DUH-IT
Die Blockchain-Grundlagen 2: Wie ist ein Block aufgebaut?
Ein Projekt von TU Dortmund und Fraunhofer IML gefördert durch EFRE/JTF NRW
Der Block als Baustein der Blockchain
Auf den ersten Blick sieht ein Block aus wie ein einfacher Datenbehälter.
Er besteht aus mehreren Teilen, die…
- seinen Platz in der Kette zeigen
- ihn eindeutig erkennbar machen
- die Informationen speichern
- beim Hinzufügen der Blöcke helfen
Ein Blick auf die einzelnen Teile zeigt, wie sie gemeinsam dafür sorgen, dass die Daten sicher, nachvollziehbar und vertrauenswürdig bleiben.
Der Aufbau einer Blockchain
Eine Blockchain besteht aus einer Kette von Blöcken, die in chronologischer Reihenfolge miteinander verbunden sind. Jeder Block enthält Daten, die mit kryptografischen Methoden geschützt sind. Die grobe Struktur einer Blockchain kann in mehrere Schichten und Komponenten unterteilt werden:
Transaktionen
Blöcke
Blockkette
Netzwerk
Woraus besteht ein Block?
Blockheader
Neben den Transaktionsdaten enthält ein Block auch einen Blockheader (Blockkopf), welcher die Metadaten enthält.
Metadaten sind Daten über Daten – sie beschreiben, strukturieren oder erklären andere Daten, ohne selbst deren Inhalt zu sein.
Hash
- Ein Hash oder eine Hashfunktion ist wie ein digitaler Fingerabdruck.
- Sie nimmt eine Eingabe beliebiger Größe und erzeugt eine Ausgabe mit fester Länge.
- Die Eingabe kann jede Art von Datei sein.
- Eine häufig verwendete Hashfunktion ist die SHA-256 (Secure Hash Algorithm – 256 Bit).
- Die Ausgabe ist eine Zeichenkette im Hexadezimalformat.
Hash
- Ein Hash oder eine Hashfunktion ist wie ein digitaler Fingerabdruck.
- Sie nimmt eine Eingabe beliebiger Größe und erzeugt eine Ausgabe mit fester Länge.
- Eine kleine Änderung in den Eingabedaten führt zu einer drastischen Änderung der Ausgabe.
- Zum Beispiel:
- SHA-256 von „Dortmund“: 2ad64c143f3eb3b8177f9b9bc71f548cf0e6be163c1a73f6785b400739199850
- SHA-256 von „dortmund“: 49ffa0597506d25557a2f436f042931eecd373c1c63b64f95f81b33528313315
- SHA-256 von „1;7– xyz“: 1f6c9129615be16a5f01dfb59712636cf290591ac37f5f6bcd028d06838cc74f
Aus dem Hash können keine Rückschlüsse auf die ursprüngliche Eingabe gezogen werden!
Vorheriger Hash
Jeder Block ist mit dem vorherigen Block verknüpft, indem der Hash des vorherigen Blocks in seinem Header gespeichert wird.
Der erste Block in der Kette wird als Ursprungsblock bezeichnet. Da er keinen Vorgänger hat, enthält er einen speziellen Hash.
Merkle Root
- Die Merkle Root fasst alle Transaktionen eines Blocks zu einem einzigen Hashwert zusammen.
- Sie wird über das Hashen der Transaktionen in einem Merkle Root Tree gebildet.
- Transaktionen werden gehasht.
- Hashes werden paarweise erneut gehasht.
- Am Ende entsteht die Merkle Root.
- Jede Änderung an einer Transaktion verändert die Merkle Root und damit den Blockhash.
- Einzelne Transaktionen lassen sich effizient nachweisen.
Nonce (“Number used only once”)
- Es ist möglich, ein Ziel für den Hash-Wert festzulegen.
- Dieses Ziel wird manchmal auch als Block-Schwierigkeit oder Netzwerk-Schwierigkeit bezeichnet.
- Zum Beispiel könnte das Ziel für den Hash-Wert sein, dass er mit einer Null (oder mit X Nullen) beginnen muss.
- Die Daten müssen mit einem neuen, unbekannten Wert, der Nonce, erweitert werden, um das Ziel zu erreichen.
Nonce (“Number used only once”)
- Es ist möglich, ein Ziel für den Hash-Wert festzulegen.
- Dieses Ziel wird manchmal auch als Block-Schwierigkeit oder Netzwerk-Schwierigkeit bezeichnet.
- Zum Beispiel könnte das Ziel für den Hash-Wert sein, dass er mit einer Null (oder mit X Nullen) beginnen muss.
- Die Daten müssen mit einem neuen, unbekannten Wert, der Nonce, erweitert werden, um das Ziel zu erreichen.
- Die Transaktionsdaten Dortmund und die Nonce Nonce hashen sich zusammen zum Hash ee15e…
Nonce (“Number used only once”)
- Nonces bestehen aus:
- Zahlen (z. B. 0, 1, 42) – sehr verbreitet
- Buchstaben (z. B. a, X, zK) – selten
- Hexadezimalen Zeichen (z. B. 0a3f, ff12) – häufig
- Das Nonce-„Rätsel“ kann nur durch Trial-and-Error gelöst werden.
- Beispielziel: Der Hashwert muss mit einer Null beginnen.
- Mit der Nonce 0 beginnt der Hash mit 5a31c…, sie erfüllt also nicht die Bedingung.
Nonce (“Number used only once”)
- Nonces bestehen aus:
- Zahlen (z. B. 0, 1, 42) – sehr verbreitet
- Buchstaben (z. B. a, X, zK) – selten
- Hexadezimalen Zeichen (z. B. 0a3f, ff12) – häufig
- Das Nonce-„Rätsel“ kann nur durch Trial-and-Error gelöst werden.
- Beispielziel: Der Hashwert muss mit einer Null beginnen.
- Mit der Nonce 1 beginnt der Hash mit e48fa…, die Bedingung ist also weiterhin nicht erfüllt.
Nonce (“Number used only once”)
- Nonces bestehen aus:
- Zahlen (z. B. 0, 1, 42) – sehr verbreitet
- Buchstaben (z. B. a, X, zK) – selten
- Hexadezimalen Zeichen (z. B. 0a3f, ff12) – häufig
- Das Nonce-„Rätsel“ kann nur durch Trial-and-Error gelöst werden.
- Beispielziel: Der Hashwert muss mit einer Null beginnen.
- Mit der Nonce 43 beginnt der Hash mit 01ab0…, der Hash erfüllt also die Bedingung einer führenden Null.
Die Erstellung dieser Inhalte wurde durch das Forschungsprojekt DUH-IT gefördert.
