Blockchain Das Fundament von Kryptowährungen wie Bitcoin & Co.

„Kann ich dieser Liste eigentlich trauen?“ – Vielleicht ist Dir dieser Gedanke schon einmal gekommen, wenn es um eine Kostentabelle im Sportverein, eine Urlaubsabrechnung oder sogar ein Dokument am Arbeitsplatz ging. Die noch recht junge Blockchain-Technologie setzt hier an und bietet fälschungssichere Datenbanken. Was einmal drinsteht, bleibt dauerhaft erhalten.

Damit ist sie Grundlage für Kryptowährungen wie zum Beispiel Bitcoin oder ermöglicht es uns, digitale Unikate in Form von Non-Fungible Tokens (NFTs) zu erstellen. Diese Blockchains sorgen regelmäßig für Diskussionen: Die eine Seite hält die Technologie für die größte Revolution seit der Erfindung des Internets mit nahezu unendlichen Chancen. Die andere Seite sieht in Blockchains eine gefährliche Blase ohne realen (Mehr-)Wert, die auch noch schlecht für unsere Umwelt sei. Wir erklären hier, was hinter der Blockchain steckt, damit Du Dir ein besseres Bild über die Möglichkeiten und Kritikpunkte machen kannst.

Auch wenn das Thema vor allem im letzten Jahrzehnt durch Bitcoin und andere Kryptowährungen immer populärer und größer wurde, so ist das Konzept von Blockchains tatsächlich bereits über 30 Jahre alt. Die beiden Kryptographen Stuart Haber und Scott Stornetta beschrieben 1991 damit eine Möglichkeit, digitale Dokumente mit einem Zeitstempel zu versehen, um deren Authentizität überprüfen und beweisen zu können.

Aber was steckt dahinter? Eine Blockchain ist, wie der Name andeutet, eine Kette (englisch Chain) von Blöcken. In diesen Blöcken werden eine Reihe von Informationen – wie Trans­ak­ti­ons­da­ten, Infos über Ersteller und Eigentümer und vieles mehr – in Form von speziellen Prüfziffern, sogenannten Hash-Werten gespeichert. Einen solchen Hash-Wert kannst Du Dir wie einen einmaligen digitalen Fingerabdruck vorstellen, welcher jeweils für die zu speichernde Information berechnet und erzeugt wird. Jeder Block kennt seinen eigenen Hash-Wert und erhält zusätzlich den seines Vorgängers, wodurch eine Kette entsteht. Zur Veranschaulichung ein kleines Beispiel.

Die Blockchain-Technologie einfach erklärt

Wir betrachten einen Ausschnitt einer Blockchain, bestehend aus drei Beispielblöcken A, B und C. Block A hat den blauen Fingerabdruck (Hash-Wert), Block B grün und C orange. C kennt zusätzlich den Hash-Wert seines Vorgängers, Block B (grün), und kann seine korrekte Position in der Kette damit überprüfen und sicherstellen. Block B kennt wiederum den Hash-Wert von A (blau) und auch A kennt den Hash seines Vorgängers (grau). Und der auf C folgende Block ebenso (orange). Eine potenziell unendliche Kette entsteht, in der jeder Block seine korrekte Position kennt.

Diese Logik schützt den Block und die gesamte Kette vor Veränderungen. Denn sobald jemand nachträglich die Information innerhalb eines Blockes ändert, verändert sich damit automatisch der einmalige Fingerabdruck (Hash-Wert) des Blocks und die Kette passt logisch nicht mehr zusammen. Ein Angreifer könnte jetzt aber versuchen, mit viel Rechenleistung alle darauf folgenden Blöcke und deren Hash-Werte neu zu berechnen und somit zu fälschen. Würde es nur eine einzige Kopie der Kette geben, würde das dann eventuell nicht einmal auffallen und es wäre ein großes Sicherheitsrisiko für alle enthaltenen Informationen.

Bei Blockchains werden daher weitere Sicherheitsmechanismen eingesetzt, wie Dezentralisierung und die „Distributed-Ledger-Technologie“, kurz DLT.

Dazu wird die gesamte Blockchain kopiert und in einem sogenannten Peer-to-Peer-Netzwerk (kurz P2P) verwaltet. Ein offenes, verteiltes Netzwerk, in dem alle Teilnehmer direkt miteinander verbunden sind und die gleichen Rechte und Informationen haben. Jeder Teilnehmer hat dabei eine komplette Kopie der gesamten Blockchain, eine sogenannte Node. Alle Teilnehmer sind ebenbürtig miteinander verbunden und überwachen sich gegenseitig.

Soll ein neuer Block zur Kette hinzugefügt werden, muss dieser erst durch die Mehrheit der Teilnehmer verifiziert und bestätigt werden. Dazu werden die Nodes der Teilnehmer vollautomatisch miteinander abgeglichen und somit wird sichergestellt, dass der neue Block korrekt ist und nicht manipuliert wurde. Die Mitglieder des P2P-Netzwerks müssen sich also erst einig sein und einen Konsens erreichen. Erst dann wird der neue Block und damit alle enthaltenen Informationen zur jeweils lokal vorhandenen Kopie der Kette hinzugefügt und somit der Konsens der gesamten Blockchain aufrechterhalten.

Dadurch müsste ein Angreifer also nicht mehr nur in einer Kette Block für Block verändern, sondern das gleichzeitig auf genügend Nodes im Netzwerk machen, damit der Konsens im Netzwerk bestehen bleibt und der Betrug nicht auffällt.

Das würde um ein Vielfaches mehr Rechenleistung erfordern und wäre in den meisten Fällen daher für den Angreifer nicht mehr wirtschaftlich sinnvoll.

Sicherheit durch Konsensmodelle

Aber Blockchains nutzen noch einen weiteren, entscheidenden Sicherheitsmechanismus. So verwenden beispielsweise die von Bitcoin oder Ethereum spezielle Konsensmodelle wie Proof of Work (kurz PoW), Proof of Stake (kurz PoS) und andere.

Der Zweck dieser Konsensmodelle: Die Blockchain kann selbst automatisch Transaktionen bestätigen, indem sie dafür sorgt, dass das Netzwerk und alle Teilnehmer einen gemeinsamen Konsens haben und alle Informationen verifiziert sind.

Bei Proof of Work wird dies durch eine Art Rechenaufgabe garantiert, für deren Lösung Rechenleistung, also Arbeit (englisch Work), notwendig ist. Diese wird von speziellen Servern, genannt Miner, gestellt. Ein Miner kann jeder werden, der ein entsprechendes Endgerät betreibt und es dem Netzwerk zur Verfügung stellt. Diese Rechenleistung geht jedoch mit einem hohen Energieverbrauch einher und sorgt damit auch immer wieder für Kritik. Andererseits macht eben dieser Energieverbrauch, beziehungsweise die nötige Rechenleistung zur Lösung der Aufgaben, die gesamte Blockchain auch sicherer. Der Einsatz von Rechenleistung ist also eine Investition in die Qualität und Sicherheit der Blockchain. Die bekanntesten Blockchains, die auf dem PoW-Konsens-Algorithmus basieren, sind die Bitcoin-Blockchain, die von Elon Musk unterstützte Dogecoin-Blockchain und Ethereum. Wobei letztere, die Ethereum-Blockchain, aktuell an einem Update zum Modell Proof of Stake arbeitet.

Denn Proof of Stake ist ein deutlich energiesparenderer Konsensmechanismus, der bereits 2012 vorgestellt wurde. Ethereum hofft mit dem Update namens „The Merge“, den Energieverbrauch für den Betrieb der Blockchain um bis zu 99,9 Prozent zu reduzieren. Im PoS-Mechanismus ist keine Rechenleistung mehr nötig, um eine Aufgabe zu lösen. Jeder mit der zugehörigen Kryptowährung der Blockchain, wie zum Beispiel Ether (ETH) im Falle von Ethereum, kann diese einsetzen (vom englischen to stake) und so selbst zum Validator werden und dabei helfen, neue Blöcke zu verifizieren. Die eingesetzten Coin helfen hierbei sicherzustellen, dass kein fehlerhafter Block validiert wird. Verifiziert der Validator einen fehlerhaften Block, so wird er dafür bestraft und kann seine eingesetzten Coin verlieren. Auf der anderen Seite erhalten Validatoren neue Coin für das Verifizieren richtiger Blöcke als Anreiz. Die Kryptowährungen Cardano und Solana nutzen Proof of Stake.

Kurze Anmerkung: Beide Konsensmodelle sind natürlich deutlich komplexer und bringen ihre ganz eigenen Vor- aber auch Nachteile mit sich. Für einen ersten Überblick und zur Unterscheidung sollte diese grobe Erklärung jedoch genügen.

Nehmen wir an, ein Dorf führt ein gemeinsames digitales Kassenbuch, welches für alle Einwohner offen einsehbar ist und in das alle Transaktionen eingetragen werden. Alle Einnahmen, Ausgaben, Käufe und Verkäufe und so weiter werden darin festgehalten. Es ist öffentlich, jeder kann darin lesen und neue Informationen hineinschreiben, aber niemand kann eine bereits enthaltene Information nachträglich ändern. Beispiel: Anton besitzt 123 Euro und kauft bei Martha für 23 Euro Lebensmittel ein. Katrin hingegen kauft bei Stefan für 96 Euro ein.

Dieses Kassenbuch liegt nun nicht nur an einem zentralen Server, sondern jeder Bewohner des Dorfes erhält eine komplette Kopie (eine Node) auf seinen Computer und trägt somit bereits zur Verwaltung und Kontrolle des Kassenbuchs bei. Aber nicht nur das.

Würde Anton nun im Nachhinein eintragen, dass die Lebensmittel eigentlich nur 20 Euro gekostet hätten, würde das den anderen Bewohnern auffallen. Über die neue Information würde keine übereinstimmende Meinung, also kein Konsens, gefunden werden. Schließlich haben vorher bereits alle bestätigt, verifiziert und vermerkt, dass der Einkauf 23 Euro gekostet hat.

Die Dorfbewohner überwachen sich gegenseitig und der falsche Nachtrag von Anton würde nicht gespeichert werden. Denn um eine Information in dem Kassenbuch zu verfälschen, müsste Anton alle anderen Nodes der Dorfbewohner ebenfalls gleichzeitig verändern, sodass diese bei der (eigentlich falschen) Abfrage wieder auf einen Konsens kommen würden. Was jedoch sehr aufwendig und schwierig wäre und vermutlich mehr Rechenleistung und damit Kosten verursachen würde, als der (falsche) Nachtrag eigentlich wert ist.

Soll eine korrekte Information zum Kassenbuch hinzugefügt werden, also würde Katrin zum Beispiel für 96 Euro einkaufen wollen, würden die Informationen ohne Probleme dem Kassenbuch hinzugefügt werden. Die Nodes der Bewohner würden überprüfen, ob Katrin die nötigen Euro für den Kauf hat und einen Konsens finden: „Katrin hat 96 Euro“. Der Kauf würde freigegeben und die neuen Informationen im Sinne von „Katrin hat 96 Euro ausgegeben“ gespeichert werden.

Nur wenn eine Information richtig ist und das Netzwerk sich darüber einig ist, wird sie eingetragen, gespeichert und auf allen Kassenbuch-Kopien der Bewohner gespeichert.

Nun ist eine Blockchain aber eben natürlich nicht nur ein einfaches Kassenbuch und hat auch nicht nur die Größe eines Dorfes. Blockchains wie die Bitcoin- oder Ethereum-Blockchain sind deutlich größer, komplexer und vor allem dezentraler, was wiederum die Sicherheit dieser unterstützt.

Das Wort „dezentral“ ist bereits einige Male gefallen und ein wichtiger Aspekt von Blockchains. Oft wird das Konzept auf Englisch Distributed Ledger Technology genannt und mit DLT abgekürzt, zu Deutsch etwa „dezentral geführte Kassenbücher“. In einer dezentral verteilten Datenbank gibt es nicht die eine, zentrale Instanz in der Mitte, wie wir es zum Beispiel aus unserem Bankensystem kennen. Hier haben nur die Banken selbst vollen Zugriff auf alle Informationen wie zum Beispiel Kontostände und können Transaktionen freigeben oder auch ablehnen.

Wie wir bereits gelernt haben, haben in dezentralen öffentlichen DLTs wie der Bitcoin-Blockchain alle Teilnehmer eine Node mit allen enthaltenen Informationen der Blockchain. Alle Teilnehmer wissen also über alle Kontostände und anderen hinterlegten Daten Bescheid und haben dabei ganz individuelle Standorte, die über das dezentrale Netzwerk alle direkt und ebenbürtig miteinander verbunden sind.

Zentral vs. dezentral

Skizze eines zentralen Systems, bei dem alle Punkte wie z.B. Bankkonten nur über einen zentralen Punkt im System indirekt miteinander verbunden sind. Der Knotenpunkt (eine Bank) bildet den Kern und hat damit die Kontrolle über das gesamte System und die Informationen, er ist der „Point of Control“.

Skizze eines dezentralen Systems ohne zentralen Point of Control. Die einzelnen Punkte, z.B. Nodes, sind alle direkt miteinander verbunden und folgen dabei keinem festen Schema. Jeder Teilnehmer ist theoretisch mit jedem anderen verbunden, wodurch ein dezentrales Netz entsteht.

Die Dezentralität einer Blockchain sorgt damit nicht nur für mehr Sicherheit im Netzwerk, sie macht den einen Knotenpunkt auch überflüssig. Sie verteilt damit die Kontrolle über das gesamte Netzwerk auf alle Mitglieder und entzieht sie zentralen Instanzen wie Banken, Zahlungsdienstleistern, Börsen und anderen. Sie macht diese als Mittelsmänner unnötig.

Die Blockchain-Technologie ermöglicht also eine Sicherheitsstrategie in unserer immer digitaler werdenden Welt. Sie bietet sichere, vertrauenswürdige und nicht-manipulierbare Transaktionen ohne zentralen Dienstleister in der Mitte.

Auch wenn Blockchain derzeit noch oft mit Kryptowährung gleichgesetzt wird, so bietet die Technologie viel mehr als das. Denn Kryptowährungen sind nur ein Teilbereich.

Blockchains können in vielen Bereichen unseres Lebens eingesetzt werden. So können die Lebensmittelindustrie oder auch der medizinische Bereich genaue Produktions-, Liefer- und Kühlketten verfolgen und von der Sicherheit von Blockchains profitieren. Der Kunstmarkt hat 2021 durch das Aufkommen von NFTs (Non-Fungible Token), die auf der Blockchain-Technologie basieren, bereits eine kleine Revolution erlebt. Tickets, unsere digitale Identität, Eigentumsverhältnisse im digitalen Raum, notarielle Beglaubigungen oder anders ausgedrückt: Alles, dessen Originalität und Zustand wir beweisen und absichern wollen, lässt sich durch die Blockchain-Technologie umsetzen und womöglich verbessern.

Blockchains haben also das Potenzial, viele Branchen zu revolutionieren. Unternehmen können Prozesse schneller und transparenter gestalten, Kosten sparen und dabei sicherer agieren. Deshalb arbeiten auch viele etablierte Firmen an Blockchain-Anwendungen oder der Implementierung in das eigene System. IBM, Siemens, Amazon und Meta, aber auch Konsumgüter-Hersteller wie Nike, Adidas oder Volkswagen und auch Finanzunternehmen wie Visa oder Mastercard sind mit ganz unterschiedlichen Konzepten in der Blockchain-Welt unterwegs, arbeiten damit und forschen daran.

Einige der Unternehmen betrachten dabei eher die technischen Möglichkeiten und setzen beispielsweise auf die offene und sichere Struktur. Andere haben eigene NFT-Projekte auf den Markt gebracht und möchten mit diesen die Kundenbindung verbessern. Die Anwendungsfälle von Blockchains sind sehr breit gefächert, ebenso wie die Anforderungen. Auch deshalb gibt es viele unterschiedliche Blockchains, die jeweils ihre ganz eigenen Funktionalitäten und Ziele verfolgen.

So ist die Bitcoin-Blockchain zum Beispiel extrem sicher, dezentral und stabil gebaut, mit dem Ziel, ein digitaler Wertspeicher zu sein. Dafür bietet sie weniger Freiheiten und Entwicklungsmöglichkeiten für Programmierer. Die Ethereum-Blockchain hingegen ist offener für Programmierer und bietet die Möglichkeit, sogenannte Smart Contracts auf ihr zu schreiben, zu sichern und automatisch durchzuführen. Ein Smart Contract ist ein Computercode, der eine vorab programmierte Wenn-Dann-Beziehung automatisch durchführen kann. Der Bereich der Non-Fungible Token basiert übrigens voll und ganz auf diesen.

Wie immer gilt auch bei Blockchains das Sprichwort „Es ist nicht alles Gold, was glänzt“, und so hat auch die Blockchain-Technologie ihre ganz eigenen Probleme. Auch wenn es das Konzept bereits seit 31 Jahren gibt, werden die Möglichkeiten von Blockchains eigentlich erst seit dem Aufkommen von Bitcoin im Jahr 2008 intensiver erforscht.

Große Blockchains neigen dazu, schwerfälliger zu arbeiten – die sogenannte Skalierbarkeit ist noch nicht so effizient und die Geschwindigkeit lässt oftmals noch zu wünschen übrig. Denn das Überprüfen von Transaktionen und Blöcken braucht Zeit, ebenso wie das Schreiben und die Synchronisation im Netzwerk. Ob sich der Einsatz einer Blockchain lohnt, hängt also davon ab, ob das Problem auch ohne die Technologie ähnlich gut gelöst werden könnte.

Sowohl Vorteil als auch Nachteil: Die Irreversibilität, also die Tatsache, dass einmal geschriebene Daten nicht mehr rückgängig gemacht werden können, führt ebenfalls immer wieder zu Problemen. Wird zum Beispiel ein Fehler (Bug) in den Code geschrieben, ist es oft nur sehr schwer möglich, diesen wieder zu korrigieren. In Verbindung mit dem öffentlich einsehbaren Setup von Blockchains führt das immer wieder dazu, dass solche Bugs im Code gefunden und gnadenlos ausgenutzt werden. Wenn der Mittelsmann aus einem Vorgang entfernt wird, heißt das auch: Er kann nicht bei einer eventuellen Problemlösung helfen. Eine irrtümlich ausgeführte (falsche) Transaktion auf der Blockchain kann nicht ohne weiteres rückgängig gemacht werden. Hier stößt also die dezentrale Struktur an ihre Grenzen.

Die Komplexität im Allgemeinen – sowohl bei der Anwendung für User und Unternehmen als auch bei der Einbindung in bestehende Systeme. Dezentralität, Sicherheit und Vertrauenswürdigkeit sind zunächst einmal Vorteile und eröffnen neue Möglichkeiten. Die Blockchain ist jedoch eine durchaus komplexe Technologie, und Unternehmen sowie Privatpersonen müssen erst noch lernen, damit umzugehen. Der richtige Einsatz ist das nächste Stichwort: Denn angetrieben durch den Hype der vergangenen Jahre haben immer mehr Unternehmen und Start-ups begonnen, mit oder an der Technologie zu arbeiten. Herausgekommen sind dabei jedoch auch Anwendungsfälle und vermeintliche Lösungen, für die es eigentlich überhaupt kein Problem gab.

Schließlich gibt es zwei weitere Kritikpunkte: den der Geldwäsche und dass Blockchains klimaschädlich seien. Diese betreffen jedoch nicht die Technologie selbst, sondern einzelne Blockchains. Illegale Zahlungsströme spielen keine Rolle, wenn eine Blockchain beispielsweise in einem industriellen Produktionsprozess verwendet wird. Auch bei den Umweltfolgen kommt es auf die konkrete Ausgestaltung an. Wie bereits beschrieben, ist das Proof-of-Stake-Konsensmodell um einiges energiesparender und damit auch deutlich weniger klimaschädlich als das rechenintensive Proof of Work. Ein Umstieg beim Konsensmodell, wie es die Ethereum-Blockchain noch 2022 vollziehen will, ist dabei aber durchaus sehr aufwendig und nicht für jede Blockchain möglich. Die Bitcoin-Blockchain zum Beispiel basiert voll und ganz auf Proof of Work und ein Umstieg auf einen anderen Mechanismus wie PoS wäre hier undenkbar.

Wenn Du bei Deiner Geldanlage auf die Blockchain setzen willst, kannst Du Dir Blockchain-ETFs mit Aktien aus der Branche ansehen. Du senkst Dein Risiko damit im Vergleich zu Einzelinvestments in ein oder nur wenige Unternehmen oder gar einzelne Kryptowährungen. Mach Dir trotzdem klar, dass Du mit Blockchain-ETFs nur auf einen Wirtschaftszweig setzt. Der Schwerpunkt Deines Portfolios sollte auf ETFs liegen, die alle Branchen beinhalten.