Bitcoin Blockchain

Bitcoin und Blockchain – Zukunftstechnologie oder Fintech-Hype?

Die Blockchain ist in aller Munde und wird als revolutionäres Allheilmittel für die verschiedensten Probleme angepriesen. Deshalb lohnt es sich, das Thema etwas genauer zu betrachten.

Bitcoin – eine rein digitale Währung

Ihren Ursprung hat die Idee der Blockchain bei der digitalen Währung Bitcoin. Trotz des experimentellen Charakters der Währung wird das gesamte Bitcoin-Aufkommen aktuell mit mehr als 16 Milliarden US-Dollar bewertet.

Der Besitz von Bitcoins wird in einem verteilten Netzwerk verwaltet, über das keiner der Beteiligten die alleinige Kontrolle besitzt. Dabei muss sichergestellt sein, dass nur der Besitzer eines Bitcoins diesen auch ausgeben kann. Deshalb signiert der Besitzer, der ein Bitcoin ausgibt, die Transaktion, um ihre Rechtmäßigkeit zu bestätigen. So lange seine Kontrolle über die persönlichen kryptographischen Schlüssel (die „Wallets“) gesichert ist, kann nur der Besitzer ein Bitcoin ausgeben.

Darüber hinaus darf es nicht möglich sein, dass derselbe Bitcoin vom selben Besitzer mehrmals ausgegeben wird. Um dies zu verhindern, muss sichergestellt werden, dass alle Bitcoin-Transaktionen in der korrekten Reihenfolge abgearbeitet und mit der bisherigen Transaktionshistorie abgeglichen werden. Ein Bitcoin kann nur an einen neuen Besitzer übertragen werden, nachdem derjenige, der sie ausgibt, sie vorher erhalten hat und nur dann, falls sie nicht vorher schon ausgegeben wurde.

Das gesamte Bitcoin-Netzwerk funktioniert ohne Zentralinstanz. Stattdessen prüfen Knoten namens „Miner“, die ein wesentlicher Bestandteil des Bitcoin-Netzwerks sind, die Transaktionen und führen jeweils unabhängig voneinander eine Transaktionshistorie, welche sämtliche Bitcoin-Transaktionen der Vergangenheit enthält. Miner, die sich nicht an die Regeln für gültige Transaktionen halten, werden von anderen Minern überstimmt, wodurch die Integrität der Daten gewahrt bleibt. Gleichzeitig können Miner unter Verwendung von sehr viel Rechenleistung auch neue Bitcoins erzeugen. Die Schwierigkeit der Geldschöpfung erhöht sich zunehmend, je mehr Rechenleistung im Netz verfügbar ist. Eine Erklärung des genauen Mechanismus der Geldschöpfung und seiner Verknüpfung mit dem Beglaubigen von Transaktionen würde hier den Rahmen sprengen. Er ist aber auch von Bedeutung, um eine Kontrolle des Netzwerkes durch einen einzelnen Akteur unpraktikabel zu machen sowie einen Konsens über die jeweils aktuellste Version des Transaktionsprotokolls herzustellen und dadurch die Integrität des Gesamtsystems sicherzustellen.

Insgesamt gibt es vier Funktionen im Bitcoin-Netzwerk, die auf verschiedene Systeme verteilt werden können:

  • Wallets enthalten kryptographische Schlüssel, die ein Besitzer benötigt, um Transaktionen für die von ihm kontrollierten Bitcoins zu bestätigen.
  • Routing Nodes ermöglichen die Kommunikation zwischen den Teilnehmern des Netzwerks.
  • Miner beglaubigen Transaktionen und schöpfen gleichzeitig neue Währung. Heutzutage werden aufgrund des benötigten Rechen- und Energiebedarfs praktisch nur noch Spezialsysteme mit genau für diesen Zweck entworfenen Schaltkreisen (ASICS) verwendet.
  • Datenbank-Knoten speichern die Transaktionshistorie.

Letztlich dient das Bitcoin-Netzwerk nur einem Zweck: einer dezentralen Speicherung und kryptographisch abgesicherten Fortschreibung der gesamten Transaktionshistorie des Zahlungssystems. Dies erfolgt auf eine Weise, bei der die einzelnen Systeme einander nicht vertrauen müssen. Die gespeicherte Transaktionshistorie heißt „Blockchain“.

Blockchain – ein revisionssicheres, dezentrales Transaktionssystem

Eine Blockchain ist nichts anderes als ein revisionssicherer Transaktionsmechanismus, der in einem dezentralen Netzwerk verwaltet wird, dessen Teilnehmer einander nicht vertrauen müssen. Das Blockchain-System speichert die Historie aller Bitcoin-Transaktionen, aus der sich auch die gegenwärtigen Besitzverhältnisse ableiten lassen.

Die Vertrauenswürdigkeit der Daten wird dadurch garantiert, dass alle beteiligten Knoten des Netzwerks die Transaktionshistorie untereinander abgleichen und eigene Kopien dieser Historie führen, wobei der Mining-Mechanismus mit seinem Bedarf an enormer Rechenleistung es unsinnig macht, die Transaktionshistorie in realistischer Form zu fälschen.

Prinzipiell lässt sich eine Blockchain zur manipulationssicheren Speicherung beliebiger anderer Daten anwenden. Beispielsweise könnte auf diese Weise auch der Besitz anderer Güter – zum Beispiel in Form eines elektronisch geführten Grundbuchs – abgebildet werden. Weitere denkbare Anwendungsfälle sind die revisionssichere Speicherung zum Nachweis des Zeitraums von patentwürdigen Erfindungen oder des Kilometerverlaufs von Fahrzeugen – wobei hier die Probleme durch eine öffentlich sichtbare Speicherung der Informationen zu beachten sind.

Smart Contracts

Smart Contracts bezeichnen die Idee, dass Verträge in automatisch ausführbare Regeln überführt werden. Diese Regeln können dann automatisch verarbeitet werden.

Wenn diese Idee mit einer Blockchain kombiniert wird, können nicht nur einfache Transaktionen, sondern auch komplexe Algorithmen von einem Auftraggeber an eine dezentrale Umgebung übergeben und dort ausgeführt werden. Dadurch können beispielsweise vertraglich vereinbarte Zahlungen, situationsabhängige Gewinnbeteiligungen, Nutzungsgebühren für die Nutzung von Ressourcen und ähnliches ohne Mittelsmänner vereinbart werden.

Dabei ist jedoch zu beachten, dass die programmierten Regeln des Smart Contracts das Verhalten bestimmen und nicht die Absicht, die hinter dem Vertrag stand. Der Vertrag wird automatisch anhand der programmierten Regeln ausgeführt, ohne dass es eine Möglichkeit gäbe, dies nachträglich noch zu verhindern, sobald der Vertrag einmal in die dezentrale Blockchain aufgenommen wurde.

Aktuelle Grenzen der Technologie

Gerade die gegenseitige Validierung der kryptographischen Daten zwischen den verschiedenen Minern und insbesondere die zusätzlichen rechenintensiven Aufgaben, die Miner innerhalb des Bitcoin-Netzwerks lösen müssen, um unter anderem eine einseitige Dominanz des Netzwerkes zu verhindern, machen Bitcoin enorm resourcen- und damit energieintensiv. Dies hat dazu geführt, dass die mittlere Verarbeitungszeit des Netzwerks für eine Transaktion in den letzten Jahren angestiegen ist und sich zwischen 20 Minuten und 2 Stunden bewegt.

Dies führt dazu, dass ein Großteil der Transaktionen mittlerweile indirekt über Bitcoin-Börsen abgewickelt wird, die aber nicht dieselben Garantien wie eine direkte Verwendung der Blockchain bieten.

Alternative Ansätze, die weniger Rechenleistung einsetzen und trotzdem einen Konsens über die Gültigkeit der Blockchain erzeugen sollen, werden diskutiert, stecken allerdings noch in den Kinderschuhen.

Darüber hinaus ist die Menge an Transaktionen, die das Bitcoin-Netzwerk abwickeln kann, aktuell begrenzt. Dies ist kein grundlegendes Problem der Blockchain und durch eine Vergrößerung der Datenstrukturen könnte dies geändert werden. Aber dafür ist ein Konsens aller Beteiligten des Bitcoin-Netzwerkes erforderlich, andernfalls droht das Bitcoin-Netzwerk in zwei Teile und damit in zwei inkompatible Teilwährungen zu zerbrechen. Das Problem ist seit Jahren ungelöst und derzeit wird gerade wieder über eine mögliche Spaltung diskutiert, falls ein vollständiger Konsens nicht hergestellt werden kann; kleinere Krypto-Währungen wie Etherium haben derartige Spaltungen aufgrund von nachträglich erforderlichen technischen Anpassungen schon hinter sich.

Ob es wirklich zu einer Spaltung des Bitcoin-Systems kommen wird, ist eher fraglich. Die Diskussion darüber zeigt aber ein grundlegendes Problem einer derartigen verteilten Infrastruktur: Veränderungen am Verhalten des Gesamtsystems lassen sich nur umsetzen, falls die überwältigende Mehrheit der beteiligten Mining-Betreiber zustimmt; andernfalls kommt es zu einer Fragmentierung.

Lohnt es sich?

Es gibt viele Punkte innerhalb der Blockchain-Technologie, die interessant sein können. Nicht in jedem Fall muss hierfür wirklich eine komplette Blockchain verwendet werden.

  • Die Authentizität von Transaktionen kann generell vom Absender einer Transaktion kryptographisch bestätigt werden, ohne dass hierfür eine Blockchain erforderlich ist.
  • Auch eine kryptographisch abgesicherte und dadurch weitgehend manipulationssichere öffentliche Protokollierung von Informationen erfordert keine Blockchain. Googles Certificate-Transparency-Projekt hat einen derartigen Mechanismus eingeführt, um ausgestellte SSL-Zertifikate zentral sichtbar zu machen und Manipulationen erkennbar zu machen.
  • Transaktionen werden heute millionenfach verarbeitet, ohne dass hierfür eine Blockchain erforderlich ist. Sofern die Vertrauensstellung der beteiligten Systeme anderweitig sichergestellt werden kann, wie beispielsweise im Zahlungsverkehr zwischen Banken, kann hier auch eine Verarbeitung zwischen verschiedenen Akteuren erfolgen.
  • Auch die Verarbeitung von Smart Contracts ist denkbar, ohne dass eine Blockchain verwendet wird, und in der Tat ist das Konzept von Smart Contracts älter als die Idee der Blockchain.
  • Weiterhin ist zu beachten, dass die Blockchain, so wie sie innerhalb des Bitcoin-Systems verwendet wird, voraussetzt, dass sehr viel Rechenleistung gebunden wird und die benötigte Rechenleistung proportional mit der verfügbaren Rechenkapazität ansteigt. Alternative Mechanismen, die eine Manipulation des Netzwerkes verhindern, ohne vergleichbar viel Rechenleistung zu binden, sind bisher noch nicht ausgereift.

Die wesentlichen Vorteile der Blockchain-Technologie ergeben sich dann, wenn ein einzelner Akteur der Daten prinzipbedingt nicht fortschreiben kann oder aus Vertrauensgründen nicht allein fortschreiben können sollte.

Blockchains lohnen sich also dann:

  • Wenn die Datenspeicherung und -verwaltung verteilt durch viele Teilnehmer erfolgen soll, ohne dass es eine Zentralinstanz geben kann oder sollte;
  • und wenn einzelne Teilnehmer einander nicht vertrauen können, sondern das Einhalten der Regeln nur dadurch zustande kommt, dass die überragende Mehrheit der Teilnehmer am weiteren Funktionieren des Systems interessiert ist.
  • Und wenn es außerdem keine Rolle spielt, dass die Regeln des Systems nachträglich nicht mehr verändert werden können.

In vielen Fällen werden allerdings auch in Zukunft weiterhin einzelne Akteure die Kontrolle über Datenbestände und vor allem über die Regeln der Datenverarbeitung behalten wollen. Weiterhin wird es in vielen Fällen weniger aufwändige Mechanismen geben, um ein Vertrauensverhältnis zwischen einzelnen Akteuren herzustellen.
In diesem Fall bieten sich weiterhin klassische Transaktionssysteme an, die von einzelnen Akteuren betrieben werden.

Christian Steinert

Christian Steinert

Christian Steinert ist Senior Developer und Anwendungsarchitekt.
Er hat über 15 Jahre Erfahrung mit der Konzeption und Entwicklung von SAP- und Enterprise-Software. Aktuell beschäftigt er sich vor allem mit neuen SAP-Produkten innerhalb der SAP HANA Cloud Platform und der Entwicklung von SAP Fiori- und Mobilanwendungen.
Christian Steinert

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