagamoto, 2008)
Abbildung 4 : Gartners Erwartungskurve für neue Technologien (Gartner, 2016)
Abbildung 5 : Rolle der Endgeräte bei Dienstleistungen (Khan, 2018)
Abbildung 6 : Abbildung einerTransaktion zwischen zwei Endgeräten (Khan, 2018)
1. Grundlagen der Blockchain
Im folgenden Kapitel wird ein Überblick über wesentliche technische und konzeptionelle Grundlagen der Blockchain dargestellt. Nachdem die allgemeine Definition der Blockchain erklärt wird, wird die allgemeine Funktionsweise näher beleuchtet.
Die Blockchain ist generell eine neue Technologie, deshalb hat sich bisher noch keine einheitliche Definition durchgesetzt. Der Blockchain ist ein sogenanntes ,distributed Ledger1-eine Datenbank (Swan, 2015), welche (finanzielle) Transaktionen beinhaltet und dezentral über alle Computer läuft, welche die jeweilige Blockchain Software installiert haben. Die Motivation die Software am eigenen Computer laufen zu lassen - ein Prozess, welcher ,mining‘ oder .minting' heißt - ist ein finanzieller Vorteil verteilt auf alle teilnehmenden ,Miner‘. Der Begriff des Miners und dessen Aufgaben werden in den anschließenden Kapiteln näher beschrieben.
Alle Transaktionen, welche gemacht wurden, werden von einem teilnehmenden Knoten (z.B. Computer) im Netzwerk der Blockchain Software durchgeführt und werden wegen Datenintegrität anschließend an alle anderen Knoten weitergegeben. Bei bestimmten Intervallen, z.B. ungefähr zehn Minuten im Fall von Bitcoin, wird eine Teilmenge von allen schwebenden Transaktionen zusammengefasst und in einem neuen Block linear und chronologisch umgewandelt (Swan, 2015). Im Falle, dass nicht alle Transaktionen in einem neuen Block passen, bevorzugen Miner Transaktionen mit einem höheren Transaktionswert. Der neue Block beinhaltet die Referenz des Bezeichners von dem letzten hinzugefügten Block und seines Eigenen, damit der nächste Block sich aufdem vorherigen beziehen kann. Die daraus resultierende Liste wird in dem darunter gezeigten Bild dargestellt (siehe Abbildung 1).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1 : Basis Konzept eines Blockchains (The Bitcoin Foundation, 2016)
2. Funktionsweise eines Blockchain-Systems anhand des Beispiels WhatsApp
Bevor näher auf die Funktionsweise anhand des Beispiels Bitcoin eingegangen wird, wird zuerst der heutige Prozess der Kommunikation dargestellt. Nehmen wir an, dass ich eine Nachricht per WhatsApp (Instant-Messaging-Dienst) an eine andere Person senden will. Meine Nachricht wird von mir eingetippt und nachdem ich auf dem Button „Senden“ geklickt habe, wird diese an den zentralen Server von WhatsApp gesendet. Dort wird sie verarbeitet, gespeichert und erst dann wird die Nachricht weiter an den Empfänger gesendet - zentrales Computer Netzwerk. Diese Variante der Kommunikation ist anfangs keine negative, jedoch hat das Blockhain System sich die negativen Gesichtspunkte des zentralen Computer Netzwerks als Identifikator ihres Systems gemacht, um diese zu verbessern. Negative Aspekte eines zentralen Computer Netzwerks sind auf Dauer nicht sicher und vertrauenswürdig. Ein zentrales System kann sich nicht dauerhaft von Cyper-Attacken schützen und so garantieren, dass die Daten lediglich autorisierten Personen zurVerfügung stehen.
Nun wird der innovative Kommunikationsweg mit dem System der Blockchain näher erläutert (siehe Abbildung 2).
Man sendet über dem Instant-Messaging Dienst WhatsApp eine Nachricht an eine Person und diese Nachricht wird nicht mehr an einem zentralen Server gesendet, sondern an ein Netzwerk aus unabhängigen Computern, welche überall auf der Welt verstreut sein können. Diese können jedem einzelnen Menschen auf der Welt gehören. Jeder Computer übernimmt einen Anteil zum Versenden der Nachricht und niemand kann Zugriff auf den kompletten Teil der Nachricht haben, sondern kann maximal Bruchstücke der Nachrichten abfangen. Dieses Konzept nennt man dezentrales Netzwerk und ist der Hintergedanke der Blockchain.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2 : Eigene Darstellung einerKonversation über WhatsApp
3. Funktionsweise eines Blockchain-Systems anhand des Beispiels Bitcoin
Wenn man die Nachrichten liest, neue Blockeinträge im Internet durchstöbert oder sich über die neuesten Ausgaben der Techniknewsletter informiert, kommt man um den Begriff Bitcoin nicht herum. Um den Begriff Blockchain anhand eines Beispiels näher betrachten zu können, widmet sich das folgende Kapitel über Bitcoin mit der Funktionsweise des Blockchains.
Bitcoin ist im Generellen ein digitales Geld, welches durch die Technologie der Blockchain betrieben wird. Laut Nakamoto (2008) ist Bitcoin eine ,peer-to-peer‘ Verbindung von elektronischem Geld, welches erlaubt, dass man Zahlungen online direkt von einer Person zur Anderen sendet, ohne eine dritte Partie, wie PayPal oder einer Bank, zu benötigen. Bitcoin Blockchain ist eine dezentrale organisierte Datenbank, welche von mehreren Personen betrieben wird. In der dezentralen Datenbank sind alle bisherigen Transaktionen in "verketteten" Blöcken dokumentiert. Neue Transaktionen werden in neuen Blöcken hinzugefügt. In der Sprache der Buchhalter wäre die Blockchain das offene Hauptbuch (engl.: Open ledger) in einem gigantischen Buchhaltungssystem. Allerdings sind die Informationen im Fall der Blockchain eben nicht zentral abgelegt, sondern werden redundant auf allen Knoten (z.B. Computer) der Kette gehalten.
Die dezentrale Datenbank der Bitcoins wird von den teilnehmenden Personen der Gemeinschaft anhand des zugehörigen Protokolls verwaltet und tätigen Bitcoin- Transaktionen. Man gehört als Person, welche eine Transaktion tätigt oder versendet, dem Netzwerk an und kann deshalb nachverfolgen, welcher Wert von Bitcoins von welcher Position zur Anderen gesendet wurde. Die Personen, welche die Transaktionen tätigen bleiben jedoch anonym und können nicht nachverfolgt werden. Für die Registrierung zum Tätigen von Transaktionen werden keine privaten Parameter benötigt.
Die so genannten Miner betreiben und sichern das Bitcoin-Netzwerk, indem sie mehrere Transaktionen zusammenfassen und validieren. Neue Transaktionen werden in einem neuen Block dokumentiert und an das Ende der Kette angehängt. Mit jedem neuen Block aktualisiert sich die Kette auf jedem Knoten im Blockchain-Netz. Damit verfügt jeder Teilnehmer des Netzwerks über die gleichen Informationen und Voraussetzungen, um am System teilzunehmen und neue Informationen für jeden öffentlich darzustellen (Dai, 1998).
Miner kann grundsätzlich jeder sein, der die quelloffene Bitcoin Software herunterlädt und seine Rechnerkapazität zur Verfügung stellt. Jedoch gibt es geographische Vorteile in gewissen Ländern. Da ein Miner sehr viele Rechner und Prozessoren benötigt, um komplexe mathematischen Aufgaben zu lösen, sind die Strompreise enorm. In Deutschland beispielsweise kostet im Jahr 2018 eine Kilowattstunde (kWh) 29,42 Cent (Stromvergleich ,2018), wohingegen in Island eine kWh lediglich 10,5 Cent (Andreas, 2012) kostet. Durch diesen hohen Unterschied an Stromkosten lohnt es sich nicht, in Deutschland als Miner tätig zu sein. Neben Island als beliebter Ort für Miner ist ebenfalls China sehr populär für das Betreiben von Rechenhallen. Im Allgemeinen kann man sagen, dass das ,minen‘ von Bitcoins pro Jahr ca. 29 Terawattstunden (TWh) verbraucht und damit im Vergleich zu anderen 159 Ländern mehr Strom verbraucht als das Land selbst (Misiak ,2017).
3.1 Bitcoin Wallet
Durch die digitale „Geldbörse“, (engl.: virtual Wallet) können Konten der Bitcoin verwaltet und administriert werden. Eine Bitcoin Wallet dient vorrangig zum Senden und Empfangen von Bitcoins. Die Wallet generiert ein Schlüsselpaar, bestehend aus zwei Schlüssel:
- einem öffentlichen Schlüssel
- einem privaten Schlüssel.
Der öffentliche Schlüssel (engl.: Public Key) wird in eine öffentliche Adresse umgewandelt - die für jeden einsehbare "Kontonummer". Der private Schlüssel (engl.: Private Key) wird nicht dem Netzwerk bereitgestellt. Er ist Teil einer digitalen Unterschrift, mit der jede Transaktion zu signieren ist. Es ist fast nicht lösbar, was der mögliche Schlüssel sein kann, da es eine enorm hohe Zahl von verschiedenen, möglichen Schlüsseln gibt.
Eine Bitcoin-Überweisung benötigt:
- Bitcoins senden und empfangen
- Nachrichtsignatur, um den Adressbesitzer zu bestätigen
- Bitcoin Wallet mit einem Passwort verschlüsseln
- die privaten Schlüssel sichern und verwalten
- Adressen in einem Adressbuch speichern
Informationen wie Adresse, Geburtsdatum, Familienname, Nummer der Karte sind nicht relevant für das Versenden von Bitcoins. Es benötigt hierbei keinen Mittels-Mann fürdas Abwickeln derTransaktionen (z.B. Banken, PayPal).
3.2 Bitcoin Mining
Neue generierte Transaktionen werden mit der Hilfe von den Minern an die bestehende Blockchain Blöcke angehängt. Um einen neuen Block zu erzeugen, werden die Überweisungen von den Miner in einem gewissen Zeitraum zusammengefasst. Der neu entstandene Block wird über ein spezielles Konsensverfahren geschaffen. Im Falle der Bitcoin Blockchain muss für die Erzeugung des neuen Blocks eine mathematische, kryptografische Aufgabe gelöst werden. Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten, wie man diese Aufgabe löst. Die meist verwendete Funktion ist die Hash-Funktion SHA-256 an (Nagamoto, 2008).
Für die Aufgabe dienen die folgenden drei Größen als Input:
- der Previous Hash (256 Bit): Der Kontaktpunkt für den momentanen Block
- die Merkle Root: Dabei werden die einzelnen Transaktionen solange paarweise zu einem neuen Hash gebündelt, bis es nicht mehr weiter geht. Diese oberste Ebene nennt man Root-Hash. Dieser Root-Hash wiederum ist ein notwendiger Bestandteil, um die Blockchain fortzuführen. Kleinste Änderungen in der Hash- Historie ändern dabei den Wert des Root-Hash
- die Nonce: um eine Zahlen- oder Buchstabenkombination zu bezeichnen, die nur ein einziges Mal in dem jeweiligen Kontext verwendet wird. (Variable, nach welcher die Aufgabe aufgelöst werden muss)
Die genannten Inputgrößen werden in dem unten gezeigten Bild illustriert (siehe Abbildung 3).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3 : Proof of Work Chain (Nagamoto, 2008)
Output muss laut Bitcoin-Protokoll ein neuer Hash sein, bei dem die ersten 17 Bits mit Nullen belegt sind. Dieser neue Hash ist nur zu finden, indem die Miner-Rechner so lange herumprobieren und immer wieder die Nonce austauschen, bis die Aufgabe gelöst ist. Dieses ausgesprochen rechenintensive Konsensverfahren wird "Proof-of- Work" (PoW) genannt. Der Proof-of-Work Mechanismus ist eine Form der sogenannten Konsens-Mechanismen, um im Netzwerk einen Konsens zu erzielen und sich gemeinsam auf eine identische Version der Blockchain zu einigen (Becker et al., 2013).
Das Durchführen eines Proof-of-Work Mechanismus bzw. das Berechnen der Ergebnisse bezeichnet man im Kontext von Blockchains als „Mining“. Die Miner versuchen dabei, durch milliardenfache Ausführung von Rechenoperationen, ein Ergebnis mit bestimmten Eigenschaften zu finden.
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