Blockchain erklärt: So funktionieren Blöcke, Nodes und Konsens

Blöcke und die Kette

Eine Blockchain ist eine Liste von Einträgen, die in Paketen namens Blöcke gebündelt sind. Jeder Block enthält eine Reihe von Transaktionen, einen Zeitstempel und einen speziellen Code namens Hash.

Ein Hash funktioniert wie ein Fingerabdruck für Daten. Gibst du beliebige Informationen in eine Hashfunktion, erhältst du einen kurzen Code fester Länge. Änderst du auch nur ein Zeichen der Eingabe, ändert sich der Fingerabdruck vollständig. Jeder Block enthält den Hash des vorherigen Blocks, und genau das verknüpft die Blöcke zu einer Kette.

Diese Verknüpfung ist der Clou. Würde jemand eine alte Transaktion verändern, änderte sich der Fingerabdruck dieses Blocks. Damit wäre die Verbindung zum nächsten Block gebrochen, zum übernächsten und so weiter bis zum neuesten. Manipulation fällt sofort auf.

Nodes: viele Kopien desselben Registers

Eine Blockchain liegt nicht an einem einzigen Ort. Sie wird auf viele Computer namens Nodes (Knoten) kopiert, die oft von unabhängigen Personen und Organisationen in verschiedenen Ländern betrieben werden. Jeder Node führt seine eigene Kopie und prüft neue Transaktionen und Blöcke anhand der Regeln des Netzwerks.

Weil es so viele Kopien gibt, gibt es keinen einzelnen Server, den man abschalten oder heimlich bearbeiten könnte. Geht ein Node offline oder versucht zu betrügen, ignorieren ihn die anderen einfach. Bei öffentlichen Blockchains wie Bitcoin und Ethereum kann in der Regel jeder mit geeigneter Hardware einen Node betreiben.

Konsens: wie sich das Netzwerk einigt

Bei Tausenden beteiligten Computern braucht das Netzwerk ein faires Verfahren, um zu entscheiden, welcher Block als Nächstes kommt und welche Version des Registers die echte ist. Dieser Prozess heißt Konsens. Die zwei gängigsten Methoden sind:

• Proof of Work. Miner liefern sich mit Rechenleistung ein Wettrennen um die Lösung eines Rätsels. Der Gewinner fügt den nächsten Block hinzu und erhält eine Belohnung. Bitcoin nutzt diese Methode. Sie hat sich lange bewährt, verbraucht aber viel Strom.
• Proof of Stake. Validatoren hinterlegen einen Teil der Coins des Netzwerks als Pfand. Das Protokoll wählt Validatoren aus, die Blöcke vorschlagen und bestätigen, und unehrliches Verhalten kann sie einen Teil dieses Pfands kosten. Ethereum nutzt diese Methode seit 2022. Sie verbraucht weit weniger Energie, doch Kritiker meinen, sie könne diejenigen bevorzugen, die bereits viele Coins besitzen.

Beide Methoden verfolgen dasselbe Ziel: Betrug teuer machen und belohnen, wer sich an die Regeln hält.

Warum die Vergangenheit schwer zu ändern ist

Um eine frühere Transaktion auf einer großen Proof-of-Work-Chain umzuschreiben, müsste ein Angreifer die Arbeit für diesen Block und jeden folgenden Block wiederholen – schneller als alle ehrlichen Miner zusammen. In der Praxis hieße das, den Großteil der Rechenleistung des Netzwerks zu kontrollieren, was bei einem großen Netzwerk enorm teuer wäre. Dieses Szenario nennt man 51%-Angriff.

Bei Proof-of-Stake-Chains müsste ein Angreifer einen großen Anteil aller hinterlegten Coins kontrollieren, und die Regeln erlauben es, unehrlichen Validatoren einen Teil ihres Pfands abzunehmen. In beiden Systemen gilt: Je älter eine Transaktion ist, desto schwerer lässt sie sich rückgängig machen. Deshalb ist oft vom Abwarten der Bestätigungen die Rede.

Kleinere Blockchains mit wenigen Minern oder Validatoren sind leichtere Ziele, und mehrere wurden bereits erfolgreich auf diese Weise angegriffen. Größe und Dezentralisierung zählen.

Grenzen und Kompromisse

• Tempo und Kosten. Jeder Node prüft jede Transaktion. Das macht öffentliche Blockchains langsamer und pro Transaktion oft teurer als eine gewöhnliche Zahlungsdatenbank.
• Das Trilemma. Entwickler sprechen oft davon, Sicherheit, Dezentralisierung und Skalierbarkeit auszubalancieren. Verbessert man eines davon, gibt man meist etwas von einem anderen auf.
• Mist rein, Mist raus. Eine Blockchain kann zeigen, dass ein Eintrag nicht verändert wurde, aber nicht beweisen, dass er bei der Eingabe stimmte.
• Dauerhafte Fehler. Dieselbe Eigenschaft, die Manipulation verhindert, verhindert auch Korrekturen. Eine Zahlung an die falsche Adresse bleibt in der Regel falsch.
• Nicht alles braucht eine. Für viele geschäftliche Aufgaben ist eine normale Datenbank, die ein vertrauenswürdiges Unternehmen betreibt, einfacher und günstiger.

Wenn ein Projekt behauptet, eine Blockchain zu brauchen, hilft eine Frage: Wem müssten wir sonst vertrauen, und ist der Verzicht auf dieses Vertrauen die zusätzlichen Kosten und die Komplexität wert?