Blockchain

was steckt dahinter?
Insights» Blockchain

Mit der Blockchain-Technologie wird alles sicherer, einfacher, günstiger und schneller. Ist das wirklich so? In diesem Beitrag möchte ich die Technologie beschreiben, auf die Einsatzmöglichkeiten und auf grundsätzliche Vor- und Nachteile dieser Technologie eingehen.
Beim Versuch, den Begriff „Blockchain“ kurz und bündig zu erklären oder gar zu definieren, wird man oftmals scheitern, denn es gibt unterschiedliche Sichten auf diese Technologie. Das führt dazu, dass eine einzelne kurze Definition nicht vollständig sein kann. Es folgen Beschreibungen für den Begriff „Blockchain“ aus unterschiedlichen Sichten:

Informatiker

Eine Blockchain ist eine Datenstruktur, vergleichbar mit einer verketteten Liste, die sich ständig erweitert. Die einzelnen Datensätze (Blöcke) enthalten Transaktionsdaten und sind durch kryptographische Verfahren miteinander verbunden.

    Programmierer

    Eine Blockchain ist eine Peer-to-Peer Software, welche in der Lage ist, Transaktionen zwischen Sender und Empfänger auf Basis eines definierten Protokolls auszuführen.

    Kind

    Es handelt sich um ein dezentrales Zahlungs- und Wertaufbewahrungssystem. Zahlungen können von Person zu Person ohne eine dritte Partei (z.B. Bank oder Paypal) durchgeführt werden. Werte können persönlich in Software- oder Hardware-Geldbörsen gespeichert werden.

    Buchhalter

    Eine Blockchain ist ein dezentrales Buchführungssystem, welches jederzeit und weltweit einen einzigen und richtigen Zustand aufweist. Transaktionen können nicht rückgängig gemacht werden und sind dezentral gespeichert (Dreifache Buchführung). Transaktionsgegenstände können z.B. Geld, digitale Tokens oder Anteile sein.

    Investor

    Blockchain-Tokens sind eine neue Asset-Klasse, welche Eigenschaften aufweist, die mit den Eigenschaften von Gold vergleichbar sind. Der Wert eines Blockchain-Tokens ist nicht gedeckt, derzeit noch hoch volatil und wird ausschließlich durch Angebot und Nachfrage bestimmt. Die Inflation wird durch Programmcode und nicht durch Zentralbanken bestimmt (Token Econonmy).

    Erfinder

    (Satoshi Nakamoto, 2009)

    Bitcoin (und somit das größte Blockchain-Projekt) ist eine Peer-to-Peer Version von elektronischem Geld, welche es erlaubt, zentrale Finanzinstitutionen zu umgehen. Durch Konsensbildung über Rechenleistung (Proof-of-Work), einem P2P-Netzwerk und zeitgestempelten Transaktionen kann eine spieltheoretische Situation hergestellt werden, um das in der Informatik bekannte Double-Spending-Problem zu lösen.

    IT-Berater

    Blockchain ist eine disruptive Technologie und durch Smart Contracts wird die Dezentralisierung von Geschäftsprozessen ermöglicht. Durch die Irreversibilität der Transaktionen kann die Basis für eine vertrauenslose Zusammenarbeit zwischen Geschäftspartnern gewährleistet werden. Die Blockchain Technologie wird in den letzten Jahren immer häufiger in verschiedensten Branchen wie Finanzdienstleistungen, Versicherungen, Energie und Logistik (Supply Chain Management) eingesetzt.

    Wo wurde bisher die Blockchain Technologie eingesetzt und wie könnten zukünftige Einsatzszenarien aussehen?

    Kryptowährungen

    Das erste und immer noch erfolgreichste Blockchain-Projekt ist die Kryptowährung Bitcoin. Es könnte sein, dass es sich bei diesem dezentralem Geld- und Zahlungssystem bereits um die „Killer-App“ handelt. Man kann hier durchaus einen Vergleich zum Internet in den Anfangszeiten ziehen. Lange Zeit wurde an dem Nutzen gezweifelt, doch einer der wichtigsten Anwendungen von Anfang an bis heute war die dezentrale und weltweite Kommunikation mittels Emails. Niemand konnte ahnen, dass später Facebook, Google und Co entstehen werden und unser Leben in diesem Ausmaß verändern. Auch bei der Blockchain Technologie ist es ähnlich: Es gibt bereits mehrere unzählige mehr oder weniger erfolgreiche Projekte, doch es ist noch nicht klar, in welchen Branchen sich diese neuen Ansätze durchsetzen werden. Kryptowährungen auf Basis der Blockchain Technologie funktionieren jedoch schon von Anfang an und man könnte sagen, dass diese bereits etabliert sind. Es wurden ständig Alternativen zu Bitcoin entwickelt und dem Markt sozusagen vorgeschlagen. Das meiste Vertrauen und den höchsten Wert genießt aber immer noch Bitcoin. Alternativen wie Litecoin oder Nano zeigen einige Verbesserungen im Bereich Performance, Geschwindigkeit oder Kosten, jedoch ist das Vertrauen bei diesen alternativen Kryptowährungen (auch genannt „Altcoins“) noch nicht so hoch. Eine wichtige Maßzahl, von der das Vertrauen abhängt, ist auch die Rechenleistung im Peer-to-Peer Netzwerk und diese ist bei Bitcoin um ein Vielfaches höher als bei Altcoins. Seit 2013 werden Kryptowährungen auch häufig um eine Privacy-Funktion erweitert. Dadurch sind anonyme Transaktionen möglich und es ist nicht mehr nachzuvollziehen, wer der Sender und Empfänger und wie hoch der Betrag einer Transaktion war. Das Ziel hierbei ist es, die Eigenschaften von Bargeld zu erreichen (eine Bargeldübergabe wird auch nirgends aufgezeichnet). Bekannte Projekte in dieser Rubrik sind Monero, Dash und ZCash.

      Blockchain-Plattformen und Smart Contracts

      Mit Ethereum wurde 2015 erstmals eine Blockchain mit Funktionalität zur Programmausführung in Betrieb genommen. Die Codestücke, die in unterschiedlichen Programmiersprachen geschrieben werden (z.B. Solidity bei Ethereum) und direkt in einer virtuellen Maschine, die im Blockchain-Client miteingebaut ist, ausgeführt werden können, nennen sich „Smart Contracts“. Dadurch entwickelte sich eine komplett neue Form von Software… dApps (decentrale Applications). Die Systemarchitektur einer dApp besteht im Gegenteil zu gewöhnlichen Client-Server-Systemen aus zwei Schichten: dem Business Logic Layer (Smart Contract) und dem Presentation Layer (User Interface).

       

      Seit dem Hype 2017 wurden mehrere Alternativen zu Ethereum entwickelt, u.A. Waves, EOS, NEO, TRON, Lisk, Cardano und viele mehr. Diese Plattformen haben das Ziel, Ethereum vom Thron der Smart Contract Plattformen zu stoßen und weisen teilweise Vorteile in den Bereichen Performance, Security oder Usability auf.

      Auf Basis von Blockchain-Plattformen und Smart Contracts können sogenannte ICO’s (Initial Coin Offerings) durchgeführt werden, indem neue Tokens über Crowdfunding verteilt werden. Das ist wiederrum der häufigste Anwendungsfall von Blockchain Plattformen seit 2016. Bei einem ICO zahlen Investoren vor dem „Börsenstart“ Geld in Form von Kryptowährungen ein, um anschließend einen Teil der Tokens zu erhalten. Da dieser Vorgang über Smart Contracts automatisiert wird, ist bei diesem Prozess kein Vertrauen an eine zentrale Organisation notwendig. Alle Personen auf der ganzen Welt, die Zugang zum Internet haben, können also mitmachen. Welchen Zweck die ausgeschütteten Tokens danach haben, ist wieder eine andere Frage…Asset Tokens repräsentieren Wertgegenstände oder Berechtigungen und können auch als Stimmrecht dienen. Equity Tokens repräsentieren Anteile an einem Unternehmen oder an einer Organisation.

        Es folgen ein paar Beispiele von Blockchain-Projekten abseits von Kryptowährungen und Plattformen

        Gambling

        In der Glücksspielbranche fand die Blockchain bereits sehr früh Einzug, da einfache Gewinnspiele oder auch „Dice Rolls“ keine hohe Komplexität aufweisen und leicht zu implementieren sind. Über die Blockchain und dem Einsatz von Zufallszahlgeneratoren können Gewinnspiele transparent abgehalten werden. Ein einfaches Beispiel: Man wettet, ob der nächste Block in der Bitcoin Blockchain die Ziffer ‚0‘ an der letzten Stelle des Block-Hashes steht. Die Wahrscheinlichkeit dafür ist ein Zehntel und die Wette ist nur gültig, wenn die Zeit bis zum nächsten Block einige Minuten dauert (im Durchschnitt sind es 10 Minuten) und alle Wetten innerhalb von einer Minute abgegeben wurden. Ein Smart Contract könnte dann automatisch die Einzahlungen speichern und Auszahlungen durchführen. Der Vorteil gegenüber einem Casino ist in diesem Fall, dass die Gebühren theoretisch null sein können und durch den offenen Source Code und der hundertprozentigen Transparenz ein Betrug nicht möglich ist. Ein Beispielprojekt für eine dezentrale Wettplattform ist „Augur“.

        Dezentrale Social News Plattformen

        Steem ist ein Blockchain-Projekt mit nativem Token und hat das Ziel, eine dezentrale News Plattform vergleichbar mit Reddit aufzubauen. Teilnehmer, die entsprechende Tokens besitzen können Beiträge vor- und zurückreihen. Außerdem kann man sich als Autor neue Tokens dazuverdienen. Der Vorteil einer solchen Plattform auf einer Blockchain ist die theoretische und praktische Unzensierbarkeit im Gegensatz zu herkömmlichen Plattformen wie Reddit. Der Text der Artikel wird direkt (über einen Hash) in der Blockchain gespeichert und kann nicht mehr herausgenommen werden.

        Dezentrale Speicherung

        Siacoin ist eine dezentralisierte Cloud Storage Plattform. Dabei sind keine Abhängigkeiten zu Third Party Provider (wie z.B. Amazon) gegeben, sondern das Ziel ist es, durch ein ökonomisches Anreizsystem sicherzustellen, dass Netzwerkteilnehmer jederzeit die erforderliche Speicherkapazität zu entsprechenden Preisen zur Verfügung stellen. Die Homepage weist derzeit (Juni 2019) eine Gesamtkapazität von insgesamt 1,6 Petabyte auf, bereitgestellt durch 264 Teilnehmer, wobei 301 Terabyte in Verwendung sind. Durch Verwendung der Blockchain Technologie, privaten Transaktionen und Verschlüsselung über einen Private Key hat niemand Zugriff auf seine synchronisierten Dateien. Durch die geringen Gebühren ist der dezentrale Ansatz auch wesentlich kostengünstiger.

        Stablecoins

        Ein großes Problem für viele Anwendungsfälle ist die hohe Preisvolatilität bei Kryptowährungen wie Bitcoin. Bei einem Stablecoin wie z.B. Tether (USDT) ist der Preis für einen Token an eine Fiat-Währung gebunden im Normalfall fixiert. Bei den meisten Tokens dieser Art ist dieser fixe Wert 1 Dollar. Es wird davon ausgegangen, dass Stablecoins 1:1 mit der gebundenen Währung gedeckt sind, obwohl hierzu oft keine volle Transparenz vorliegt und somit Misstrauen gegenüber gedeckten Stablecoins vorherrscht. Stablecoins besitzen mittlerweile eine sehr hohe Marktkapitalisierung und werden hauptsächlich von Börsen für Kryptowährungen verwendet. Ein weiterer Grund für die Verwendung ist die Umgehung einiger Regulierungen, da nicht mit echter Währung, sondern mit Tokens gehandelt wird. Die aktuell bekanntesten Stablecoins neben USDT, das von der Börse „Bitfinex“ und dem Unternehmen „Tether“ ausgegeben wird, ist USD Coin (USDC), TrueUSD (TUSD), Paxos Standard (PAX) und Gemini Dollar (GUSD). Zu Stablecoins gehören auch private oder firmenbezogene Tokens wie z.B. die von Facebook geplante Währung „Libra“, dessen Einsatz ab 2020 geplant ist. Libra oder auch der von JP Morgan geplante Token „JPMorgan Coin“ verwenden zwar die Blockchain Technologie, können jedoch nicht zu den Kryptowährungen gezählt werden, da sie nicht die dezentrale Komponente aufweisen.

        Dezentrale Börsen (Decentralized Exchanges, DEX):

        Zentrale Börse bieten viele Nachteile und bieten die größte Angriffsfläche gegenüber Benutzer und die Betreiber selbst. Nicht selten wurden in der Vergangenheit zentrale Börsen gehackt oder gingen plötzlich offline. Der bekannteste Fall ist die Insolvenz der Börse MtGox, wo Anfang 2014 über 800.000 Bitcoins verloren gingen und bis heute nicht klar ist, wie das passieren konnte. Durch dezentrale Börsen, die selbst auf Kryptowährungen und Smart Contracts aufbauen, wird diese Angriffsmöglichkeit verringert oder vollständig eliminiert. Ein Beispiel für eine dezentrale Börse ist Waves DEX, die im Durchschnitt bereits ein tägliches Handelsvolumen von über einer Million US Dollar aufweist. Transaktionen werden hier direkt auf der Blockchain über einen eigenen Transaktionstyp durchgeführt. Weitere dezentrale Börsen, die auf Ethereum basieren, sind IDEX oder etherdelta.

        Permissioned Blockchains

        Bisher war nur von öffentlichen Blockchains, die für jeden zugänglich sind, die Rede. Wie es neben dem Internet auch das Intranet gibt, gibt es neben öffentlichen Blockchains auch „private“ bzw. „interne“ Blockchains. Das kann für Enterprise Anwendungen Sinn machen, wenn sich Unternehmen zusammenschließen und miteinander vertrauenslos interagieren möchten. Beispiele für Permissioned Blockchains sind Hyperledger Fabric (IBM), R3 (Corda) und Quorum (JPMorgan).

        Hyperleder Fabric von IBM basiert im Gegensatz zu öffentlichen Blockchains nicht auf ökonomischen Anreizsystemen, Kryptowährungen oder Tokens, wobei solche auch bei Bedarf verwendet werden können. Ein auf Hyperledger aufbauendes Softwaresystem ist nicht für alle öffentlich zugänglich, sondern beschränkt sich auf ein ausgewähltes und bekanntes Set an Teilnehmern. Es kann dadurch eine Interaktion zwischen diesen Teilnehmern, die ein gemeinsames Interesse haben oder ein gemeinsames Ziel verfolgen, jedoch sich untereinander nicht grundsätzlich vertrauen, hergestellt werden. Da es keinen Wettbewerb zwischen den Teilnehmern im Sinne von Rechenleistung gibt, wird als Konsensmechanismus standardmäßig BFT (Byzantine-fault Tolerance) verwendet. Da die Codebasis jedoch offen und erweiterbar ist, können andere Algorithmen und Funktionalitäten eigenständig eingebaut werden. Vorteile von Hyperledger und Permissioned Blockchains im Allgemeinen sind die hohe Skalierbarkeit und ein niedriger Energieverbrauch eines gesamten darauf basierenden Netzwerkes.

        Die Blockchain-Plattform R3 von Corda ist eine Alternative zu Hyperledger. Die Plattform wird aktiv von R3 und 200 Industriepartner, darunter große Banken, seit 2016 entwickelt. Auf Grund der Partner liegt ein Fokus auf die Finanzindustrie. Technisch gesehen wird auf Funktionalitäten für Geheimhaltung und Zugangsbeschränkung großer Wert gelegt. Das Ziel ist eine breite Verwendung in der Finanzindustrie. Zu diesem Zweck müssen Teile des Systems offen und zugänglich sein. Dazu zählt der Source Code, der offene Entwicklungsprozess und offene Industriestandards. Des Weiteren soll eine höchstmögliche Kompatibilität mit Regulierungen hergestellt werden. Einzelne Teilnehmer innerhalb des Systems sollen untereinander Verträge abschließen können, wobei die Validierung auch nur von den entsprechenden Teilnehmern vorgenommen werden kann. Es sollen explizit reguläre Gesetze und Vorschriften mit Smart Contracts abgebildet werden.

        Quorum von JPMorgan wurde auf Basis von Ethereum zu einer Permissioned Blockchain umgebaut. Die Plattform unterstützt private bzw. vertrauliche Transaktionen und Smart Contracts, um so die Möglichkeit einer verschlüsselten Kommunikation zwischen einzelnen Teilnehmern zu schaffen. Als Konsensmechanismus können verschiedene Variationen von BFT verwendet werden. Ebenfalls wird wie bei Hyperledger und R3 kein energieaufwändiges Proof-of-Work Verfahren verwendet. Es gibt auch keine native Kryptowährung und somit entfallen auch Transaktionskosten, wie es bei Ethereum der Fall ist. Das Berechtigungssystem selbst läuft über Smart Contracts ab. Ein wesentlicher Vorteil ist die Ähnlichkeit zu Ethereum, was eine kurze Einarbeitungszeit für Entwickler bedeutet.

        Zum Schluss kommen wir noch generell zu wichtigen Eigenschaften einer Blockchain, die zu Vor- und Nachteilen je nach Anwendungsfall führen können

        Dezentralität

        Durch ein Peer-to-Peer System besteht keine Abhängigkeit zu Third Parties. Die Transaktionen gehen direkt vom Sender zum Empfänger. Durch die Synchronisation der Peers besitzt jeder Teilnehmer stets die aktuelle Version.

        Unveränderbarkeit (Immutability)

        Transaktionen können nicht rückgängig gemacht oder editiert werden. Dies kann je nach Anwendungsfall jedoch auch ein Nachteil sein.

        Ausfallsicherheit, Erreichbarkeit (Availibility)

        Bei öffentlichen Blockchains besteht eine Uptime von 100%. Das kann bei herkömmlichen Client-Server Systemen niemals angenommen werden. Außerdem ist das Netzwerk für jeden weltweit zugänglich.

        Open Source

        Offene Blockchain-Systeme sind auf Fehler überprüfbar und erweiterbar.

        Sicherheit (Security)

        Bei einer funktionierenden Blockchain mit ökonomischem Anreizmodell ist ein zentraler Angriff auf das System wirtschaftlich nicht sinnvoll. Einzelne Teilnehmer sind jedoch vor Angriffen nicht besonders gut geschützt.

        Kostenreduktion

        Die Auslagerung der Betriebs- und Wartungskosten kann für viele Anwendungsfälle interessant sein. Auch die Kosten für die Sicherstellung des Netzwerkes entfallen, da diese an das Peer-to-Peer Netzwerk ausgelagert werden.

        Redundanz

        Da der aktuelle Stand der Blockchain und alle bereits getätigten Transaktionen redundant gespeichert werden, besteht keine Gefahr auf Informations- oder Datenverlust.

        Transparenz

        Alle Informationen und Transaktionsdaten sind öffentlich und für jeden zugänglich in der Blockchain gespeichert. Es soll angemerkt werden, dass dies bei Blockchains mit Anonymitätsfunktionen (Monero, Dash, etc.) nicht der Fall ist. Diese Eigenschaft kann sowohl Vor- als auch Nachteil sein.

        Manipulations-Sicherheit

        Durch kryptographische Verfahren kann eine Zuverlässigkeit und Vertrauenswürdigkeit der Daten sichergestellt werden. Durch die Validierung ist auch die Integrität sichergestellt.

        Energieverbrauch

        Durch kryptographische Verfahren kann eine Zuverlässigkeit und Vertrauenswürdigkeit der Daten sichergestellt werden. Durch die Validierung ist auch die Integrität sichergestellt.

        Manipulations-Sicherheit

        Der hohe Energieaufwand bei Proof-of-Work (Anm.: Auf Konsensmechanismen wird in diesem Artikel nicht eingegangen) Blockchains wie Bitcoin ist enorm und offensichtlich ein Nachteil. Aus einer anderen Sicht ist der hohe Energieaufwand aber ein Vorteil: Je höher der Energieaufwand insgesamt ist, desto höher sind auch die Kosten für einen (51%-)Angriff auf das System. Dieser Umstand erhöht somit die Stabilität und Sicherheit einer Blockchain.

        Skalierbarkeit

        Aktuelle Blockchain-Systeme sind nicht beliebig skalierbar. Einerseits gibt es eine Obergrenze bei der Anzahl an Transaktionen pro Sekunde und andererseits braucht eine Blockchain je nach Implementierung sehr viel Speicherplatz.

        Integration

        Derzeit ist es auf Grund der Neuartigkeit noch schwierig, eine Integration von Blockchains in bestehenden IT-Systemen durchzuführen.

        Performance

        Eine Blockchain ist grundsätzlich weniger performant als eine zentrale Datenbank, da zusätzliche Aufgaben wie die Signierung oder Verifizierung bei jeder Transaktion hinzukommen.

        Fazit

         

        Dieser Beitrag soll einen Überblick über die Blockchain Technologie geben, die uns voraussichtlich noch lange begleiten wird. Für Unternehmen stellt sich die Frage, wie die Blockchain am besten eingesetzt werden kann, um deren Vorteile zu nutzen, ohne durch die Nachteile neue Probleme zu generieren. Um diese Frage zu beantworten, muss jeder Anwendungsfall bezüglich Problemsituation, Anforderungen und Projektziel individuell analysiert werden.

        Insights » Blockchain

        Weitere Fachbeiträge ansehen

        Vereinbaren Sie ein unverbindliches Erstgespräch mit unserem Ansprechpartner

        Christian Buchegger

        Christian Buchegger

        Vereinbaren Sie ein unverbindliches Erstgespräch mit unserem Ansprechpartner