Was ist das Prinzip einer Blockchain? - Weiterbildung Zofingen

Was ist das Prinzip einer Blockchain?

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News, 19. Mai 2022, Marcel Barrer

Frage: Was haben Bitcoin, Ethereum und die Rückverfolgung von Lebensmitteln gemeinsam? 

Antwort: Sie alle verwenden die Blockchain-Technologie.

Grundkonzept der Blockchain

Das Grundkonzept der Blockchain ist ganz einfach. Eine Blockchain ist eine verteilte Datenbank, die eine ständig wachsende Liste verwaltet.  Die Begriffe Kryptowährungen und Blockchain werden gerne vermischt. Meist wird nur über die Probleme der Kryptowährungen wie Bitcoin und Ethereum gesprochen. 

Aufbau einer einfachen Blockchain

Bauen wir nun eine einfache Blockchain. In einem ersten Schritt legen wir eine Blockstruktur fest. Damit es einfach wird, fügen wie nur das Notwendigste hinzu: einen Index, einen Zeitstempel, einige Daten, einen Hash und einen vorherigen Hash.

Ein Hash ist eine kryptographische Funktion, welche einen Input, eine beliebige Datenmenge, in eine feste Zeichenlänge umwandelt. Dieser erstellte Output wird als Hash-Wert bezeichnet. Es ist praktisch unmöglich, aus einem Hash die Daten zu rekonstruieren, denn es ist eine Einwegfunktion.

Bild 1: Eine Kette, die aus drei Blöcken besteht. Der erste Block wird «Genesis-Block» genannt, weil er keinen Vorgänger hat, die anderen Blöcke haben jeweils einen Vorgänger. Der Hash des vorherigen Blocks muss im Block gefunden werden, um die Kettenintegrität zu erhalten.

Als Erstes startet man einen Prozess. Das kann jeder tun, der ein an der Blockchain beteiligter Rechner hat. In diesem Prozess wird ein Datensatz, im Bild der Block 2, generiert. Der Block 2 wird von Tausenden von Rechnern im Netzwerk überprüft und gehasht, in unserem Falle aus dem Index, dem vorhergehenden Hash, dem Zeitstempel und den Daten.

Es kann zu jeder Zeit überprüft werden, ob die Integrität der Blöcke gewährleistet ist. So muss zum Beispiel der Vorgänger von Block 2 den Index 1 haben und der im Block 2 angegebene Vorgängerhash muss dem Hash im Block 1 entsprechen.

Verteilt auf mehrere Knoten

Die Blockchain ist über mehrere Knoten (Rechner) verteilt. Sobald ein Knoten einen neuen Block herstellt, wird dieser ans Netzwerk gesendet.

Bild 2: Peer-to-Peer Netzwerk

Wenn Knoten 1 im Bild mit neuen Knoten in Verbindung tritt, wird nur der neueste Block abgefragt.
Ist der Index des erhaltenen Blockes grösser als der aktuelle Index, wird der erhaltene Block den aktuellen Ketten hinzugefügt. Andernfalls kann die ganze Kette von allen an der Blockchain beteiligten Rechnern geholt werden.

Bild 3: Typische Kommunikationsszenarien

Die Grösse der Bitcoin-Blockchain betrug am 5. April 2022 total 399 Gigabyte. Auf jedem Knoten, der ans Bitcoin-Netzwerk angeschlossen ist, ist eine vollständige Kopie der Daten vorhanden.  

Blockchain in der Logistik eingesetzt

Die Blockchain-Technologie kann nicht nur für Kryptowährungen eingesetzt werden. Mit «IBM Food Trust» beginnt eine neue Ära der Lebensmittelversorgung.  Mit diesem System sollen Umweltverstösse und Manipulationen vermieden werden.

«SAP Leonardo Blockchain» bietet zudem Lösungen für Transportleistungen, Verfolgung von Objekten, Geschäftsprozessen, usw. an.

Auch technische Berufsleute müssen sich zunehmend mit der Technologie der Blockchain auseinandersetzen. Diese wird zunehmend in der Logistik eingesetzt und verbessert die Kommunikation aller Beteiligten der Lieferkette. Die Beteiligten erstellen untereinander sogenannte Smart Contracts. Da diese Vereinbarungen im Netzwerk verteilt werden, sind diese nicht veränderlich.

Hoher Energieverbrauch

Negativ an der Blockchain-Technologie ist der hohe Stromverbrauch. Er beträgt nach Schätzung der University of Cambridge für die Kryptowährung Bitcoin 125,1 TWh pro Jahr (Stand Februar 2022). Im Vergleich dazu verbrauchte die Schweiz 59,2 TWh  pro Jahr.

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