Folge 3.01: BLOCKCHAIN

kryptokabinett.at ist ein Podcast/blog der sich an Anfänger und Neueinsteiger richtet.

Hallo! Und Willkommen!

Das ist die Nachlese der dritten Folge des kryptokabinett.at-Podcasts zum Thema smartcontracts.
https://kryptokabinett.blogspot.com/2017/11/folge-3-blockchain-in-der-dritten-folge.html
In diesem ersten Post zur 3. Folge des Podcasts gibt es grundlegende Infos zur Blockchain:

DIE BLOCKCHAIN

Heute möchte ich kurz den technischen Background von Bitcoins und eigentlich so ziemlich fast jeder anderen kryptowährung erklären:
der sogenannten Blockchain.

Doch zuerst einmal grundsätzliches zum Thema Währung:

WIE FUNKTIONIERT HANDEL?

Der Mensch hat seit jeher das Bedürfnis mit anderen Menschen Güter und Dienstleistungen zu tauschen und hat somit seit den Anfängen der Menschheit Regeln zur Abwicklung von Transaktionen entwickelt.

Wir haben drei Anforderungen dazu:

1.)Die Transaktionsfähigkeit: möglichst viele Transaktionspartner sollen möglichst einfach ereichbar sein.

2.)Die Legitimität: nur rechtlich zulässige Transaktionen sollen durchführbar sein.

3.)Der Konsens: nach Abschluss der Transaktion sollen die neuen Eigentumsverhältnisse klar geregelt sein.

Am Markt wird durch den Ort und den Termin Punkt 1 – die Transaktionsfähigkeit - geregelt.

Die Eigentumsverhältnisse aus Punkt 3 sind physisch (...also an der Ware direkt) sichtbar.

Durch Aushandeln und physischen Austausch der Ware mit dem Geld wird der Transaktionskonsens hergestellt – ebenfalls Punkt 3.

Wie ist das nun bei Punkt 2? ...den rechtlich zulässigen Transaktionen?

Bei Transaktionen im Internet fehlt immer die Gleichzeitigkeit von Aushandlung und Austausch. Die Partei die zuerst handelt geht immer das Risiko ein das sich die andere Partei nicht vertragskonform verhält.

Hier bedient man sich heutzutage üblicherweise Mittelsmännern: z.B. Banken, Kreditkarten, Paypal, usw...

Mit Bitcoin wurden 2008 ein System eingeführt das diese Problem löst und die Mittelsmänner entfernt: die sogenannte Blockchain!

Die Blockchain ist eine Datenbank die durchgeführte Transaktionen in einem Block zusammengefasst abspeichert und – und das ist das entscheidende – der errechnete Hashwert eines Blocks wird im jeweils nachfolgenden Block eingebracht und somit werden Daten durch eine kryptographische Verkettung abgesichert.

Doch fangen wir mit dem kleinsten Teil der Kette an:

WAS IST EIN BLOCK?

Jeder Block enthält Transaktionen - und zwar alle Transaktionen die seit dem letzten Block getätigt wurden.

Die Daten jeder Transaktion wird mittels eines kryptographischen Verfahrens zu Hashes umgewandelt.

https://de.wikipedia.org/wiki/Bitcoin#Transaktionen

Doch kurz halt :

WAS IST EIN HASH-WERT?

Ein Hash ist eine mathematische Funktion die eine beliebig lange Zeichenfolge in eine Zeichenfolge mit fester Länge abbildet.

In diesem Fall wird eine Bitcoin-Transaktionen herangezogen, sämtliche darin enthaltenen Daten – und daraus wird der Hash-Wert ermittelt.

Ein weiteres Beispiel für Hashes ist oft beim Download von Dateien aus dem Internet: Hier wird oft ein Hash-Wert neben dem Downloadlink angezeigt. Wenn man nun sicher gehen will das der Download nicht beschädigt oder kompromiert wurde – kann man sich den Hash-Wert der heruntergeladenen Datei am eigenen Rechner ausrechnen lassen und vergleicht ihn mit dem vorgegebenen Hash-Wert auf der Downloadseite.

Hier wird der komplette Download (egal ob Text, Bild, Audio, Video, Daten) zur Berechnung des Hashes herangezogen. Stimmt nun der errechnete Wert mit dem vorgegebenen Hash-Wert überein kann man sicher sein einen unbeschädigten Download durchegeführt zu haben.

...und weiter gehts im Block:

Die ermittelten Hashes werden nun paarweise gebündelt – und davon ein neuer Hash-Wert ermittelt.
Dieser Päarchenhash wird mit einem weiteren Päarchenhash zu einem Päarchenpäarchen-Hash usw., usf….

Und zwar

solange bis der Block seine maximale Größe erreicht hat.
oder ein neuer Block von einem Miner errechnet wurde.

Dieses Bild zeigt schematisch den Aufbau der Hashes (Hash) aus den einzelnen Transaktionen (Tx) in einem Block bzw. wie sich die Blocks zu einer Kette aneinanderreihen.

WIE WIRD AUS DEM BLOCK EINE KETTE?

Der letzte gemeinsame Hash-Wert (der sogennante Root-Hash) wird gemeinsam mit dem Hash des vorangegangenen Blocks, einem Zeitstempel und eine Art Rundenzähler (Nounce) zu einem neuen Block vervollständig.

(Nounce= Zähler für die Anzahl der Versuche für die Lösung des Ausgangsproblems)

...und somit beginnt die Kette und jeder Block wird zukünftig mit dem nächsten verbunden - zur Blockchain.

Diese Verbindung mit dem jeweils letzten Block ist das Sicherheitsmerkmal der Blockchain.

Wenn ersteinmal der Hash gebildet wurde und im nächsten Block eingebracht wurde ist es nicht mehr möglich den alten Block zu ändern – denn jede Änderung (und sei es nur ein Leerzeichen) verändert den Hash-Wert des Blocks und der Fehler würde sich sofort bis zum aktuellen Block fortführen.

Eine Fälschung wäre somit nur möglich wenn man Kontrolle über die Mehrheit der Blockchain hätte. Das wäre derzeit mit den tausenden über die Welt verbreiteten Nodes und Minern sehr unrealistisch.

So weit so gut zum Thema was ist ein Block ist – und wie diese Blocks zu einer Blockchain werden und wieso die Blockchain sicher ist.

Es stellt sich natürlich auch die Frage :

WO IST EIGENTLICH DIE BLOCKCHAIN?

Wir haben schon im zweiten Teil des Podcasts gehört das das Bitcoin-System dezentral ist ist und nicht - wie z.B. Banken oder Kreditkartensysteme - eine zentrale Datenbank haben.

Es muss also irgendwie sichergestellt sein das keine Transaktionen doppelt gebucht werden, keine falschen Transaktionen eingeschleust werden können oder jemand einfach seine Bitcoins mehrfach ausgibt.

Es muss also sichergestellt werden das JEDER den aktuellen Stand der Transaktionen und die Historie kennt.

Das passiert folgendermassen:

Es gibt zwei Arten von Systemerhalter im Bitcoinsystem: die Nodes und die Miner:

WAS IST EINE NODE?

Nodes holen sich die neuen Daten, validieren diese Daten und senden sie weiter.

Jede Transaktion wird somit geprüft ob diese Legitim ist und weitergegeben und dann ihrerseits von anderen Nodes geprüft und weitergegeben. Irgendwann werden so alle Nutzer des Netzwerkes erreicht. Jede Node enthält die komplette Blockchain.

Die Nodes sind einfach gesagt die Träger der Blockchain und erhalten das System.

WAS IST EIN MINER?

Für die Kontrolle der Transaktionen sind die Miner zuständig. Deren Aufgabe ist es Rechenleistung zur Verfügung zu stellen um nur die neuen Transaktionen zu validieren.

Dazu sammeln die Miner unabhängig voneinander alle aktuellen Zahlungs-Transaktionen und bündeln diese zu Blocks (...wie oben bereits erwähnt).

Das wird ihnen aber sehr schwer gemacht denn sie müssen dabei ein kryptologisch-mathematisches Verfahren (den sogenannten Proof of Work - PoW) anwenden die einige Zeit zur Berechnung in Anspruch nimmt und sie sind in einem Wettrennen mit allen anderen Minern. Ziel dieses Wettrennens ist nicht allein die Herstellung des aktuellen Blocks - der Gewinner dieses Rennens erhält die Bitcoins die bei der Herstellung des Blocks neu entstehen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Proof_of_Work

Diese neu erstellten Bitcoins sind der Anreiz die das ganze Bitcoin-System am laufen halten.

Zweiter Teil der Nachlese:

Im zweiten Teil der Nachlese über die Bitcoin-Blockchain geht es über weitere Möglichkeiten aber auch über die Vor- und Nachteile der Blockchain-Technologie:
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