Block-was?

Grundlegende Erklärungen einer Blockchain

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

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

🚀 by Decker

Was ist das eigentlich - eine Blockchain?

Eine Blockchain ist, einfach ausgedrückt, eine verteilte Datenbank, die eine ständig wachsende Liste von Aufzeichnungen, die so genannten Blöcke, enthält.

Diese Blöcke sind durch eine Methode miteinander verbunden, bei der jeder Block einen kryptografischen Hash (eine Gleichung zur Überprüfung der Gültigkeit von Daten) des vorherigen Blocks, einen Zeitstempel und ein Element der Transaktionsdaten enthält. Diese Angaben können nicht rückwirkend geändert werden, ohne dass alle nachfolgenden Blöcke geändert werden sowie die Zustimmung des gesamten Netzwerks. Dies gewährleistet Integrität der Daten und ermöglicht es, diese Informationen als eine einzige Wahrheitsquelle für ihre Nutzer angesehen werden.

Woher kommt der Name Blockchain?

Der Begriff “Blockchain” setzt sich aus zwei Wörtern zusammen. Was bedeuten diese?

“Block”: geografischen Standort, “Chain”: Verbindung zwischen Standorten.
- Nein, der Name beschreibt nicht den geografischen Standort!
“Block”: physische Blockaden, “Chain”: Art von Sicherheitsmechanismus.
- Nein, der Name bezieht sich nicht auf physische Blockaden und Chain ist auch keine Art von Sicherheitsmechanismus!
“Block”: Stopp, “Chain”: eine Kette von Ereignissen.
- Nein, der Name beschreibt keinen Stopp!
“Block”: Dateneinheiten, “Chain”: Art, wie Blöcke verbunden sind.
- Richtig!

Woher kommt der Name Blockchain?

Der Name Blockchain setzt sich aus den englischen Wörtern „block“ und „chain“ zusammen, was auf Deutsch „Block“ und „Kette“ bedeutet.

Diese Bezeichnung beschreibt die Funktionsweise der Technologie:

Daten werden in Blöcken gespeichert, und jeder Block ist kryptografisch mit dem vorherigen Block verbunden, wodurch eine Kette von Blöcken entsteht.

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:

Blöcke

Blockkette

Netzwerk

images/Struktur einer Blockchain.png — Die grundlegende Struktur einer Blockchain

Blöcke

Jeder Block in der Blockchain besteht aus den folgenden Hauptkomponenten:

Vorheriger Hash

Der Hash des vorherigen Blocks, der den Block mit der Kette verbindet und die chronologische Reihenfolge beibehält.

Transaktionsdaten

Ein Block enthält eine Reihe von Transaktionen oder Informationen. Dabei kann es sich um finanzielle Transaktionen (z. B. bei Bitcoin) oder andere Daten (z. B. bei intelligenten Verträgen) handeln.

Merkle-Wurzel

Der kombinierte Hash aller Transaktionen im Block. Dadurch können Transaktionen effizient und sicher verifiziert werden.

Blockkette

Jeder Block ist mit dem vorherigen Block verknüpft, indem der Hash des vorherigen Blocks in seinem Header gespeichert wird.

So entsteht eine Kette von Blöcken.

Der erste Block in der Kette wird als Entstehungsblock bezeichnet. Da er keinen Vorgänger hat, enthält er einen speziellen Hash.

images/Hashkette.png — Darstellung einer Hash-Kette

Netzwerk (dezentralisierte Struktur)

Knoten

Die Blockchain wird von einem Netzwerk aus Computern (Knoten) verwaltet.
Jeder Knoten speichert eine vollständige Kopie der Blockchain.
Knoten sind aktiv an der Verifizierung und Validierung von Transaktionen und Blöcken beteiligt.

Konsensmechanismus/Validierung

Der Konsensmechanismus sorgt dafür, dass alle Knoten sich über die Gültigkeit von Transaktionen einig sind.

Beispiele:

Proof of Work (PoW): Knoten lösen Rechenaufgaben, um Blöcke zu validieren. Dies erfordert viel Rechenleistung und Energie, schützt aber vor Manipulation.
Proof of Stake (PoS): Knoten mit mehr Anteilen an der Blockchain haben eine höhere Chance, Blöcke zu validieren. Dieser Ansatz ist energieeffizienter und fördert langfristige Teilnahme.

Verbindung von Netzwerk und Knoten

Knoten sind über ein Peer-to-Peer-Protokoll (P2P) miteinander verbunden, was den Austausch von Transaktionen und Blöcken ermöglicht.

Diese dezentrale Kommunikation sorgt dafür, dass alle Knoten die gleichen Daten besitzen und synchron bleiben.
Der Konsensmechanismus koordiniert, wie Einigkeit über die Reihenfolge und Gültigkeit von Transaktionen erzielt wird, und schützt das Netzwerk vor Manipulationen, sodass es auch bei unehrlichen Knoten funktionsfähig bleibt.

Quellen

Hinckeldeyn, Johannes, 2019; Blockchain-Technologie in der Supply Chain - Einführung und Anwendungsbeispiele

Fill, Hans-Georg & Meier, Andreas, 2020; Blockchain - Grundlagen, Anwendungsszenarien und Nutzungspotenziale

Bitkom, 2016; Blockchain #Banking - Ein Leitfaden zum Ansatz des Distributed Ledger und Anwendungsszenarien

DHL, 2024; Logistics TREND RADAR 7.0

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

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