Blockchain-Leitfaden

Was ist Blockchain?

Blockchain ist eine revolutionäre Technologie, die die Aufzeichnung von Transaktionen in einer verteilten Datenbank ermöglicht. Sie ist die Grundlage von Kryptowährungen wie Bitcoin und Ethereum, geht aber weit darüber hinaus. Im Wesentlichen ist eine Blockchain eine Kette von Blöcken, wobei jeder Block eine Liste von Transaktionen enthält. Diese Blöcke sind miteinander verknüpft und durch Kryptografie gesichert, so dass eine fälschungssichere und manipulationssichere Kette entsteht. Die dezentralisierte Natur der Blockchain bedeutet, dass sie sich nicht auf einen zentralen Kontrollpunkt stützt. Stattdessen wird ein Peer-to-Peer-Netzwerk verwendet, in dem jeder Teilnehmer (Node) eine Kopie der Datenbank besitzt, was Transparenz und Sicherheit gewährleistet. Dies macht Blockchain zu einer idealen Lösung für Situationen, in denen Vertrauen ein Problem ist oder eine zentrale Kontrolle ein Risiko darstellt.

Wie funktioniert Blockchain?

Die Funktionsweise von Blockchain lässt sich in mehrere wichtige Schritte unterteilen:

1. Initiierung einer Transaktion: Ein Nutzer initiiert eine Transaktion, die Kryptowährungen, Verträge, Aufzeichnungen oder beliebige digitale Daten umfassen kann.
2. Block-Erstellung: Sobald eine Transaktion initiiert wurde, wird sie mit anderen Transaktionen gruppiert, um einen neuen Block zu erstellen.
3. Validierung: Die Netzwerkknoten validieren die Transaktion mithilfe von Algorithmen. In einigen Blockchains wie Bitcoin wird dieser Vorgang als Mining bezeichnet.
4. Hashing und Verknüpfung: Jeder Block erhält einen eindeutigen Hash (einen kryptografischen Fingerabdruck) und enthält den Hash des vorangegangenen Blocks, wodurch sie miteinander verknüpft werden.
5. Hinzufügen zum Ledger: Nach der Validierung wird der Block zur Blockchain hinzugefügt, und die Transaktion ist abgeschlossen.

Warum ist Blockchain so wichtig?

Die Blockchain-Technologie stellt einen Paradigmenwechsel in der Art und Weise dar, wie Informationen gesammelt und kommuniziert werden. Sie bietet eine sichere und transparente Möglichkeit, Transaktionen aufzuzeichnen und Daten zu verwalten. Die Auswirkungen sind weitreichend und umfassen Folgendes:

• Erhöhte Sicherheit: Die dezentrale und kryptografische Natur der Blockchain macht sie sicher vor Manipulationen und Betrug.
• Erhöhte Transparenz: Mit Blockchain sind alle Transaktionen für alle Teilnehmer sichtbar, was eine beispiellose Transparenz gewährleistet.
• Geringere Kosten: Durch den Wegfall von Zwischenhändlern reduziert die Blockchain die Transaktionskosten und die Komplexität.
• Verbesserte Effizienz: Blockchain automatisiert und rationalisiert Prozesse, was zu schnelleren und fehlerfreien Transaktionen führt.

Anwendungen von Blockchain

Das Potenzial von Blockchain erstreckt sich über verschiedene Sektoren:

• Kryptowährungen: Digitale Währungen wie Bitcoin und Ethereum.
• Intelligente Verträge: Selbstausführende Verträge, bei denen die Bedingungen direkt in den Code geschrieben werden.
• Lieferkettenmanagement: Verbesserung der Transparenz und Rückverfolgbarkeit.
• Bankwesen und Finanzen: Für sichere und effiziente Transaktionen.
• Gesundheitswesen: Sichere und effiziente Verwaltung medizinischer Daten.
• Wahlsysteme: Gewährleistung sicherer und fälschungssicherer Wahlverfahren.
• Geistiges Eigentum: Schutz und Verwaltung digitaler Rechte.

Fortgeschrittene - Was ist die Blockchain-Datenstruktur?

Die Blockchain-Datenstruktur wird als eine rückverknüpfte Aufzeichnung von Blöcken von Transaktionen erklärt, die geordnet ist. Sie kann als Datei oder in einer einfachen Datenbank gespeichert werden. Jeder Block ist an einem Hash zu erkennen, der mit dem kryptografischen Hash-Algorithmus SHA256 in der Kopfzeile des Blocks erstellt wird. Jeder Block verweist auf einen früheren Block, der auch als Elternblock bezeichnet wird, im Feld "previous block hash" im Blockkopf. Schauen wir uns zunächst die einzelnen Begriffe genauer an.

Index - Dieser Begriff symbolisiert die Position des Blocks innerhalb der Blockchain. Der erste Block hat den Index "0", der nächste "1", und so weiter.
Hash - Hash ist die Funktion, die eine schnelle Klassifizierung der Daten im Datensatz ermöglicht.
Vorheriger Hash - Jeder einzelne Block in der Blockchain-Datenstruktur ist mit seinen Vorgängern verbunden. Diese Eigenschaft trägt zur Unveränderlichkeit bei, da die Reihenfolge der Blöcke variiert.
numTx - Hier wird die Anzahl der in dem Block aufgezählten Transaktionen festgehalten.
Timestamp - Er speichert die Zeitaspekte, wann der Block erstellt wurde.
Nonce - Hier wird die Ganzzahl (32 oder 64 Bit) gespeichert, die bei der Mining-Methode verwendet wird.
Transaction - Dies ist eine andere Spur, die als Array im Rahmen des Blocks gespeichert wird. Sie speichern die spezifische Version einer Transaktion, die bisher im Block ausgeführt wurde.
Merkel-Baum - Ein Merkle-Baum, auch als binärer Hash-Baum bezeichnet, ist eine Datenstruktur, die zur effizienten Zusammenstellung und Überprüfung der Aufrichtigkeit großer Datenmengen verwendet wird.

Was ist ein Block?

Ein Block ist eine Paketdatenstruktur. Laut Bitcoin Book ist ein Block eine Container-Datenstruktur, die Transaktionen für die Aufnahme in das öffentliche Hauptbuch, die Blockchain, bündelt.

Block-Details

Der Block besteht aus einem Header, der Metadaten enthält, und einer langen Aufzeichnung von Transaktionen, die seine Größe vorgibt. Der Blockkopf ist 80 Byte groß und die gemeinsame Transaktion ist mindestens 400 Byte groß. Der gemeinsame Block umfasst mehr als 1900 Transaktionen. Ein vollständiger Block mit allen Transaktionen ist fast 10.000 Mal größer als der Blockkopf.

Was ist der Block-Header?

Der Block-Header besteht aus Metadaten (Daten über Daten).

Der Block-Header im Einzelnen

Der erste Teil: Es gibt einen Verweis auf einen früheren Block-Hash, der diesen Block mit dem früheren Block in der Blockchain verbindet.
Der zweite Teil: Hier finden sich Metadaten wie Zeitstempel und Nonce, die mit dem Mining-Race korrelieren.
Der dritte Teil: Bei diesen Metadaten handelt es sich um die Merkle-Baumwurzel. Diese Baumwurzel ist eine Datenstruktur, die verwendet wird, um alle Transaktionen in einem Block effizient zusammenzustellen.

Die Blockbezeichner

Die Blöcke können auf zwei Arten identifiziert werden. Dies sind der kryptographische Hash und die Blockhöhe.

Der primitive Identifikator eines Blocks ist sein kryptografischer Hash. Er wird auch als digitaler Fingerabdruck bezeichnet, der durch zweimaliges Hashing des Blockkopfes mit dem SHA256-Algorithmus erstellt wird. Der sich daraus ergebende 32-Byte-Hash wird als Block-Hash bezeichnet, ist aber genauer gesagt der Block-Header-Hash, da er zu dessen Berechnung verwendet wird. Ein Beispiel: 000000000019d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f ist der Block-Hash des ersten Bitcoin-Blocks, der jemals erstellt wurde. Der Block-Hash erkennt einen Block und kann von jedem Knoten autonom bestimmt werden, indem der Block-Header direkt gehasht wird.

Eine weitere Möglichkeit, einen Block zu erkennen, ist seine Position in der Blockchain. Dies wird als Blockhöhe bezeichnet. Der erste Block, der erstellt wird, hat die Blockhöhe 0 (Null) und ist derselbe Block, der zuvor vom nächsten Block-Hash zitiert wurde: 000000000019d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f.

Was ist der Genesis-Block?

Der erste Block in der Blockchain ist als Genesis-Block bekannt. Er wurde im Jahr 2009 erstellt. Er ist der universelle Elternteil aller Blöcke in der Blockchain. Mit anderen Worten: Wenn man bei einem beliebigen Block beginnt und die Kette gegen den Uhrzeigersinn verfolgt, kommt man schließlich beim Genesis-Block an.

Jeder Knoten beginnt immer mit einer Blockchain von mindestens einem Block, da der Genesis-Block nicht verändert werden kann. Jeder Knoten erkennt immer den Hash und die Struktur des Genesis-Blocks. Er kennt auch den Zeitpunkt, zu dem er erstellt wurde, und sogar seine einzige Transaktion. Somit hat jeder Knoten den Ausgangspunkt für die Blockchain, eine sichere "Wurzel", von der aus eine vertrauenswürdige Blockchain aufgebaut werden kann.