Blockchain

„Blockchain“ ist ein Trendthema und aus dem öffentlichen Diskurs nicht mehr wegzudenken. Doch was ist dran an der Technologie, die im Zusammenhang mit Kryptowährungen steht, in ihren Anwendungsmöglichkeiten jedoch weit über Bitcoin und Co. hinausgeht?

Blockchains dienen der Verifizierung von Datentransaktionen. Der Einsatz der Technologie erstreckt sich auf alle Vorgänge, in denen Daten gesichert, beglaubigt und verteilt werden müssen. Blockchain-basierte Anwendungen kommen dabei ohne vermittelnde Clearingstelle aus. Zahlungsverkehr, Kapitalmarktbewegungen, Verträge, Beglaubigungen, Zertifikate, Urheberrechte, Patente und Register lassen sich so – theoretisch – ohne Banken, Notare, Treuhänder oder staatliche Einrichtungen verwalten. Ein wachsendes Interesse an der Blockchain-Technologie zeigt sich daher nicht nur im Bankensektor. Auch die Immobilienbranche, die Versicherungswirtschaft und das Gesundheitsweisen könnten von Bockchain-Anwendungen profitieren. Potenziale sehen Befürworter zudem im Rechtswesen, in der Energiewirtschaft sowie in der öffentlichen Verwaltung.

Wir erklären Ihnen, wie Blockchains funktionieren und warum die Technologie Prozesse wie den Werteaustausch im Internet in Zukunft schneller, flexibler und kosteneffizienter gestalten könnte.

Was ist eine Blockchain?

Bei einer Blockchain handelt es sich um eine dezentrale Datenstruktur in Form einerkontinuierlich erweiterbaren Aneinanderreihung von Datenblöcken, die Transaktionen in zeitlicher Reihenfolge nachvollziehbar und unveränderlich aufzeichnen.

Stellen Sie sich die Datenblöcke einer Blockchain wie Glieder einer Kette vor, die in unveränderbarer Abfolge ineinander greifen. Realisiert wird eine solche Verkettung durch kryptografische Verfahren, die sicherstellen, dass neue Datenblöcke hinzukommen können, ohne dass ältere ersetzt oder verändert werden. Eine Blockchain wird im Laufe der Zeit somit immer länger. Eine Modifikation bereits abgespeicherter Informationen ist nicht möglich.

Ein zentrales Anwendungsgebiet der Blockchain-Technologie ist die Dokumentation von Transaktionen. Veranschaulichen lässt sich dies an folgendem Beispiel:

Paul hat sich einen neuen Hut gekauft und möchte seine alte Mütze über eine Kleinanzeigenseite im Internet verkaufen. Hugo, der bisher ohne Kopfbedeckung unterwegs war, stößt im Internet auf Pauls Anzeige. Beide einigen sich auf einen Preis von 10 Euro. Die Transaktion Mütze gegen Geld stellt Paul und Hugo jedoch vor ein Problem: Paul möchte Hugo die Mütze erst dann zuschicken, wenn er das Geld erhalten hat. Hugo jedoch ist es zu unsicher, in Vorleistung zu gehen. Was, wenn Paul am Ende nicht liefert? Ein Mittelsmann muss her.

Um das Problem zu lösen, könnten sich Paul und Hugo an einen Bezahlanbieter wenden. Dieser wickelt die Transaktion für beide Parteien transparent und sicher ab, dokumentiert den Vorgang und verlangt dafür Gebühren. Ein solcher Ablauf ist heute das Standardverfahren.

Die Blockchain-Technologie bietet eine Alternative zur sogenannten „Trusted Third Party“. Transaktionen in Blockchain-Netzwerken werden nicht von Drittparteien verifiziert, sondern durch ein gemeinschaftlich geführtes, fälschungssicheres Buchführungssystem, das Distributed Ledger.

Schon heute stehen mit Bitcoin und Ethereum Blockchain-Anwendungen zur Verfügung, die Transaktionen wie die zwischen Paul und Hugo unterstützen. Um diese in Anspruch nehmen zu können, müssen Paul und Hugo lediglich der entsprechenden Community beitreten. In der Regel genügt es, die Client-Software herunterzuladen und lokal auf dem Rechner zu installieren. Sowohl Pauls als auch Hugos Rechner werden damit zu Knoten eines Blockchain-Netzwerks.

Die Geschichte der Blockchain

Bis zur Erfindung der Blockchain-Technologie beruhten Transaktionen im Internet auf dem Vertrauen in vermittelnde Instanzen. Möchte ein Kunde Waren eines Onlinehändlers erwerben, müssen beide Parteien einem zentralen Mittelsmann vertrauen – beispielsweise einem Bezahlanbieter oder einer Bank. Voraussetzung ist die Gewissheit, dass dieser die gewünschte Transaktion korrekt ausführt.

Problematisch wird eine solche Struktur jedoch dann, wenn der Mittelsmann durch seine zentrale Stellung in eine Machtposition gelangt, eigene Interessen vertritt und Transaktionen entsprechend zu steuern versucht. Ereignet hat sich eine solche Einflussnahme beispielsweise im Jahr 2010, als der Bezahlanbieter PayPal das Konto der Enthüllungsplattform WikiLeaks sperrte.

Um das Internet demokratischer zu gestalten, arbeitet die kryptografische Community daher bereits seit Jahren an Netzwerkanwendungen nach dem Peer-to-Peer-Prinzip (P2P), die Transaktionen ohne vermittelnde Instanz ermöglichen. Für Aufsehen sorgte unter anderem das kollaborative Filesharing-Protokoll BitTorrent, das ohne zentralen Server auskommt und einen weltweiten Datenaustausch unter anonymen Nutzern ermöglicht.

Hinderlich für einen Werteaustausch im Internet jedoch ist das fehlende Vertrauen unter anonymen Nutzern. Als Lösungsvorschlag brachte der Computerwissenschaftler und ehemalige Juraprofessor Nick Szabo bereits 1997 die Blockchain-Technologie ins Gespräch. Seiner Ansicht nach beruhen Verträge sowohl auf gegenseitigem Vertrauen der Geschäftspartner als auch auf einem beiderseitig anerkannten rechtlichen Rahmen. Zu Problemen käme es jedoch dann, wenn eine unterschiedliche Auffassung über die Auslegung bestimmter Paragrafen herrscht oder ein Geschäftspartner den anderen des Vertragsbruchs bezichtigt. Verträge der Zukunft sollten Szabo zufolge daher softwarebasiert sein. Solche „Smart Contracts“ könnten mithilfe eines Algorithmus selbst bestimmen, ob beide Parteien ihren Vertragspflichten nachkommen oder ein Regelverstoß vorliegt.

Aufgegriffen wurde dieser Ansatz von einem unbekannten Hacker, der sich Satoshi Nakamoto nennt. Nakamoto kombinierte etablierte Technologien wie P2P, Hashing und Verschlüsslung und präsentierte ein kryptografisches Verfahren, das es ermöglicht, Datensätze irreversibel und fälschungssicher miteinander zu verketten. Auch die erste Anwendung der Blockchain-Technologie, die Peer-to-Peer-Währung Bitcoin, stammt aus Nakamotos Feder. Der Kryptowährung folgten weitere Anwendungen wie Ethereum, Ripple, TradeBlock und Dash.

Wie funktioniert die Blockchain-Technologie?

Die Blockchain-Technologie basiert auf dem Distributed-Ledger-Konzept. Technische Grundlage ist ein Computernetzwerk nach dem Peer-to-Peer-Prinzip. Lösungen zur Konsensbildung und Validierung greifen auf kryptografische Verfahren und Ansätze der Spieltheorie zurück.

Distributed Ledger

Bei einem Distributed Ledger (auf Deutsch: verteiltes Kontobuch) handelt es sich um ein öffentliches, dezentral geführtes Hauptbuch. Der Inhalt des Ledgers (in der Regel eine Aneinanderreihung von Transaktionsdaten, die beispielsweise Kontobewegungen belegen) wird in einem Computernetzwerk gemeinschaftlich erstellt. Eine Kopie des Datenbestands liegt auf jedem Knoten des Netzwerks vor.

Überweist Hugo Paul das Geld für die Mütze mithilfe einer Blockchain-Anwendung, wird diese Transaktion im Distributed Ledger gespeichert und ist fortan für alle Teilnehmer der entsprechenden Anwendung nachvollziehbar.

Statt einer realen Währung wie Euro oder Dollar kommen in Blockchain-Netzwerken in der Regel digitale Währungsäquivalente wie Bitcoin, Ether, Litecoin oder Dash zum Einsatz.

Das Distributed-Ledger-Konzept wird auf Basis von Peer-to-Peer-Netzwerken realisiert, die eine Kommunikation unter gleichrangigen Rechnern ermöglichen. Veränderungen am Datenbestand werden nur dann vorgenommen, wenn die am Netzwerk beteiligten Knoten zu einem Konsens kommen.

Digitale Werte werden in Blockchain-P2P-Netzwerken nicht von A nach B übertragen. Stattdessen halten sämtliche Teilnehmer eine Kopie aller Transaktionsdaten in anonymisierter Form vor, aus der zweifelsfrei hervorgeht, wer welchen digitalen Wert zu welcher Zeit besitzt. Bei Änderungen des Datenbestandes wird jedes Replikat auf jedem beteiligten Knoten mit der neusten Version der Blockchain synchronisiert. Die Teilnehmer interagieren mit der Blockchain über eine Clientsoftware, die sowohl das Konsensverfahren als auch die Replikation des Datenbestandes regelt.

Änderungen am Datenbestand werden nur dann akzeptiert, wenn sich alle beteiligten Rechner durch einen Mehrheitsbeschluss darauf einigen, dass die Änderung rechtmäßig ist.

Akzeptiert die Mehrheit der beteiligten Rechner die Änderung, wird der neue Zustand der Blockchain von allen Teilnehmern übernommen. Stellt die Mehrheit der Teilnehmer hingegen fest, dass die Änderung nicht rechtmäßig sein kann, beispielsweise weil Widersprüche zu älteren Replikatender Blockchain erkannt wurden, wird diese von allen beteiligten Rechnern abgelehnt. Ein Rechner, der Änderungen an der Blockchain vornehmen möchte, muss somit nachweisen, dass er berechtigt ist, den gemeinsamen Datenbestand zu ändern.

Peer-to-Peer-Netzwerke (P2P)

Als Peer-to-Peer-Netzwerk (peer = gleichrangig) bezeichnet man eine Netzwerkstruktur, bei der alle miteinander verbundenen Rechnerknoten gleichberechtigt sind und prinzipiell dieselben Funktionen ausführen können. Damit unterscheidet sich das Peer-to-Peer-Prinzip vom Client-Server-Modell, bei dem ein zentraler Server Verwaltungsaufgaben für mehrere Clients ausführt. Während der Server einer Client-Server-Architektur in der Regel von einer Autorität (beispielsweise von einem Dienstanbieter) verwaltet wird, kommen Peer-to-Peer-Netzwerke ohne zentrale Administration aus.

In Rahmen von Blockchain-Anwendungen stellen P2P-Verbindungen sicher, dass alle Teilnehmer Zugriff zur gemeinsam verwalteten Transaktionsdatenbank erhalten und mit dieser nach denselben Regeln interagieren können. Das P2P-Prinzip ist somit die Grundlage für die transparente Verwaltung von Datentransaktionen in einem Blockchain-Netzwerk, dabei jedoch zwangläufig mit zwei Herausforderungen verbunden: Manipulation und Inkonsistenz.

  • Manipulation: Verfolgen die Teilnehmer eines Peer-to-Peer-Netzwerks unterschiedliche Ziele, könnten einzelne Akteure versuchen, die Funktionsweise des Netzwerks zu ihren Gunsten zu manipulieren.
  • Inkonsistente Daten: Innerhalb eines P2P-Netzwerks muss ohne zentralisierte administrative Instanz sichergestellt werden, dass Transaktionen fehlerfrei, vollständig und (in den meisten Fällen) einmalig durchgeführt werden.

Bezogen auf das oben angeführte Beispiel bedeutet das Folgendes: Möchte Hugo die Transaktion eines digitalen Währungsäquivalents im Wert von 10 Euro veranlassen, um Pauls Mütze zu kaufen, muss die jeweilige Blockchain-Anwendung sicherstellen, dass der gewünschte Betrag tatsächlich Paul gutgeschrieben wird – und zwar nur einmal und nicht zwei- oder dreimal.

Um Datenmanipulation zu verhindern und die Konsistenz des gemeinsam verwalteten Datenbestandes zu gewährleisten, greifen ausgereifte Implementierungen des Distributed-Ledger-Konzepts wie Bitcoin oder Ethereum auf Konsensverfahren und Validierungsmechanismen zurück. Sowohl bei der Konsensbildung als auch bei der Verkettung anonymisierter Datenblöcke macht sich die Blockchain-Technologie kryptologische Hash-Funktionen zunutze.

Hashing und Anonymisierung

Transaktionsdaten werden in Blockchain-Netzwerken in Form von Datenblöcken gespeichert, die durch Hash-Werte miteinander verkettet sind. Dabei enthält jeder Block Daten zu mehreren Transaktionen, die anonymisiert aufgezeichnet werden. Jeder Teilnehmer des Blockchain-Netzwerks kann somit einsehen, welche Transaktionen getätigt wurden, nicht jedoch von wem.

Die Verkettung der einzelnen Datenblöcke erfolgt durch Hash-Werte, die die Blockchain-Software mittels Hash-Funktionen aus den Transaktionsdaten ableitet. Verdeutlichen lässt sich dieser Vorgang anhand des interaktiven Tutorials „How Blockchain Works“ von Anders Brownworth, das unter blockchain.mit.edu kostenlos zur Verfügung steht.

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Die Web-Demo stellt visuell dar, wie sich Transaktionsdaten mithilfe kryptografischer Hash-Funktionen unveränderbar verketten lassen. Es handelt sich um eine Vereinfachung eines Hashing-Mechanismus, der unter anderem bei Bitcoin zum Einsatz kommt.

Für das folgende Beispiel gehen wir davon aus, dass eine fiktive Blockchain um einen neuen Datenblock erweitert werden soll, der Daten zu drei Transaktionen beinhaltet.

1st transaction: 10 coins from ABC to XYZ.

2nd transaction: 100 coins from PQR to RST.

3rd transaction: 2 coins from DEF to JKL.

Aus den aufgeführten Nutzdaten lässt sich mithilfe einer Hash-Funktion (auch Hash-Algorithmus genannt) ein eindeutiger Hash-Wert ableiten. Wendet man beispielsweise den Hash-Algorithmus SHA-256 (eine Variante des SHA-2-Algorithmus) an, ergibt sich für die Zeichenfolge folgender Hash:

08b9a4cb34cbe7f19c196a5a9f98bb42cbb24e342c61b653cad1fba00af33980

Ein Hash-Wert ist eine Art Fingerabdruck der Ausgangsdaten. Eine bestimmte Zeichenfolge ergibt immer denselben Hash-Wert – vorausgesetzt es wird dieselbe Hash-Funktion angewendet.

Der Hash-Wert ergibt sich aus der Anzahl und Art der Zeichen, auf die die Hash-Funktion angewendet wird, hat unabhängig von der Größe der zu speichernden Datenmenge jedoch immer die gleiche Länge. Diese ist auf den jeweiligen Hash-Algorithmus zurückzuführen und beträgt in unserem Beispiel 256 Zeichen.

Auch für Datenblöcke ohne Inhalt lassen sich Hash-Werte derselben Länge berechnen.

Hinweis

Darauf, wie die Ableitung eines Hash-Werts im Detail funktioniert, gehen wir an dieser Stelle nicht ein. Eine ausführliche Beschreibung des Hash-Algorithmus SHA-2 finden Sie auf der Website der Universität Oldenburg. Eine Einführung in die Grundlagen der Kryptografie bietet unser Artikel Verschlüsselungsverfahren im Überblick.

Hash-Werte, die im Rahmen von Blockchain-Anwendungen zum Einsatz kommen, stellen (anders als bisher dargestellt) jedoch keine bloße Ableitung der Nutzdaten dar. Zusätzlich zu den Transaktionsdaten, die im Datenblock gespeichert werden sollen, fließt in die Hash-Wert-Berechnung eines neuen Datenblocks sowohl der Hash-Wert des vorhergehenden Blocks (Prev) als auch ein sogenannter Nonce-Wert ein.

Ein Teilnehmer, der die Blockchain um einen neuen Datenblock erweitern möchte, muss somit den Hash-Wert des vorhergehenden Blocks kennen. Selbiger geht in die Hash-Wert-Berechnung des neuen Blocks ein und verbindet diesen untrennbar mit der Blockchain. Dabei fungiert der Nonce-Wert als eine Art Stellschraube, die es ermöglicht, das Ergebnis der Hash-Wert-Berechnung zu modifizieren. Zur Anwendung kommt dieser Mechanismus im Rahmen eines Konsensverfahrens, das als Proof-of-Work bezeichnet wird.

Konsensverfahren und Validierung

Blockchains werden in Peer-to-Peer-Netzwerken von gleichwertigen Rechnern ohne zentrale Kontrollinstanz gemeinschaftlich verwaltet. Dies erfordert ein Konsensverfahren, das regelt, unter welchen Umständen neue Datenblöcke erstellt werden, welcher Teilnehmer die Blockchain erweitern darf und wann eine Erweiterung als rechtmäßig gilt. Zu den gängigsten Konsensverfahren dieser Art gehört Proof-of-Work und Proof-of-Stake.

Das Proof-of-Work-Verfahren ist das mit Abstand am häufigsten genutzte Konsensverfahren. Die bekannteste Proof-of-Work-Implementierung ist Hashcash, ein Verfahren, das ursprünglich zur Spam-Prävention im E-Mail-Verkehr entwickelt wurde. Heute verbindet die Internetgemeinde Hashcash in erster Linie mit der Kryptowährung Bitcoin, die das Konsensverfahren zur Validierung der Blockchain einsetzt.

Die Bitcoin-Blockchain wird alle 10 Minuten um einen neuen Datenblock erweitert, der Informationen zu allen Transaktionen enthält, die in den vergangenen 10 Minuten von Teilnehmern des Netzwerks getätigt wurden. Welcher Knoten den neuen Datenblock anfügen darf, wird bei Bitcoin durch ein konkurrierendes Bitcoin-Mining ermittelt. Das Blockchain-Netzwerk setzt dabei auf ein ökonomisches Anreizsystem. Allen teilnehmenden Nutzern wird dieselbe mathematische Aufgabe gestellt. Der Teilnehmer, dessen Rechner die Aufgabe am schnellsten löst, darf den neuen Datenblock erzeugen und erhält dafür eine Belohnung – im Fall von Bitcoin eine vorher definierte Anzahl digitaler Münzen.

Bei Hashcash besteht die mathematische Aufgabe darin, einen Nonce-Wert zu finden, der zusammen mit den Nutzdaten und dem Hash-Wert des vorhergehenden Datenblocks einen neuen Hash-Wert ergibt, der eine bestimmte Anzahl führender Nullen aufweist – beispielsweise vier.

Hashcash ist somit ein CPU-basiertes Proof-of-Work-Verfahren: Je mehr Rechenleistung ein Teilnehmer bereitstellen kann, desto größer ist die Chance, das dieser den gesuchten Nonce-Wert als Erster findet. Im Fall von Bitcoin führt dies zu einem regelrechten Wettrüsten unter den Nutzern. Um zu verhindern, dass Datenblöcke in immer schnellerer Abfolge erstellt und damit immer mehr Bitcoins generiert werden, passt das Netzwerk die Schwierigkeit, den richtigen Nonce-Wert zu berechnenden, regelmäßig an.

Finden zwei oder mehr Nutzer den richtigen Nonce-Wert zur selben Zeit, wird die Blockchain um den Datenblock erweitert, der die meisten Transaktionen beinhaltet. Die Datenblöcke der anderen Nutzer verfallen und die darin enthaltenen Transaktionen, werden, sofern sie im neu angehängten Block nicht enthalten sind, erneut in den Pool der noch zu bearbeitenden Transaktionen aufgenommen.

Die Verkettung durch Hash-Werte stellt sicher, dass eine nachträgliche Manipulation der Blockchain so gut wie unmöglich ist. Bringt ein Teilnehmer eine gefälschte Blockchain-Kopie in Umlauf, bei der einer oder mehrere Blöcke nachträglich verändert wurden, würde dies durch inkompatible Hash-Werte auffallen. Der Fälscher müsste in diesem Fall auch die Hash-Werte aller nachfolgenden Blöcke mit dem gefälschten Ausgangswert neu berechnen. Dies erfordert nicht nur eine immense Rechenleistung, der Betrug würde auch spätestens dann auffallen, wenn andere Teilnehmer des Netzwerks die gefälschte Blockchain mit der eigenen Kopie abgleichen. In diesem Fall gilt: Stellen mehr als die Hälfte der Nutzer Widersprüche fest, wird die gefälschte Blockchain automatisch abgelehnt.

Hinweis

Besitzt ein einzelner Teilnehmer oder eine Gruppe befreundeter Nutzer mehr als 50 % der Netzwerkknoten, ist es theoretisch möglich, ein Proof-of-Work-Netzwerk allein durch die zur Verfügung gestellte Rechenleistung zu übernehmen. Man spricht von einem 51 %-Angriff. Die Sicherheit eines Blockchain-Netzwerks, das dieses Konsensverfahren nutzt, erhöht sich daher mit zunehmender Teilnehmerzahl.

Ein alternatives Verfahren, das im Rahmen der Konsensbildung zur Anwendung kommt, ist Proof-of-Stake. In Blockchain-Netzwerken, die auf Proof-of-Stake setzen, wird in einem gewichteten Zufallsverfahren entschieden, welcher Teilnehmer den neuen Datenblock erzeugen darf. Die Gewichtung der einzelnen Teilnehmer richtet sich dabei beispielsweise nach der Dauer der Mitgliedschaft oder nach dem Anteil an der jeweiligen digitalen Währung.

Auch eine Kombination aus Proof-of-Work- und Proof-of-Stake-Verfahren ist möglich.

Anwendungsbereiche für die Blockchain-Technologie

Die Wirtschaft beobachtet die Fortschritte der Blockchain-Technologie mit wachsendem Interesse. Lösungen auf Blockchain-Basis bieten sich vor allem für Geschäftsprozesse an, die dezentralisiert werden sollen, weil mehrere unabhängige Akteure involviert sind – beispielsweise bei der Fertigung von Produkten oder in der Logistik. Gehen materielle Güter oder immaterielle Werte wie Eigentumsrechte durch mehrere Hände, bieten Blockchain-Anwendungen die Möglichkeit, Abläufe und Statusänderungen für alle Beteiligten transparent aufzuzeichnen.

Zudem kommt die Blockchain-Technologie der rasanten Entwicklung im IoT-Bereich entgegen. Das Internet of Things| wächst und mit ihm die Zahl vernetzter Geräte. Auch der Datenaustausch im IoT könnte zukünftig Blockchain-basiert ablaufen, ebenso wie die Bezahlung für IoT-Services.

Die deutsche Wirtschaft nähert sich der Blockchain-Technologie derzeit in erster Linie in Pilotprojekten. Dabei geht der Trend zum Einsatz privater Blockchains – proprietäre Software, die speziell für einen innerbetrieblichen Anwendungsfall entwickelt wurde. Anders als öffentliche Blockchains wie Ethereum oder Bitcoin stehen diese nur einem ausgewählten Personenkreis zur Verfügung – beispielsweise Mitarbeitern, Geschäftspartnern oder Akteuren innerhalb der Lieferkette.

  Öffentliche Blockchain Private Blockchain
Zugriff Offener Zugang Mit Berechtigungen
Geschwindigkeit langsam schnell
Identität Anonym/Pseudonym Bekannte Identitäten
Sicherheit Proof-of-Work/-Stake Vorab festgelegter Administrator

Wie die deutsche Wirtschaft zur Blockchain-Technologie steht, zeigt die YouGov-Studie „Potenzialanalyse Blockchain“, die im Jahr 2017 von Sopra Steria Consulting in Auftrag gegeben wurde. Der Studie zufolge prüfen 47 Prozent der Unternehmen in Deutschland die Möglichkeiten, Blockchains im eigenen Haus einzusetzen. 21 Prozent der befragten Geschäftsführer, Vorstände, Führungskräfte und Experten testen bereits eigene Prototypen. Als marktreif betrachtet wird die Blockchain-Technologie hingegen nur von sieben Prozent der Befragten.

Die Blockchain-Technologie bietet automatisierte Abläufe mit einem hohen Grad an Transparenz und stößt damit nicht nur auf Zustimmung. Nur wenige Unternehmen trauen der Technologie Rechtssicherheit zu. Zu den zentralen Problemfeldern gehören der drohende Kontrollverlust, mangelnder Datenschutz und die unsichere Rechtslage.

Dezentrale Blockchain-Anwendungen kommen ohne Kontrollinstanz aus. Die Blockchain-Software involviert diverse Akteure und regelt Abläufe wie Transaktionen und Statusänderungen ohne menschliches Zutun. Rechtlich stellt sich hier die Frage, wer bei Fehlern oder Konflikten zur Rechenschaft gezogen werden kann.

Öffentliche Blockchains stellen Unternehmen darüber hinaus vor ein Datenschutzproblem. Zwar werden alle Transaktionen in einem Blockchain-Netzwerk anonym dokumentiert. Art und Umfang jeder einzelnen Transaktion sind allerdings für alle Teilnehmer im Netzwerk einsehbar – Informationen, die Unternehmen mitunter geheim halten möchten. Intern testen die meisten Unternehmen die Blockchain-Technologie daher in Form von zulassungsbeschränkten Anwendungen.

Parallel dazu wird die Entwicklung quelloffener Blockchains im Rahmen von Konsortien vorangetrieben. Ein Beispiel dafür ist das auf den Business-Einsatz ausgerichtete Schirmprojekt Hyperledger der Linux-Foundation in Kooperation mit SAP, Daimler, IBM und Intel. Offene Unternehmensanwendungen auf Basis der Ethereum-Blockchain werden zudem in der Enterprise Ethereum Alliance entwickelt. In der Versicherungsbranche haben sich marktführende Versicherer wie Aegon, Allianz und Munich Re zum Blockchain-Konsortium B3i zusammengeschlossen.

Das Forschungsinteresse geht dabei weit über dezentralisierte Anwendungen (sogenannte dApps) hinaus. Anregungen bietet die Blockchain-Technologie auch für die dezentrale Organisation von Verträgen (Smart Contracts) und Organisationen (DAOs). Selbst ganze Gesellschaften lassen sich in der Theorie Blockchain-basiert verwalten.

Smart Contracts

Wesentliche Motivation, die hinter der Entwicklung von Blockchain-Technologien steht, ist die Unzufriedenheit mit der zunehmenden Zentralisierung im Netz: Wenige Unternehmen bestimmen über die Möglichkeiten aller. Die Blockchain soll zentrale Dienstanbieter, Vermittler und Kontrollinstanzen durch dezentralisierte Systeme ersetzen.

Ein Beispiel für eine solche Dezentralisierung sind Smart Contracts, die einen Vertragsabschluss im Internet ohne Vermittler wie Notare, Anwälte, Börsen oder Banken ermöglichen. Stattdessen werden Verträge in einem Blockchain-Netzwerk abgewickelt und im Transaktionsverlauf abgebildet. Smart Contracts bieten sich für diverse Dienstleistungen an:

  • Zugang zu Mietimmobilien oder Leihfahrzeugen durch das Management von Schlüsseln (z. B. für Mietautos, Wohnungen, Hotelzimmer, Schließfächer)
  • Nachweis von Urheberrechten, Markenrechten, Rechten an Domains und Lizenzen
  • Dokumentation von Daten (z. B. bei Handelspapieren, GPS-Daten, Genomdaten, Krankenakten, Produktionsdaten)
  • Abschluss und Abwicklung von Treuhandverträgen
  • Notarielle Einträge ohne Notare (z. B. für Grundstückseigentum, Nutzungsrechte)
  • Finanzielle Instrumente wie Handelspapiere, Anleihen und Derivate
  • direkte Vergabe von Krediten, Vermietung von Wohnungen, Bereitstellung von Dienstleistungen

Ob die Blockchain-Technologie das Potenzial hat, das Vertragswesen zu revolutionieren, hängt unter anderem davon ob, ob es gelingt, zwei wesentliche Hürden zu beseitigen: Erstens muss geklärt werden, wie sich Daten in Blockchain-Netzwerken vertraulich verarbeiten lassen. Und zweitens fehlt es bisher an einem Konzept, wie Vertragsbrüche geahndet und ausbleibende Zahlungen erzwungen werden können.

DAOs

Auch komplexere rechtliche Gebilde bis hin zu kompletten Organisationsstrukturen lassen sich in Blockchains abbilden. Man spricht von sogenannten DAOs (Decentralized Autonomous Organisations). Der Begriff geht auf das im Mai 2016 auf der Ethereum-Blockchain ins Leben gerufene Crowdfunding-Projekt„The DAO“ zurück – ein Geschäftsmodell zur dezentralen, autonomen Organisation kommerzieller und gemeinnütziger Unternehmen.

Mit einem Finanzierungsvolumen von 168 Mio. US-Dollar gehört The DAO zu den größten Crowdfunding-Projekten aller Zeiten. Je nach Höhe des eingesetzten Betrags erhielten Mitglieder des Projekts Stimmrechte für Entscheidungen wie die Vergabe von Aufträgen und Investitionen auf Basis von Smart Contracts. Abstimmungen erfolgten per eVoting und wurden ebenfalls über die Blockchain abgewickelt. Investiert wurde in der Kryptowährung Ether. Das Projekt scheiterte, als es Hackern gelang, rund 50 Mio. Dollar abzuzweigen.

Bitnation

Andere Blockchain-Projekte gehen im Bestreben nach Dezentralisierung noch einen Schritt weiter. Seit 2015 steht Internetnutzern die Bitnation zur Verfügung, ein Internet-Staat ohne Ländergrenzen und zentrale Regierung. Alle Grundbedürfnisse werden von privaten Anbietern befriedigt und sind marktwirtschaftlich organisiert. Auf lange Sicht möchte sich die Bitnation als Alternative zu traditionellen Nationen etablieren.

Jeder Bürger der Bitnation hat ein Stimmrecht, kann Ideen einbringen und dafür werben. Ein Beitritt ist unabhängig vom jeweiligen Wohnort. Das Blockchain-Projekt stellt Pässe bereit und ermöglicht Grundbucheiträge. Auch Hochzeiten sollen künftig möglich sein. Innerhalb der Bitnation haben Bürger die Möglichkeit, sich zu unterschiedlichen Staatsformen mit jeweils eigenen Gesetzen zusammenschließen. Aktionen der Bürger werden in verschlüsselten Textdateien gespeichert. Jeder Bürger ist durch einen individuellen Code identifizierbar. Verträge und andere Anwendungen werden über Smart Contracts geregelt. Bezahlt wird mit Bitcoins. Als Kontrollmechanismus dient die Blockchain.

Kritiker der Bitnation bemängeln jedoch die rein marktwirtschaftliche Ausrichtung des Projekts. Recht und Ordnung würden im virtuellen Staatenkonzept von privaten Anbietern geregelt. Umwelt- und Sozialstandards seien kein Thema. Minderheiten hätten in der Bitnation das Nachsehen.

Herausforderungen bei der Implementierung der Blockchain-Technologie

Die Blockchain-Technologie dezentralisiert Systeme und hilft dadurch, Machtkonzentrationen aufzulösen und Transaktionen im Internet transparenter zu gestalten. Die Kehrseite eines verteilten Systems ist Redundanz. In einem Blockchain-Netzwerk stellt jeder Knoten eine Kopie der Transaktionshistorie bereit. Jeder Teilnehmer, der sich an einem Konsensverfahren wie Proof-of-Work beteiligt, führt prinzipiell dieselbe Berechnung durch. Darüber hinaus generieren Blockchain-Anwendungen eine immense Datenmenge, die im Rahmen der Validierung von jedem Nutzer heruntergeladen werden muss. Den enormen Verbrauch an Energie und anderen Ressourcen durch Blockchain-Anwendungen bei gleicher Funktionalität zu reduzieren, ist eine der zentralen Herausforderungen bei der Entwicklung von Blockchain-Anwendungen.

Eine weitere Herausforderung ist die Steigerung der Transaktionsgeschwindigkeit. Bitcoin, die Blockchain-Lösung mit der höchsten Marktkapitalisierung und Transaktionszahl, verarbeitet aufgrund des rechenintensiven Konsensverfahrens im Durchschnitt lediglich sieben Transaktionen pro Sekunde. Ein Wert, der mit der Verarbeitungsgeschwindigkeit markführender Bezahldienstleiter nicht mithalten kann. Allein PayPal verarbeitet in derselben Zeit rund 450 Transaktionen, Visa theoretisch sogar 56.000. Und das schnellste Onlinebezahlsystem – Alipay der chinesischen Alibaba Group – wickelt pro Sekunde bis zu 256.000 Transaktionen ab. Ein Konzept, wie sich Bitcoin-Transaktionen beschleunigen lassen, bietet das Lighting Network. Ein ähnliches Projekt steht mit dem Raiden Network für Ethereum zur Verfügung.

Blockchains kommen ohne Trusted Third Party aus. Die Sicherheit der Transaktion wird theoretisch durch die dezentrale Verwaltung der Transaktionshistorie sichergestellt. Das funktioniert allerdings nur in ausreichend großen Blockchain-Netzwerken. Denn: Für eine Interessengruppe, der es gelingt, mehr als 50 Prozent der Netzwerkknoten unter Kontrolle zu bringen, wäre es ein Leichtes, die kollektive Validierung auszuhebeln und einen alternativen Transaktionsverlauf in Umlauf zu bringen. Eine potenzielle Manipulationsgefahr besteht auch dann, wenn ein Großteil der Rechenleistung eines internationalen Blockchain-Netzwerks von Nutzern aus demselben Land gestellt wird.

Fakt

Bis Ende 2017 wurde die Rechenkapazität der Bitcoin-Blockchain von Minern zur Verfügung gestellt, die zu zwei Dritteln in China ansässig waren. Um dem immensen Stromverbrauch einen Riegel vorzuschieben, setzte Chinas Regierung im Januar 2018 einen landesweiten Ausstieg aus dem Bitcoin-Geschäft durch.

Auch Datenschutzanforderungen stellen Entwickler von Blockchain-Anwendungen vor Herausforderungen. An Lösungen zur sicheren Verarbeitung von Transaktionsdaten fehlt es speziell bei öffentlichen Blockchains. Diese dokumentieren den Transaktionsverlauf zwar anonymisiert, der Transaktionsinhalt jedoch ist für Teilnehmer des Netzwerks einsehbar und erlaubt dem bitkom-Faktenpapier „Blockchain und Datenschutz“ zufolge durch frei zugängliche Analysewerkzeuge durchaus Rückschlüsse auf einzelne Akteure.

Fazit: Die Blockchain wird kommen, aber wie?

Eines ist sicher: Die Blockchain wird kommen. Genauer gesagt, sie ist schon da. Während sich öffentliche Blockchain-Anwendungen wie die Kryptowährung Bitcoin in erster Linie an Privatanwender richten, setzen die meisten Unternehmen, die sich an die neue Technologie herantrauen, zunächst auf private Blockchain-Lösungen.

Ob sich Blockchain-Architekturen zukünftig gegen zentralisierte Systeme durchsetzen werden, hängt vor allem davon ab, ob es der Forschungsgemeinde gelingt, Hürden in Bezug auf die Datensicherheit und den Verarbeitungsaufwand zu überwinden. Das Potenzial, Prozesse schneller, transparenter und kostengünstiger zu gestalten, bieten beide Use-Cases der Blockchain-Technologie für nahezu alle Branchen.


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