Oliver Hirschfelder, Laura Schlecht
2.1 Was ist die Blockchain?
Die Blockchain-Technologie wurde 2008 von einem Entwickler unter dem Pseudonym Satoshi Nakamoto als die der Kryptowährung Bitcoin zugrundeliegende Technologie entwickelt. Ursprünglich wurde die Blockchain als ein elektronisches Zahlungssystem konzipiert, das auf Basis eines dezentralen Netzwerks Finanztransaktionen peer-to-peer, sprich ohne dritte Instanz wie Banken, ermöglicht. Folglich wurde die Blockchain-Technologie ursprünglich dafür entwickelt, das im Finanzbereich weit verbreitete Problem des "Double Spending" zu lösen und gleichzeitig Transaktionskosten weitgehend zu reduzieren. Bei der Blockchain handelt es sich im Grunde genommen um ein sog. "Public Ledger", auch Hauptbuch genannt, in dem jede Transaktion gespeichert wird, die jemals durchgeführt wurde. Eine besondere Eigenschaft der Blockchain ist zudem das Prinzip der Dezentralisierung, das dafür sorgt, dass sämtliche durchgeführten Transaktionen unter allen Teilnehmern im Netzwerk geteilt werden. Die Blockchain ist also eine globale Infrastruktur, die oft mit dem Internet verglichen wird. Eine zentrale Instanz, die die Blockchain kontrolliert oder gar besitzt, existiert nicht.
Grundsätzlich besteht eine Blockchain ("Blockkette") aus Informationsblöcken, die jeweils den vorherigen Block referenzieren und dadurch eine Kette bilden. Bestimmte Rechenmechanismen verhindern ein nachträgliches Bearbeiten oder gar Löschen von Transaktionen, die bereits zu einer Blockchain hinzugefügt wurden. Sog. Konsensmechanismen sorgen dafür, dass eine Transaktionsüberprüfung dezentral über alle Teilnehmer im Blockchain-Netzwerk sichergestellt wird. Es muss also keinem zentralen, zwischengeschalteten Akteur mehr vertraut werden.
Darüber hinaus werden sämtliche Transaktionen mit sog. Zeitstempeln versehen. Folglich kann nachgewiesen werden, dass der Blockchain hinzugefügte Transaktionen zu einem bestimmten Zeitpunkt existiert haben.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die fundamentalen Eigenschaften der Blockchain-Technologie Transaktionen ein hohes Maß an Transparenz und Sicherheit verleihen.
2.2 Zusammensetzung und Funktionsweise der Blockchain-Technologie
Die Technologie der Blockchain basiert auf bereits etablierten Technologien, die in einem neuen übergreifenden System zusammengefasst werden. Im Wesentlichen spielen hierbei die Konzepte des Konsensmechanismus, der Private-Public-Key-Kryptographie sowie der kryptographischen Hashfunktion eine entscheidende Rolle. In den folgenden Unterkapiteln werden diese essenziellen Komponenten einer Blockchain näher untersucht.
2.2.1 Konsensmechanismen
Konsensmechanismen stellen die Gültigkeit von Transaktionen sicher und sorgen dafür, dass sämtliche Teilnehmer im Blockchain-Netzwerk über dieselbe Transaktionsaufzeichnung verfügen. Bevor eine Transaktion jedoch dauerhaft in eine Blockchain geschrieben werden kann, wird sie durch die sog. "Miner" des Blockchain-Netzwerks geprüft. Erst wenn sie von diesen als valide erklärt wurde, wird die Transaktion in die Blockchain aufgenommen. Konsensmechanismen existieren in vielen verschiedenen Ausprägungen. Welchem Ansatz welche Blockchain folgt, hängt von dem entsprechenden Blockchain-Protokoll ab, das bei der Blockchain-Implementierung vorab festgelegt wird. Grundsätzlich ist bei jeder Blockchain durch Konsensmechanismen gewährleistet, dass nur verifizierte und somit authentische Daten in die Blockchain eingetragen werden.
2.2.2 Private-Public-Key-Kryptographie
Die Private-Public-Key-Kryptographie, auch asymmetrische Verschlüsselung genannt, ermöglicht es, dass Teilnehmer im Blockchain-Netzwerk einen öffentlichen und einen privaten Schlüssel erhalten, wodurch eine digitale Signatur erstellt werden kann. Möchte ein Teilnehmer des Netzwerks eine Nachricht versenden, so signiert er diese mithilfe des nur ihm bekannten privaten Schlüssels. Der dazu passende öffentliche Schlüssel erlaubt es anschließend, dass ein Dritter die Nachricht auf deren Authentizität überprüfen kann. Das Konzept der asymmetrischen Verschlüsselung macht also die Transaktionen sicherer, da diese auf Authentizität untersucht werden können und ein nachträgliches Ändern einer Nachricht zu einer ungültigen digitalen Signatur führen würde.
2.2.3 Kryptographische Hashfunktion
Eine kryptographische Hashfunktion ist ein Algorithmus, der eine Zeichenfolge von Daten beliebiger Länge in eine Zeichenfolge mit fester Länge "übersetzt", den sog. "Hashwert". Hashfunktionen sind zudem deterministisch, d. h. die Eingabe von gleichen Ausgangsdaten führt immer zum gleichen Hashwert.
Ferner enthält jeder Block eine Referenz auf den vorherigen Block, wodurch eine fortlaufende Verkettung der Blöcke entsteht. Für die Verkettung der Blöcke sorgt der Kopf ("Header") eines Blocks, der neben der Nonce auch den sog. Merkle Root sowie den Hashwe...