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Die Blockchain-Grundlagen 4: Wie wird mit der Blockchain interagiert?

DUH-IT - Innovationstransfer für die Region Dortmund-Unna-Hamm

Ein Projekt von TU Dortmund und Fraunhofer IML gefördert durch EFRE/JTF NRW

🚀 by Decker

Knotenpunkte des Vertrauens

Die Stärke einer Blockchain liegt nicht nur in den Blöcken selbst, sondern in der Art, wie die Knoten (Nodes) zusammenarbeiten und sich auf die Daten einigen.

Vertrauen und Stabilität entstehen durch gemeinsame Regeln und Zusammenarbeit. Relevant hierfür sind:

Nodes, welche das Netzwerk lebendig, dezentral und robust.
Konsensmechanismen, die dafür sorgen, dass alle Nodes einheitlich handeln.

Das Netzwerk funktioniert zuverlässig, wenn alle zusammenarbeiten und gemeinsame Regeln beachten.

Nodes im Blockchain-Netzwerk

Eine Node (Knoten) ist ein Computer oder Gerät, das aktiv am Blockchain-Netzwerk teilnimmt. Jeder Knoten trägt zur Dezentralität und Sicherheit des Systems bei.

Jede Node…

speichert eine vollständige Kopie der Blockchain.
empfängt, prüft und leitet Transaktionen und Blöcke weiter.
validieren oder erzeugt Blöcke, je nach Typ.

Durch viele Knoten entsteht ein dezentralisiertes System, das auch bei Ausfall einzelner Teilnehmer stabil bleibt. Es gibt keine zentrale Kontrollinstanz.

Konsensmechanismen

Damit eine Blockchain funktioniert, müssen sich alle Knoten auf den gültigen Stand einigen.

Diese Einigung erfolgt über einen Konsensmechanismus.

Konsensmechanismen…

bestimmen, welcher Block als nächster in die Blockchain aufgenommen wird.
verhindern Manipulation, z. B. durch doppelte Ausgaben.
sichern die Integrität und Einheitlichkeit der Blockchain trotz dezentraler Struktur.
ermöglichen, dass alle Knoten unabhängig und gleichzeitig denselben Blockchain-Stand akzeptieren.

Die zwei wichtigsten Konsensmechanismen

Proof of Work (PoW):

Knoten lösen komplexe, rechenintensive Aufgaben, um einen neuen Block zu erzeugen.
Sehr sicher, aber energieaufwendig.
Der erste Knoten, der das Rätsel löst, wird belohnt (z. B. mit Kryptowährung).
Bitcion ist eine auf PoW-basierte Blockchain

Proof of Stake (PoS):

Knoten validieren Blöcke basierend auf ihrem Stake (Besitzanteil) im System.
Energieeffizienter als PoW und fördert langfristige Beteiligung.
Manipulation wird erschwert, da ein höherer Stake nötig ist, um das System zu beeinflussen.
Ethereum 2.0 ist eine auf PoS-basierte Blockchain

Bitcoin.org (Public Domain)

Ethereum.org (CC BY 3.0)

Vernetzung und Datensynchronisierung

Die Kommunikation zwischen den Knoten erfolgt über ein Peer-to-Peer-Protokoll (P2P). Jeder Knoten ist hierbei direkt und ohne zentrale Steuerung mit mehreren anderen verbunden.

Neue Transaktionen werden im Netzwerk verbreitet (Broadcast) und unabhängig validiert.
Gültige Transaktionen kommen in einen Zwischenspeicher, den sogenannten Mempool.
Blöcke werden erstellt, im Netzwerk verteilt und per Konsens genehmigt.

Der Konsensmechanismus stellt hier sicher, dass alle Knoten dieselbe gültige Blockchain-Version übernehmen.

Überblick über ein Blockchain-Netzwerk

Quizfragen

Wie verläuft eine Blockchain-Transaktion?

A. Die Transaktion wird an das P2P-Netz der Knoten übertragen.

B. Die Transaktion ist abgeschlossen!

C. Jemand beantragt eine Transaktion.

D. Ein neuer Block wird dauerhaft und unabänderlich zur Blockchain hinzugefügt.

E. P2P-Knoten validieren Transaktionen und Benutzerstatus mithilfe von bekannten Algorithmen.

Quellen

Fill, H.-G., & Meier, A. (2020). Blockchain kompakt: Grundlagen, Anwendungsoptionen und kritische Bewertung. Springer Vieweg.

Knuth, D. E. (2000). The art of computer programming. Upper Saddle River, NJ: Addison-Wesley.

Bildquellen

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Die Erstellung dieser Inhalte wurde durch das Forschungsprojekt DUH-IT gefördert.

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