Einleitung
Die Blockchain-Technologie findet immer mehr Beachtung in der weltweiten Medienlandschaft, dabei werden ihr große disruptive Potentiale für Unternehmen, Branchen und Gesellschaft zugesprochen. Insbesondere für den internationalen Finanzsektor könnte die aufkommende Blockchain-Technologie erhebliche Veränderungen bedeuten.
Längst ist die Blockchain-Technologie mehr als nur das Funktionskonzept hinter der Kryptowährung Bitcoin, vielmehr ist die Technologie mittlerweile als die eigentliche Innovation zu verstehen. Im Vergleich zu den etablierten Systemarchitekturen bringt der Blockchain-Ansatz eine radikale Änderung dieser Architekturen mit sich. Aber auch in Zeiten aufkommender Sicherheitsfragen ist der Einfluss beispielsweise auf die Verschlüsselung von Datentransfers, immens.
Mit der Blockchain-Technologie eröffnen sich neue Chancen und Risiken für Unternehmen, denn es ist durchaus vorstellbar, dass neue Wirtschaftsräume und Businessmodelle generiert werden und bestehende an Bedeutung verlieren oder verschwinden. Deshalb ist es notwendig Wissen über die konzeptionellen Grundlagen zu besitzen sowie die Anwendungsfelder als auch aktuelle Anbieter und Plattformen zu kennen. Im Rahmen des folgenden Beitrags wird eine allgemeine Einführung in das Funktionskonzept der Blockchain-Technologie gewährt, es werden sowohl Nutzungsmöglichkeiten als auch Akteure und Potenziale identifiziert.
Grundlagen der Blockchain
Das folgende Kapitel behandelt die konzeptionelle Funktionsweise einer Blockchain-Technologie, ebenso werden kryptografische Grundlagen vermittelt und abschließend wird das Konzept anhand eines schematischen Beispiels verdeutlicht.
Funktionskonzept
Grundsätzlich ist die Blockchain-Technologie ein elektronisches Register für digitale Datensätze, Ereignisse und Transaktionen. Das Register kann durch ein dezentral-verteiltes Netzwerk von Teilnehmern verwaltet werden.10 Detaillierter betrachtet, setzt die Blockchain-Technologie sich aus einer Menge von Transaktionen und Datensätzen zusammen, die zu Blöcken zusammengefasst werden. Die Blöcke werden mit Hilfe von kryptografischen Verfahren verschlüsselt, wodurch die Datenintegrität gewährleistet wird. Anschließend werden sie sequenziell in Abhängigkeit der Zeit miteinander verkettet, wodurch eine Manipulation eines Datensatzes nachweisbar wird. Neu entstandene Daten werden zu weiteren Blöcken zusammengefasst und an die bestehende Blockchain angehängt.
Es gilt zu unterscheiden zwischen einer zentral und einer verteilt organisierten Blockchain. Ist die Blockchain zentral organisiert, dann werden sämtliche Datensätze und Blöcke von einer Instanz verwaltet. Bei einem verteilt organisierten System werden die Datensätze, Blöcke und Transfers verteilt durch ein Kollektiv von Netzwerkteilnehmern betrieben und verwaltet.
Jeder der Netzwerkteilnehmer besitzt ein vollständiges Protokoll aller getätigten Datentransaktionen sowie Veränderungen an der Blockchain, dadurch ist eine Manipulation der Daten nicht möglich.
Kryptografische Grundlagen
Diverse Blockchain-Technologien nutzen kryptografische Hashfunktionen. Eine Hashfunktion ist ein Algorithmus, der eine Zeichenfolge von beliebiger Länge in eine Zeichenkette feststehender Länge umwandelt. Dieser umgewandelte Wert wird als Hashwert bezeichnet oder im Blockchain-Kontext als Prüfsumme. Eine Zeichenfolge, die von einer feststehenden Hashfunktion verarbeitet wurde, ergibt immer denselben Hashwert. Aber selbst geringe Veränderungen an der Zeichenfolge führen zu einer starken Abweichung vom ursprünglichen Hashwert.11
Es lassen sich drei Kerneigenschaften von kryptografischen Hashfunktionen identifizieren. Erstens ist es nicht möglich, Hashwerte zurück in den Zustand des Dateninputs umzuwandeln, ohne dabei unverhältnismäßig vorzugehen. Zweitens ist es unverhältnismäßig einen Dateninput zu finden, der beim Verwenden der Hashfunktion zum selben Hashwert führt. Drittens wird im Blockchain-Kontext ein Zeitstempel verwendet, wodurch ein sequenzieller chronologischer Einfluss auf den Hashwert erfolgt, dies erhöht die Sicherheit gegenüber Manipulationen.12 Hashfunktionen werden bei der Blockchain dazu genutzt, die abgeschlossenen Blöcke zu komprimieren, aneinander zu ketten und bei späterem Bedarf zu verifizieren bzw. sie effizient zu vergleichen.
Funktionsbeispiel
Um das Prinzip der Blockchain-Technologie zu verdeutlichen, dient die Abbildung 1. Zu erkennen ist eine vereinfachte Darstellung einer Blockchain, bei der die angesprochenen Dateninputs zu Blöcken zusammengefasst wurden. Die Blöcke können durch eine maximale Größe der Datenmenge oder auch durch einen Zeitraum eingeschränkt werden. Im nächsten Schritt wird der Block 1 von einer Hashfunktion zu Hashwerten umgewandelt. Dieser Hashwert wird anschließend im darauffolgenden Block 2 zum neuen Dateninput hinzugefügt. Dadurch entsteht eine sequenzielle Verkettung der konstruierten Blöcke. Durch das Weiterverwenden der Hashwerte entsteht eine Kette aus chronologisch angeordneten Dateninputs (siehe Block 3). Jeder der darauffolgenden Blöcke trägt die Hashwerte der vorhergegangenen Blöcke in sich, wodurch eine eindeutige Zuordnung und Überprüfbarkeit der Datenintegrität gewährleistet wird. Diesen Sachverhalt nennt man Merkle-Tree, er ermöglicht es in einer zentral- und dezentral-verteilten Blockchain eine effiziente Überprüfung der Datenintegrität zu gewährleisten, indem die Hashwerte der jeweiligen Protokolle verglichen werden können und somit Manipulationen identifiziert werden.
Abbildung 1: Schematische Darstellung einer Blockchain.13
Klassifikationsmerkmale von Blockchains
Das Bitcoin-Netzwerk ist das bekannteste Beispiel für eine verteiltedezentrale Implementierung einer Blockchain. Das Register-Protokoll wird nicht von einer Instanz verwaltet, sondern von den Teilnehmern im Netzwerk selbst. Dieser Ansatz wird auch als verteiltes Register (distributed ledger) bezeichnet. Es gibt mehrere tausend Kopien der Bitcoin-Blockchain, welche auf den Nutzersystemen abgelegt sind, dadurch entsteht ein riesiges Peer-to-Peer-Netzwerk.14
Wie bereits in den vorhergegangenen Abschnitten angesprochen, muss eine Blockchain nicht unbedingt verteilt implementiert sein. Sie kann in Form einer isolierten Instanz als interne Unternehmensstruktur betrieben werden. Diese Unterteilung ist nicht zwingend, denn es ist auch möglich eine Mischform zu konstruieren, bei der gewisse Teile und Komponenten innerhalb der Unternehmensorganisation implementiert werden und nur ausgewählte Informationen, beispielsweise Prüfsummen übermittelt werden. Ein Beispiel für eine Mischform ist die Guardtime-Blockchain, welche von der Estnischen-Regierung dazu genutzt wird, ein flächendeckendes eGovernment umzusetzen.
Ein weiteres Klassifikationsmerkmal einer Blockchain ergibt sich aus der Möglichkeit, mehr als nur Daten in den Blöcken abzulegen, denn sie können auch kleine Programme in Form einer Skriptsprache beinhalten. Beispielsweise ist es im Bitcoin-Netzwerk möglich, kleine rudimentäre Skripte einzubauen. Hingegen ist in der Ethereum-Blockchain eine vollständige Programmiersprache implementiert (sie wird in einem folgenden Kapitel behandelt).
Die Differenzierung einer Blockchain kann auch über die Zugriffsrechte geschehen. Hierbei ist der wesentliche Unterschied das Konzept der Zugangskontrolle. Die Bitcoin-Blockchain ist für jeden zugänglich und jede Person kann sich die Bitcoin-Blockchain herunterladen und die Funktionen in Anspruch nehmen oder eine Rolle darin einnehmen.
Hingegen ist es bei Hyperledger-Blockchain möglich, Nutzer auszuwählen und Rechte zu vergeben, wodurch auch eine Blockchain implementiert werden kann, die interne und externe Nutzer mit verschiedensten Rechten umfasst. Diese Möglichkeit könnte im Unternehmenskontext interessant sein, um beispielsweise eine Supply-Chain gemeinsam mit den Zulieferern aufzubauen.
Ein weiteres Klassifizierungsmerkmal wird über den oder die zugrundeliegenden Use-Cases generiert. Ist die Blockchain ausschließlich für einen Anwendungsfall konzipiert oder kann das Softwarekonzept generisch verwendet werden. Beispielsweise ist die Ethereum Blockchain generisch, d.h. man kann basierend auf der Softwareplattform unterschiedliche Anwendungsszenarien konzipieren. Eine anwendungsfallspezifische Blockchain ist die Namecoin-Blockchain, diese Plattform ist ein alternatives System zur Verwaltung von DNS-Services (Domain Name System).
Die Blockchain-Technologie befindet sich allerdings noch in ihren Anfängen und es ist zu erwarten, dass die aufgeführten Klassifikationsmerkmale mit stetiger Weiterentwicklung möglicherweise noch verschmelzen oder durch neue abgelöst werden.
Bestandteile einer Blockchain‐Applikation
In den folgenden Kapiteln werden die drei Bestandteile vorgestellt, die in aktuellen Blockchain-Systemen Verwendung finden und welchen die größte Bedeutung zugesprochen...
