Blockchain - Eine Sicherheitskette für digitale Transaktionen

Das Thema Blockchain ist momentan bei Informatikern, Wirtschaftswissenschaftlern, aber auch bei Finanzinstituten und Versicherern gleichermaßen beliebt.

Als Basis für Digitalwährungen, auch Kryptowährungen genannt, ist die Blockchain im Prinzip ein sehr langes, digitales Journal wie es aus der Betriebswirtschaft bekannt ist. Hier werden alle jemals getätigten und neu angelegten Geschäftsvorgänge eingetragen und gespeichert. Das Besondere an dieser Art von Datenbank ist dabei ihre starke Sicherheit gegenüber Manipulationsversuchen.

Diese Sicherheit beruht auf zwei besonderen Merkmalen: Der Integrität und der Dezentralität. Integrität bedeutet in diesem Kontext eine starke Fälschungssicherheit gegenüber Angriffen Unbefugter. Um dieses Prinzip zu verstehen, muss die Struktur der Blockchain angesehen werden. Die Grundelemente ihres Aufbaus sind Transaktionen. Im Falle der Kryptowährungen wie Bitcoin sind dies Übertragungen der digitalen Zahlungseinheiten von einem Konto auf ein anderes. Diese Transaktionen werden in Einheiten, Blöcke genannt, zusammengefasst. Ein Block enthält alle in einem gewissen Zeitraum getätigten Transaktionen. Bei Bitcoin umfasst dieser Zeitraum ungefähr 10 Minuten. Um diese Blöcke sicher vor fremden Zugriffen zu machen, also nachträglichen Veränderungen von Transaktionen, kommt eine in der Fachsprache als Hashfunktion bezeichnete Technik zum Einsatz. Das Prinzip der Hashfunktion basiert darauf, dass aus einem Block, der die Transaktionen in einem gewissen Zeitraum protokolliert, gewissermaßen eine digitale Signatur generiert wird, die einzigartig für einen bestimmten Block ist und diesen eindeutig ausweist. Dabei ist es sehr einfach, mithilfe der Signatur den zugehörigen Block zu finden, aber extrem schwer, diese Signatur für einen Block zu erstellen.

Die Hashfunktion

Die Hashfunktion wird deshalb auch manchmal als Fingerprint-Funktion bezeichnet, da mit ihr gewissermaßen ein digitaler Fingerabdruck einer Datei erzeugt werden kann. Durch eine Hashfunktion kann ein bestehender Datenblock zweifelsfrei identifiziert werden, da hier der Grundsatz gilt, dass jede Veränderung eines Datenblocks auch eine Veränderung des dazugehörigen Hash erzeugt. Somit kann ein Hash vor allem davor schützen, dass eine Eingabe nachträglich verändert wird. Bei der Blockchain wird sich nun diese Eigenschaft zu Nutze gemacht, indem aus jedem Block innerhalb der Datei ein Hash-Wert erzeugt wird, der an den Anfang eines neuen Blocks geschrieben wird. So sichert jeder nachfolgende Block seinen Vorgänger ab. Die Blöcke hängen innerhalb der Datei also wie in einer langen Kette, der Chain, zusammen. Wollte nun ein Angreifer auch nur ein einziges Detail innerhalb der Datenbank ändern, müsste die Verkettung der Blöcke untereinander verändert werden, denn Teil jedes Blocks ist die Signatur seines Vorgängers, die auch als Teil der eigenen Signatur an den Nachfolger weitergegeben wird.

Die Dezentralität

Nun stellt sich die Frage, wer oder was diese Signaturen erzeugt. Hier kommt das zweite Prinzip der Blockchain zum Tragen: Die Dezentralität. Das System stellt gewissermaßen eine virtuelle Infrastruktur für Transaktionsvorgänge zur Verfügung. Die darin anfallenden Aufgaben (Protokollieren und Signieren) werden nicht von einer zentralen Instanz erledigt, sondern innerhalb des Netzwerks. Ein Netzwerk besteht aus allen am System teilnehmenden Benutzern oder genauer formuliert, den am System teilnehmenden Computern, hinter denen natürlich ein Benutzer steht. Die im Netzwerk anfallenden Aufgaben des Zusammenfassens von Transaktionen in Blöcke und ihre Absicherung durch die Hash-Signatur werden innerhalb dieses Verbundes dezentral verteilt. Die teilnehmenden Rechner stellen ihre Rechenleistung zur Verfügung, um die notwendigen Aktionen im Netzwerk durchzuführen. Die Blockchain-Datei befindet sich dabei als Kopie auf jedem einzelnen Rechner im Netzwerk. Wird der Datensatz nur auf einem einzigen Rechner verändert, wird diese Veränderung sofort an alle Teilnehmer im Netzwerk weitergegeben. Die dezentrale Organisation innerhalb des Netzwerks hat also drei entscheidende Eigenschaften: Es wird für die anfallenden Aufgaben keine zentrale Verwaltungsstelle benötigt, die für den Betrieb notwendige Rechenleistung wird von den Rechnern innerhalb des Netzwerks übernommen und das Netzwerk dient durch die Hinterlegung der kompletten Blockchain-Datei als Sicherung. Sollten große Teile des Netzwerks ausfallen, wären immer noch genug Kopien der Datenbank vorhanden, mit denen das System weiteroperieren könnte. Die Konzepte von Validierung und Dezentralisierung machen die Datei somit sicher vor Angriffen von außen.

Absicherung der Transaktionen

Die Teilnehmer innerhalb des Netzwerks sind also für Protokollierung und Absicherung der Transaktionen und Blöcke zuständig. Da die Blockchain-Datenbank auf allen Rechnern verteilt ist, also jeder Teilnehmer stets über alle Transaktionen im Netzwerk informiert ist, werden die jeweiligen Blöcke auf jedem Rechner erzeugt. Durch den stetigen Austausch der Nutzer untereinander wird sichergestellt, dass alle stets auf dem neusten Stand der im Netzwerk stattgefundenen Transaktionen sind; jeder hat Zugriff auf die gleichen Blocks. Ein Protokoll über alle Transaktionen zu erstellen ist für einen Computer ohnehin eine simple Aufgabe. Anspruchsvoll wird erst das Erzeugen des Hashwertes für den jeweiligen Block. Hier gilt das Windhund Prinzip. Alle Teilnehmer suchen fieberhaft nach der richtigen Signatur und wer sie zuerst gefunden hat, wird belohnt. Dies ist die Grundlage des sogenannten Mining der digitalen Währungen wie Bitcoin. Mit jedem gefundenen Hash werden gleichzeitig auch neue digitale Münzen erzeugt. Mit diesen Münzen werden die Benutzer für ihre Rechenleistung bezahlt.

Weitere Entwicklungen

Durch die Einfachheit, aber auch Sicherheit des Systems, kann die Blockchain-Technologie überall dort zum Einsatz kommen, wo es Transaktionen gibt. Einfache Bezahlmechanismen könnten vor allem im Onlinebereich zum Einsatz kommen. Inzwischen gibt es eine Reihe digitaler Währungen, die dezidiert als digitales Bargeld fungieren sollen. Doch das Blockchainsystem kann noch mehr: In der Theorie ist eine Transaktion nicht nur an Geldbeträge gebunden. Eine Transaktion kann auch eine demokratische Stimmabgabe sein. Diese Vorgänge könnten in einer Blockchaindatenbank festgehalten, ausgezählt und durch einen Hash abgesichert werden. Gerade im Bereich der allgemeinen Transaktionstheorie sind hier noch weitere Entwicklungen zu erwarten.