Wie funktioniert eine Blockchain? Öffentlich vs. privat

Eine Blockchain ist ein dezentrales und unveränderliches Register, das Transaktionen aufzeichnet, Vermögenswerte nachverfolgt und Nutzerkonten verwaltet. Bei dem in einer Blockchain erfassten Vermögenswert muss es sich nicht immer um eine Kryptowährung handeln.

Blockchains können verwendet werden, um materielle Vermögenswerte wie Immobilien, Diamanten und Waren sowie immaterielle Vermögenswerte wie geistiges Eigentum, Patente und Urheberrechte zu verfolgen.

Blockchains verdanken ihren Namen der Art und Weise, wie sie Transaktionen speichern. Eine Blockchain fasst mehrere Transaktionen in Gruppen zusammen, die als Blöcke bezeichnet werden. Jeder Block ist sequentiell verknüpft und bildet eine Kette von Blöcken. Blöcke und Transaktionen werden mit einem Zeitstempel versehen und kryptografisch gesichert, um Manipulationen zu verhindern.

Funktionsweise der Blockchain

Schauen wir uns nun an, wie eine Blockchain im Detail funktioniert:

Aufzeichnung von Transaktionen: Sobald eine Transaktion stattfindet, speichert die Blockchain alle wichtigen Informationen über die Transaktion, einschließlich Informationen über den Sender, den Empfänger, den Transaktionsbetrag, den Zeitpunkt und vieles mehr.
Erzeugung von Blöcken: Bei der Erstellung von Blöcken werden mehrere Transaktionen miteinander verknüpft. Blöcke werden sequentiell miteinander verknüpft, um den genauen Zeitpunkt und die Reihenfolge der Transaktionen zu bestätigen. Transaktionen gelten erst dann als endgültig, wenn der Block, in dem sie enthalten sind, an die Blockchain angehängt wird.
Nicht veränderbare Kette: Ein neuer Block kann nicht zwischen zwei bestehende Blöcke eingefügt werden. Sobald also ein neuer Block an das Ende der Blockchain angehängt wird, ist er unveränderbar und fälschungssicher. Wenn die Blockchain wächst, werden weitere Blöcke hinzugefügt, wodurch die Unveränderlichkeit der älteren Blöcke verstärkt wird.

Welche Arten von Blockchains gibt es?

Es gibt verschiedene Arten von Blockchains, die sich vor allem in Bezug auf Dezentralität, Sicherheit, Funktionalität und Geschwindigkeit unterscheiden. Hier ein kurzer Überblick:

Öffentliche Blockchains

Öffentliche Blockchains sind offene, genehmigungsfreie und dezentrale Blockchains, in denen jeder Transaktionen durchführen und Ressourcen zur Aufrechterhaltung der Blockchain beitragen kann. Kryptowährungs-Blockchains wie Bitcoin (BTC) und Ethereum (ETH) sind die beiden populärsten öffentlichen Blockchains der Welt. Öffentliche Blockchains werden nicht von einer einzigen zentralisierten Einheit verwaltet. Stattdessen sind sie so konzipiert, dass sie Anreize für Menschen auf der ganzen Welt bieten. Auf diese Weise trägt jeder Teilnehmende zur Wartung und zum Betrieb des Netzwerks bei.

Private Blockchains

Private Blockchains sind geschlossene Blockchains, die von zentralisierten Einheiten verwaltet werden. Dieser zentrale Betreiber hat die Macht, Nutzer zu filtern, Transaktionen zu zensieren und über die Funktionalität des Netzwerks zu entscheiden. Private Blockchains werden in der Regel innerhalb einer Organisation verwendet und sind für die Durchführung bestimmter Aufgaben optimiert.

Permissioned Blockchains

Sogenannte Permissioned Blockchains sind eingeschränkte Blockchains, bei denen der zentrale Betreiber ausgewählten Netzwerkteilnehmern die Ausführung bestimmter Aufgaben erlaubt. Das beste Beispiel für eine permissioned Blockchain ist die digitale Zentralbankwährung (Central Bank Digital Currency, CBDC), bei der die Zentralbank Geschäftsbanken und Zahlungsdienstleistern die Ausgabe von Token, die Validierung von Blöcken und die Einsicht in die Transaktionshistorie gestattet.

Wie unterscheiden sich öffentliche Blockchains von privaten Blockchains?

	Öffentliche Blockchains	Private Blockchains
Dezentralisierung	Einer der größten Nachteile von öffentlichen Blockchains ist die starke Dezentralisierung.	Private Blockchains sind zentralisiert.
Offenheit	Öffentliche Blockchains sind genehmigungsfrei. Jeder kann zum Netzwerk beitragen oder es nutzen, um Transaktionen durchzuführen.	Der zentralisierte Betreiber hat die Macht, Nutzer zu selektieren.
Sicherheit	Öffentliche Blockchains haben keinen zentralen Point of Failure.	Die Sicherheit privater Blockchains hängt vollständig von dem zentralen Betreiber ab.
Transparenz	Die Transaktionsdaten auf öffentlichen Blockchains können von jedermann überprüft und verifiziert werden.	Die Transaktionsdaten sind für die Öffentlichkeit nicht zugänglich.
Geschwindigkeit	Öffentliche Blockchains können unter einer geringeren Transaktionsgeschwindigkeit leiden, wenn Dezentralisierung und Sicherheit Priorität haben.	Private Blockchains sind für die Durchführung schneller Transaktionen optimiert.
Unveränderlichkeit	Öffentliche Blockchains sind unveränderlich.	Zentralisierte Betreiber können vergangene Transaktionen auf einer privaten Blockchain leicht verändern und abändern.
Reichweite	Weltweit	Innerhalb einer Organisation
Verwendung im Krypto-Bereich	Belohnungen in Form von Kryptowährungen werden als Anreiz für die Teilnahme am Netzwerk verwendet.	Die Verwendung von Krypto-Tokens ist nicht zwingend erforderlich
Funktionen	Kann über Funktionen wie intelligente Verträge verfügen.	Hängt vom zentralisierten Betreiber ab.
Beispiel	Bitcoin – globales Peer-to-Peer (P2P) Zahlungsnetzwerk	Onyx – eine von JP Morgan betriebene Blockchain.

Wie funktionieren Proof-of-Work (PoW) Blockchains?

Öffentliche Blockchains können in verschiedene Typen unterteilt werden, je nachdem, welchen Konsensmechanismus sie verwenden. Der Konsensmechanismus beschreibt den Prozess, durch den die Netzwerkteilnehmer einer öffentlichen Blockchain eine Einigung über den Zustand des Ledgers erzielen.

Die beiden am weitesten verbreiteten Konsensmechanismen sind Proof-of-Work (PoW) und Proof-of-Stake (PoS). Bitcoin ist die weltweit größte PoW-Blockchain.

Bitcoin wird von Tausenden von Netzwerkteilnehmern, den sogenannten Minern, betrieben. Miner sind für die Verifizierung von Transaktionen, die Erstellung von Blöcken und die Kontrolle der Kontostände in den Wallets verantwortlich. Als Gegenleistung für ihre ehrliche Arbeit erhalten die Miner jedes Mal, wenn sie der Blockchain einen neuen Block hinzufügen, neu erzeugte BTC-Token.

Wie funktionieren PoW-Blockchains wie Bitcoin?

Jedes Mal, wenn ein Nutzer BTC-Token an einen anderen Nutzer sendet, wird die Transaktion an das gesamte Bitcoin-Netzwerk weitergeleitet.
Die Miner wählen die ausstehenden Transaktionen aus, die an den nächsten Block angehängt werden sollen.
Anschließend müssen die Miner gegeneinander antreten, um ein komplexes mathematisches Rätsel zu lösen, das als Proof of Work (PoW) bezeichnet wird. Der erste Miner, der das Rätsel löst, erhält den Zuschlag für die Erstellung des neuesten Blocks.
Danach sendet der Miner den neuen Block an das gesamte Netzwerk.
Der neue Block wird nur akzeptiert, wenn alle darin enthaltenen Transaktionen gültig sind.
Sobald das Netzwerk die Gültigkeit des neu erstellten Blocks akzeptiert, wird er der Blockchain hinzugefügt.
Für das Hinzufügen des neuen Blocks erhält der Miner einen sogenannten Block Reward.

Wie funktionieren Proof-of-Stake (PoS) Blockchains?

PoS-Blockchains wie Ethereum und Cardano (ADA) funktionieren ähnlich wie PoW-Blockchains. Allerdings werden bei PoS-Blockchains die Miner durch Validierer ersetzt.

Jeder, der über die erforderlichen Hardwarevoraussetzungen verfügt, kann ein Validator werden, indem er Kryptowährungen als Sicherheiten in einem Prozess hinterlegt, der Staking genannt wird.

Die Validatoren müssen nicht miteinander konkurrieren, um neue Blöcke zu erstellen. Bei PoS-Blockchains wird ein Validierer zufällig ausgewählt, um der nächste Blockersteller zu werden.

Wenn ein Validator erfolgreich einen neuen Block erstellt, wird er mit neu geprägten Kryptowährungen belohnt. Sollte ein Validierer schlechte Intentionen haben, wird er aus dem Netzwerk entfernt und seine gestaketen Krypto-Sicherheiten werden einbehalten.

Wofür werden Blockchains verwendet?

Mit Hilfe von Blockchains können Peer-to-Peer (P2P) Zahlungssysteme geschaffen werden.
Sie können in Lieferketten-Netzwerken die Transparenz erhöhen, Prozesse mit Hilfe von intelligenten Verträgen automatisieren und Transaktionen und Verkäuferdetails aufzeichnen.
Die Nutzung von Blockchains erstreckt sich auch auf die Tokenisierung von Vermögenswerten der realen Welt.
Mithilfe der Blockchains können dezentrale Peer-to-Peer-Marktplätze für reale Vermögenswerte und Dienstleistungen geschaffen werden.
Als transparente und unveränderliche Datenbank bieten Blockchains eine sichere Grundlage für die Aufzeichnung von Transaktionen und Informationen und gewährleisten Integrität und Zuverlässigkeit.
Mit Blockchains lassen sich weltweite Zahlungen und Auslandsüberweisungen beschleunigen.
Blockchains dienen dazu, virtuelle Ökonomien in Videospielen und anderen Ökosystemen zu schaffen.
Und nicht zuletzt spielt die Blockchain-Technologie eine entscheidende Rolle bei der Schaffung von digitalen Zentralbankwährungen (CBDCs).