Was ist eine Blockchain?

Eine Blockchain ist ein digitales Verzeichnis, das von mehreren Beteiligten gemeinsam geführt wird. Neue Einträge werden in Blöcken zusammengefasst, die der Reihe nach miteinander verbunden sind. Rechner im Blockchain-Netzwerk prüfen Aktualisierungen nach denselben Regeln. Deshalb entscheidet nicht ein einzelner Datenbankadministrator allein, welche Einträge gültig sind.

Genauer gesagt verbindet eine Blockchain eine Datenstruktur, Kryptografie, verteilte Datenkopien und Konsensregeln. Dadurch lassen sich nachträgliche Änderungen leichter erkennen und unter den Sicherheitsannahmen des Netzwerks zunehmend schwerer umsetzen. Unmöglich sind sie jedoch nicht unter allen Umständen.

Eine Blockchain ist daher mehr als eine Datenbank mit Hashwerten. Sie kombiniert Regeln, die Beteiligte unabhängig prüfen können, mit einem Verfahren zur Auswahl der gültigen Registerversion.

Warum eine Blockchain statt einer einzelnen Datenbank?

Sowohl eine herkömmliche Datenbank als auch eine Blockchain können Daten speichern und abrufen. Der wichtigste Unterschied ist, wer die Einträge verwaltet und wie die Beteiligten die gültige Version bestimmen.

Eine herkömmliche Datenbank wird meist von einer Organisation verwaltet. Deren Administrator legt fest, wer Daten lesen oder ändern darf, und kann Einträge direkt korrigieren, löschen oder wiederherstellen. Die Nutzer vertrauen dabei vor allem dieser Organisation und ihren Systemen.

Bei einer Blockchain prüfen mehrere Knoten – also Rechner mit der Netzwerksoftware – Aktualisierungen nach gemeinsamen Regeln und speichern eigene Kopien des Registers. Eine Transaktion oder ein Block wird nicht allein dadurch gültig, dass ein Knoten ihn vorschlägt. Andere Knoten prüfen unter anderem Signaturen, Salden und Format. Anschließend bestimmen Konsens- und Zweigauswahlregeln, welcher Verlauf fortgesetzt wird.

Beide Ansätze eignen sich für unterschiedliche Anforderungen:

• Eine herkömmliche Datenbank ist meist schneller, kostengünstiger und leichter zu ändern oder vertraulich zu halten. Sie eignet sich, wenn eine vertrauenswürdige Organisation den Vorgang verwaltet.
• Eine Blockchain kann sinnvoll sein, wenn mehrere Beteiligte ein gemeinsames Register benötigen, aber keiner allein über das Ergebnis entscheiden soll. Dafür sind mehr Rechenleistung, Kommunikation und Speicher erforderlich.

Blockchain bedeutet auch nicht, dass alle alles dürfen. In Netzwerken ohne Zugangsbeschränkung kann grundsätzlich jeder nach den Protokollregeln teilnehmen. Netzwerke mit Zugangsbeschränkung behalten bestimmte Tätigkeiten zugelassenen Organisationen vor. Zugang und Einfluss können in beiden Fällen ungleich verteilt sein.

Vier Aufgaben zur Pflege des Registers

Transaktionen oder Zustandsaktualisierungen

Nutzer oder Anwendungen übermitteln signierte Transaktionen oder andere vom Protokoll definierte Aktualisierungen. Knoten prüfen Berechtigung, Format, Salden, Transaktionsnummern, Ausgabebedingungen und weitere Regeln. Eine Nachricht wird nicht allein durch ihre Verbreitung gültig.

Blöcke und kryptografische Verpflichtungen

Gültige Aktualisierungen werden in Blöcken zusammengefasst. Ein Block verwendet normalerweise Hashwerte, darunter baumförmige Zusammenfassungen mehrerer Einträge, um eine kryptografische Bindung an den vorherigen Block und den eigenen Inhalt herzustellen. Werden frühere Daten geändert, passen spätere Bindungen nicht mehr, sofern der betroffene Verlauf nicht ebenfalls neu aufgebaut wird. So werden Manipulationen erkennbar; welche Historie das Netzwerk akzeptiert, entscheidet dies allein jedoch nicht.

Replikation und unabhängige Validierung

Knoten tauschen Blöcke aus und speichern die für ihre jeweilige Aufgabe benötigten Daten. Ein vollständig validierender Knoten wendet die Protokollregeln selbst an, statt sich auf einen Block-Explorer oder die Beschreibung eines anderen Knotens zu verlassen. Nicht alle Beteiligten speichern die gesamte Historie oder erfüllen dieselben Aufgaben. „Verteilt“ bedeutet außerdem nicht, dass Ressourcen und Einfluss gleich verteilt sind.

Konsens und Zweigauswahl

Konsens koordiniert die akzeptierte Reihenfolge gültiger Vorschläge. Vollständige Bitcoin-Knoten prüfen Blöcke; der Arbeitsnachweis liefert anhand der angesammelten Arbeit ein Signal für die Kettenauswahl. Beim Anteilsnachweis von Ethereum stimmen Validatoren über den Blockverlauf ab. Eine Regel bestimmt, welchem Zweig gefolgt wird, und Kontrollpunkte mit genügend Stimmen können die im Protokoll definierte Endgültigkeit erreichen. Konsensverfahren beruhen auf unterschiedlichen Annahmen und sollten nicht alle als Mining bezeichnet werden.

Was ändert sich, wenn eine Transaktion akzeptiert wird?

Bitcoin verwendet ein Modell nicht ausgegebener Transaktionsausgänge (UTXO). Ein UTXO ist ein durch eine frühere Transaktion erzeugter Betrag, der noch nicht ausgegeben wurde. Eine gültige Transaktion verbraucht bestehende Ausgänge gemäß ihren Bedingungen und erzeugt neue; Knoten lehnen widersprüchliche Ausgaben ab. Ethereum verwaltet stattdessen einen kontobasierten Zustand. Transaktionen können Salden, Transaktionsnummern, Vertragscode oder Speicher ändern.

In beiden Modellen verschiebt die Blockchain keine Coin-Dateien zwischen Adressen. Knoten berechnen aus der akzeptierten Reihenfolge gültiger Aktualisierungen den nächsten Zustand. Eine Wallet bereitet Anweisungen vor und signiert sie oder interagiert mit einem Anbieter; ihre Oberfläche ist nicht das gemeinsame Register.

Manipulationsnachweis, Reorganisationen und Finalität

Kryptografische Verknüpfungen machen einen geänderten historischen Block mit späteren Bindungen unvereinbar. Hashwerte verhindern das Umschreiben jedoch nicht physisch. Der Widerstand entsteht durch die Kosten und Entscheidungsregeln für den Ersatz der akzeptierten Historie sowie dadurch, dass Beteiligte die Validierungsregeln korrekt anwenden.

Die jüngere Historie kann neu geordnet werden, wenn die Zweigauswahlregel des Netzwerks einen anderen gültigen Zweig wählt. Bei manchen Protokollen steigt die Sicherheit mit jedem weiteren Block; andere definieren Endgültigkeit durch Stimmen oder Zertifikate. Diese Garantien können bei schweren Fehlern, Protokollmängeln oder der Kompromittierung genügend vieler Beteiligter versagen. Die Bezeichnung aller Blockchain-Einträge als dauerhaft unveränderlich verschweigt diese Bedingungen.

Was Konsens nicht beweist

Konsens kann zeigen, dass die Netzwerkteilnehmer Daten nach den Protokollregeln akzeptiert haben. Er kann nicht unabhängig beweisen, dass eine Aussage über die Außenwelt stimmt. Meldet ein Datenanbieter eine Temperatur oder vermerkt ein System die Zustellung eines Pakets, belegt die Speicherung auf der Blockchain den Eintrag und seine Verarbeitungsgeschichte – nicht das physische Ereignis selbst.

Dasselbe gilt für Programmcode. Eine deterministische Ausführung kann reproduzieren, was ein Smart Contract tun sollte. Sie garantiert aber nicht, dass der Code fehlerfrei ist, eine Benutzeroberfläche den Aufruf richtig erklärt hat oder das wirtschaftliche Ergebnis wünschenswert ist.

Blockchain, Kryptowährung und Distributed Ledger

Eine Blockchain ist eine Form des verteilten Registers, die Einträge in verknüpften Blöcken organisiert. Eine Kryptowährung ist ein Vermögenswert, der nach den Regeln eines Netzwerks verbucht wird. Distributed-Ledger-Technologie (DLT) ist ein weiterer Oberbegriff und verwendet nicht immer eine einzelne Blockkette. Manche verteilten Register nutzen einen gerichteten azyklischen Graphen (DAG), in dem Einträge statt einer Blockfolge einen Graphen ohne kreisförmigen Pfad bilden. Daher ist nicht jedes verteilte Register eine Blockchain.

Eine Blockchain kann neben übertragbaren Vermögenswerten weitere Zwecke unterstützen. Ihre Verwendung macht eine Anwendung jedoch nicht automatisch dezentral, privat, skalierbar oder vertrauenswürdig. Diese Eigenschaften müssen anhand von Governance, Knotenbetrieb, Datensichtbarkeit und Protokolldesign getrennt beurteilt werden.

FAQ

Verwendet jede Blockchain Mining?

Nein. Mining ist mit Systemen auf Grundlage des Arbeitsnachweises verbunden. Netzwerke mit Anteilsnachweis verwenden Validatoren und Abstimmungen; Netzwerke mit Zugangsbeschränkung können andere Konsensverfahren einsetzen.

Ist eine Blockchain dasselbe wie ein Block?

Nein. Ein Block ist eine einzelne, vom Protokoll definierte Dateneinheit. Eine Blockchain ist die nach den Netzwerkregeln geführte, verknüpfte Registerhistorie.

Können Daten jemals aus einer Blockchain entfernt werden?

Das hängt von der Bedeutung von „löschen“ und vom jeweiligen Protokoll ab. Eine Neuordnung kann aktuelle Blöcke aus der maßgeblichen Historie verdrängen; Anwendungen können Daten ausblenden; manche Systeme erlauben Zustandsänderungen oder das Entfernen lokal nicht mehr benötigter Daten. Historische Bindungen und Kopien anderer Beteiligter können dennoch bestehen bleiben. Löschen, Bereinigen, Zurücksetzen und das Verlassen der maßgeblichen Historie sind unterschiedliche Vorgänge.

Verwandte Begriffe und weiterführende Lektüre

Lies über Blöcke, Blockchain-Adressen, Wallets und Gasgebühren oder kehre zum Krypto-Glossar zurück.

Einen ergänzenden historischen Vergleich bietet der OKX-Learn-Artikel Blockchains, Bitcoin and Ethereum (englisch). Er ist keine Protokollspezifikation.

Quellen

• NISTIR 8202: Blockchain Technology Overview — Architektur verteilter Register, Konsens, Berechtigungsmodelle, Manipulationsresistenz und Grenzen externer Daten.
• Bitcoin Developer Guide: block chain — Full-Node-Validierung, UTXOs, Proof-of-Work und Chain-Auswahl.
• Bitcoin Developer Reference: block chain — Block- und Transaktionsdatenstrukturen.
• Ethereum: proof-of-stake — Validatoren, Attestierungen, Fork Choice und Finalität.
• Ethereum: accounts — kontobasierter Zustand, EOAs und Vertragskonten.