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Blockchain. Funktionsweise und Herausforderung

Seminararbeit 2018 32 Seiten

Informatik - Wirtschaftsinformatik

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Eigenschaften der Blockchain
2.1 Herkunft
2.2 Ablauf Datenerfassung
2.3 Peer2Peer

3 Funktionsweise
3.1 Blockchain Typen
3.2 Auswahl einer Datenbank

4 Mining
4.1 Miner
4.2 Hash
4.3 Transaktionen

5 Kryptowährung

6 Blockchain
6.1 Smart Contracts
6.2 Token und Kryptoschöpfung

7 Anwendungsbeispiele der Blockchain
7.1 Finanzsektor
7.2 Industrie
7.3 Vertragsabschluss
7.4 Immobilienbranche
7.5 Blockchain-Phone
7.6 Blockchain-Projekt Cashback unlimited

8 Vorteile Blockchain
8.1 Transaktionen
8.2 Anonymität
8.3 Kryptowährung
8.4 Dezentral
8.5 SmartContracts

9 Probleme und Gefahren der Blockchain
9.1 Stromverbrauch
9.2 Rechtliche Unklarheiten
9.3 Kryptowährung
9.4 Mining Pools und 51% Angriff

10 Schluss

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Verworrenes Netzwerk

Abbildung 2: Intermediäres Netzwerk

Abbildung 3: Blockchain Netzwerk

Abbildung 4: Blockchain Typen

Abbildung 5: Auswahl einer Datenbank

Abbildung 6: Marktkapitalisierungsanteil Kryptowährungen

Abbildung 7: Marktkapitalisierung in USD Kryptowährungen

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieer Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Die Bearbeitung meiner praktischen Arbeit betrachtet die Thematik der Blockchain sowie die Funktionsweise und Herausforderungen.

Obwohl die Blockchain schon 2008 veröffentlicht wurde, fand das große Interesse der Öffentlichkeit und der Medien erst im Jahre 2017 statt. Grund dafür war der extreme Kursanstieg der Blockchain basierten Kryptowährung Bitcoin. Dadurch rückte auch die zugrundeliegende Technik, welche die Blockchain darlegt, in den Vordergrund. Das Thema Blockchain ist allerdings sehr umfangreich und benötigt sehr viel Hintergrundwissen um diese neue Technologie zu verstehen. Da die Blockchain jeden Bereich nachhaltig betreffen kann, ist es von großer Bedeutung zu verstehen, wie diese funktioniert. Warum diese effizienter wie die heutige Technologie ist und ob die Technologie wirklich in jedem Bereich Anwendung finden kann. Da die Blockchain-Technologie noch immer am Anfang steht, müssen einige Herausforderungen noch angegangen werden, um diese neue Technologie bedenkenlos nutzen zu können.

Aus diesem Grund ist diese praktische Arbeit so aufgebaut, dass die Blockchain von Grunde auf erklärt wird und zusammenhängende Themen, welche zum Verständnis benötigt werden, in der Ausarbeitung berücksichtigt sind. So wird Abschnitt für Abschnitt neues Wissen gelernt, welches zum Gesamtverständnis benötigt wird. Hierbei wird das jeweilige Thema nicht zu tief beschrieben, da hierfür mehr technischer Hintergrund benötigt wird. Erst wird das Verständnis für die Funktionsweise der Blockchain geschaffen, um anschließend zu verstehen welche Herausforderungen es gibt. Mit verständlichen Anwendungsmöglichkeiten soll zudem der transparente Bezug zur Technologie geschaffen werden.

2 Eigenschaften der Blockchain

Eine Blockchain ist ein unveränderbares Datenregister, welches dezentral gehalten wird und somit auf alle Knoten im Netzwerk verteilt wird. Sie besteht aus einer stetig wachsenden Liste von Transaktionsdatensätzen, die in chronologischer Reihenfolge unveränderbar, nachvollziehbar gespeichert und miteinander verkettet werden. Dadurch ist der Begriff „Blockchain“ entstanden, welcher nichts anderes wie „Blockkette“ bedeutet. Durch eine Kombination aus kryptografischen Funktionen, verteilten Netzwerken und komplexen technischen Mechanismen erlaubt die Blockchain eine Transaktionsabsicherung, ohne dabei auf eine vertrauenswürdige dritte Instanz, wie den Intermediär, zurückgreifen zu müssen. Die Daten der Transaktion werden anonym versendet und in der Blockchain unveränderbar und für jeden einsehbar abgelegt.

2.1 Herkunft

Entwickelt wurde das technische Modell der Blockchain von einem Pseudonym Namens Satoshi Nakamoto, dies wurde als Grundlage der Kryptowährung Bitcoin entwickelt. Die Blockchain sollte das dezentrale Buchhaltungssystem, für alle Bitcoin-Transaktionen werden.

Erstmals wurde die Blockchain im Zusammenhang mit dem Bitcoin-Zahlungssystem 2008 als Dokument beschrieben. Im Jahr 2009 wurde Bitcoin sowie die Open-Source-Software zur Blockchain veröffentlicht.

2.2 Ablauf Datenerfassung

In der heutigen Zeit findet der Datenaustausch meist über ein verworrenes Netzwerk statt. Diese haben meist eine schlechte Kommunikation und Datenlecks. Dies führt dazu, dass dieses System ineffizient, langsam, teuer, nicht transparent und dadurch anfällig für Betrug ist.

Die Abbildung verdeutlicht, dass keine klaren Datenströme vorhanden sind. Wenn Teilnehmer A etwas an Teilnehmer C verkauft, wird der Datenfluss unübersichtlich über verschiedene Stellen geleitet, da in diesem System jeder an der Transaktion beteiligt ist. Die jeweiligen Daten werden somit auch von jedem Teilnehmer benötigt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 : Verworrenes Netzwerk [1]

Ein Lösungsansatz wäre ein zentralisiertes Client-Server-Modell. Hierbei ist klar geregelt, dass alles über eine zentrale Stelle läuft, den Intermediär. Dieser benötigt allerdings das komplette Vertrauen aller Netzwerkteilnehmer, da über diesen alle Daten ausgetauscht werden und diese für den Intermediär auch einsehbar sind.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Intermediäres Netzwerk[2]

Um die Risiken und Probleme eines Intermediär zu umgehen und trotzdem die gleichen und sogar noch weitere Vorteile zu generieren, gibt es die Möglichkeit eine Blockchain zu nutzen.

Der Unterschied ist, dass z.B. beim traditionellen Zahlungsverkehr Finanzintermediäre zur Sicherstellung der Identität der Kontrahenten und für den reibungslosen Ablauf der Transaktion verantwortlich sind. Für die Sicherheit der Transaktion bei der Blockchain sorgt das gesamte Netzwerk.

Die dezentralisierte Lösung der Blockchain umgeht somit das Problem des Vertrauens zum Intermediär und schafft die Vorteile wie z.B. Transparenz. Wie in der Abbildung beschrieben, sieht nun jeder Teilnehmer in Echtzeit, wie weiter die Abwicklung der Daten sind und kann dementsprechend reagieren. Dies ist zeitsparend und kosteneffizient.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Blockchain Netzwerk[3]

2.3 Peer2Peer

Durch das dezentrale Netzwerk der Blockchain gibt es keinen Client-Server oder Intermediär mehr. Dies bedeutet, dass alle Computer gleichwertig[4] sein müssen. Das System ist damit robust gegen Ausfälle. Somit können auch keine Daten verloren gehen. Für diese Art von System ist eine Übereinstimmung, der geteilten Daten über Zustand und Aktualität jederzeit notwendig.

3 Funktionsweise

Die Blockchain wird verwendet um Daten[5] auszutauschen. Dieser Austausch wird Transaktion genannt. Diese wird in einem sogenannten Block zum Ausführen und Abwickeln an die dezentralen Teilnehmer im System geschickt. Die Teilnehmer validieren den Block durch das Lösen kryptographischer Rätsel. Dadurch wird der Block an die Blockchain hinzugefügt, somit ausgeführt und unveränderbar festgeschrieben. Jeder neu hinzugefügte Block erhält automatisch eine Referenz auf den zuvor hinzugefügten Block, dies macht die Blockchain unveränderbar. Es entsteht eine virtuelle Kette von Blöcken, die lückenlos alle gültigen Transaktionen enthält. Für das Validieren der Daten bekommt der Teilnehmer, der das Rätsel zuerst gelöst hat eine Belohnung.

3.1 Blockchain Typen

Es gibt drei verschiedene Typen der Blockchain.

1. Die Public Blockchain, welche dezentral und öffentlich zugänglich ist. Jeder Teilnehmer im System hat die gleichen Rechte und kann als Sender, Empfänger und Validierer der Daten dienen. Teilnehmer im System können sich mit jedem beliebigen Teilnehmer verbinden.
2. Die Hybrid Blockchain, ist für jeden frei zugänglich. Im System gibt es allerdings eine zentrale Autorität, welche zudem die Validierung reguliert.
3. Bei der Privat Blockchain, ist der Zugang sowie die Validierung durch die zentrale Autorität geregelt.

Die Einteilung in verschiedene Typen führt dazu, dass sich neue Möglichkeiten ergeben. Da bei der Public Blockchain jeder Teilnehmer die Daten lesen kann ist der Datentransfer nie geheim. Dies kann durch den eingeschränkten Zugang umgangen werden. Durch die eigene Auswahl der Validierer können z.B. Finanzinstitute die Verarbeitungszeit von Transaktionen innerhalb von Sekunden ausführen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Blockchain Typen[6]

3.2 Auswahl einer Datenbank

Um herauszufinden, ob ein Unternehmen überhaupt eine Blockchain benötigt oder um die passende Datenbank zu finden, gibt es verschiedene Fragen. Diese sind in der dargestellten Übersicht beschrieben, beantwortet man die Fragen dementsprechend, wird die passende Datenbank vorgeschlagen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Auswahl einer Datenbank[7]

Eine Blockchain bietet sich immer dann an, wenn es mehrere Teilnehmer gibt, die an einer Transaktion oder dem Austausch von Daten beteiligt sind und der Schreibzugriff dezentral geführt werden soll. Zudem sollte Vertrauen zu den Teilnehmern bestehen, da bei öffentlichen Blockchains die Daten von allen Teilnehmern im System gelesen werden dürfen. Bei Privat Blockchains löst man dies durch Zugangskontrollen und Schreibrechtvergabe.

4 Mining

„Mining bezeichnet den Vorgang, bei dem Rechenleistung für die Blockchain zur Verfügung gestellt wird. Diese kann in Form von Transaktionsverarbeitung, Absicherung und Synchronisierung aller Nutzer im Netzwerk zur Verfügung gestellt werden.“[8] Somit stellt das Mining ein dezentrales Rechenzentrum der Blockchain dar.

Hauptsächlich werden durch das Mining neue Blöcke erzeugt. Dies geschieht durch das Lösen mathematischer Rätsel, indem die Zahl gesucht wird, die den richtigen Hash[9] ergibt. Dadurch wird der Block validiert und an die Blockchain hinzugefügt. Es erfolgt eine sofortige Synchronisationsnachricht an alle Teilnehmer im System, dass es ein neues Teilstück hinzugefügt wurde. Bestätigen genügend andere Kopien, dass sie den neuen Block integriert haben, sind ab diesem Moment alle in diesem Block enthaltenen Daten gültig. Somit werden alle Blockchain automatisch aktualisiert und wieder auf den gleichen Stand gebracht. Durch das erfolgreiche Hinzufügen eines Blocks an seine Blockchain wird der Miner mit Kryptowährung belohnt. Nur so kann gewährleistet werden, dass der Wettbewerb zum Erstellen der Blöcke hoch gehalten wird. Somit findet gleichzeitig eine dezentrale Geldschöpfung statt. Im Blockchain-Netzwerk entfällt der größte Teil der Rechenleistung auf das Mining, da das Lösen der kryptographischen Aufgabe dem Proof-of-Work die größte Rechenleistung beansprucht. Dies stellt sicher, dass der Aufwand zum Erstellen eines Blocks hoch ist. Dadurch erhöht sich die Sicherheit der Blockchain, es wird so schwieriger und teurer das Netzwerk anzugreifen.

Da in Zukunft die Rechnerleistung steigen wird, muss das Mining immer schwieriger werden, damit nicht zu viel Kryptowährung auf einmal geschaffen wird.

4.1 Miner

Teilnehmer, die Mining betreiben, werden Miner genannt, diese benötigen neben einem leistungsfähigen Rechner eine spezielle Software, die die Verbindung des eigenen Computers mit dem Netzwerk ermöglicht. Die Software beinhaltet zwei Schlüssel, die für jede Transaktion benötigt werden.

Da die Miner weltweit verteilt sind und gleichzeitig versuchen den aktuellen Block zu erstellen, entsteht ein großer Konkurrenzkampf. Da nur der Teilnehmer, der es zuerst schafft das mathematische Rätsel zu lösen, die Blockchain erweitern darf. Da dieser Wettkampf sehr hohe Rechenleistung fordert und somit auch hohe Stromkosten verursacht, wird der Sieger belohnt. Diese Belohnung beinhaltet die Transaktionskosten des erstellten Blocks sowie in der Bitcoin-Blockchain Gratis-Bitcoins. Zu Beginn der Bitcoin-Blockchain gab es noch 50 BTC, diese Anzahl wird alle 210.000 Blocks halbiert, da die Bitcoin-Blockchain auf eine Menge von 21 Millionen begrenzt ist. Aktuell bekommt man 12,5 Bitcoins mit jedem neuem Block ausgezahlt.[10]

4.2 Hash

Die Blockchain startet mit einem programmierten Genesis-Block. Alle weiteren Blöcke werden anhand eines Hash errechnet. Ein Hash ist der Fingerabdruck eines Blocks. Er besteht aus einer Aneinanderreihung von Zahlen und Buchstaben, die durch einen Hash-Algorithmus erzeugt werden. Um beim Mining einen Hash zu erzeugen, benötigt man die Daten aus der Transaktion und Informationen des Hash im letzten Block der Blockchain. Ein Hash ist für die Blockchain unverzichtbar, dieser macht es unmöglich die Daten in einem Block zu verändern. Bei der Blockchain findet die Kryptographie des Hash-Baums statt. Dieser verhindert, dass die Hashwerte von Dritten verändert werden. Da sobald ein Wert des berechneten Hash verändert wird, sich automatisch ein anderer Hashwert ergibt. Ein Eingriff in dieses System würde die Rückberechnung sämtlicher Transaktionen erfordern, was als technisch unmöglich gilt. Zudem wird, sobald der Block erfolgreich an die Blockchain hinzugefügt wurde, automatisch jede Blockchain im System aktualisiert, sodass jeder Teilnehmer wieder die neueste Blockchain besitzt. Dies wird auch Single Point of Truth genannt.

4.3 Transaktionen

Eine Transaktion in der Blockchain ist ein Austausch von Daten zwischen zwei Teilnehmern, welche durch asymmetrische Verschlüsselung geschützt wird. Um eine Transaktion tätigen zu können, benötigt man den öffentlichen Schlüssel, welcher für jeden Teilnehmer sichtbar ist und den privaten Schlüssel, der nur für jeden Teilnehmer selbst ersichtlich ist. Jede ausgeführte Transaktion wird mit der öffentlichen Signatur des Teilnehmers versehen, somit kann immer nachvollzogen werden, wer die Transaktion getätigt hat. Der private Schlüssel wird für die tatsächliche Transaktion im System benötigt.

Eine Transaktion ist dann durchgeführt, wenn die Miner diese als Block an die Blockchain hinzugefügt haben. Dieser Vorgang dauert bei der Bitcoin-Blockchain ca. 10 Minuten. Sobald dies geschehen ist, ist eine Rückabwicklung nicht mehr möglich.

5 Kryptowährung

Die Kryptowährung ist das digitale Geld, welches über die Blockchain transferiert werden kann. Der Begriff der Kryptowährung leitet sich von „Kryptographie“ ab, was Verschlüsselung bedeutet.

Sie wurde erschaffen, weil der Erfinder eine Währung kreieren wollte, die keinem zentralen Organ unterliegt und kontrolliert wird. Der Handel mit der Währung kann komplett anonym erfolgen.

Die Währung wird im Mining Vorgang erstellt und ist auf eine maximale Herstellsumme beschränkt, bei der Bitcoin-Blockchain liegt die Beschränkung bei 21 Millionen Münzen. Eine Höchstgrenze ist notwendig, da laut Gesetz Geld nur von Zentralbanken grenzenlos hergestellt werden darf.

Hinter jeder Kryptowährung befindet sich eine eigene Blockchain. Dadurch entstanden seit Bekanntgabe des Codes der Blockchain hunderte verschiedene Kryptowährungen. Es ist zwar möglich, dass das zugrundeliegende Protokoll auf einer anderen Kryptowährung basiert, jedoch übt die zuvor existierende Kryptowährung nur die Vorlage. Somit können z.B. die Kryptowährungen Bitcoin Cash oder Litecoin unabhängig von Bitcoin, welches die Vorlage bildet, existieren.

Die jeweilige Währung der Blockchain ist lediglich online verfügbar und besitzt keinen intrinsischen Wert. Das bedeutet Besitzer der Kryptowährung müssen daran glauben, dass jemand bereit ist traditionelles Geld gegen die Onlinewährung einzutauschen. Die Kryptowährung kann in den jeweiligen Zahlungsstellen den „Wallets“ gekauft, verkauft und gehandelt werden. Da man sich die Kryptowährung nicht direkt auszahlen kann, muss diese immer mit einem traditionellen Bankkonto verrechnet werden.

Online-Währungen werden auch als Geldanlage genutzt. Wie bei traditionellen Währungen oder Aktien unterliegen auch Kryptowährungen einem Kurs, welcher durch Angebot und Nachfrage gebildet wird. Dadurch ergeben sich Kursschwankungen. Seit Einführung der Kryptowährung Bitcoin ist der Kurs durch zunehmende Nachfrage exponentiell angestiegen. Bei einer Anlage in Kryptowährung handelt es sich um eine sehr spekulative Anlage mit extrem hohen Tagesvolatilitäten. Der erste Wechselkurs der Währung Bitcoin zum US-Dollar wurde im Oktober 2009 anhand der Strom- und Hardwarekosten des Minings festgelegt. Der damalige Kurs lag bei 1309,09 BTC für 1 US-Dollar.[11] Der aktuelle Höchststand des BTC wurde am 17.12.2017 mit 19843,11 USD für 1 BTC erreicht.[12] Kryptowährungen werden von der EZB nicht als Währung anerkannt, sondern als Wertpapier. Somit sind Kryptowährungen regulierungspflichtig und Gewinne oder Verluste zu versteuern.

[...]


[1] Quelle:https://research.stlouisfed.org/publications/review/2018/02/13/blockchain-what-it-is-what-it-does-and-why-you-probably-dont-need-one/, 12.04.18.

[2] Quelle:https://research.stlouisfed.org/publications/review/2018/02/13/blockchain-what-it-is-what-it-does-and-why-you-probably-dont-need-one/, 12.04.18.

[3] Quelle:https://research.stlouisfed.org/publications/review/2018/02/13/blockchain-what-it-is-what-it-does-and-why-you-probably-dont-need-one/, 12.04.18.

[4] Englisch für „peer“.

[5] Daten können z.B. Geld, Verträge oder Signaturen sein.

[6] Quelle:http://www.ccsourcing.news/blockchain-mehr-als-nur-ein-hype-eine-einfuehrung-in-die-blockchain/, 04.04.18.

[7] Vgl. Plazibat, Ante, Blockchain, mehr als nur ein Hype? – Eine Einführung in die Blockchain, 2016, o.S.

[8] BTC-Echo (Hrsg.), Wie funktioniert Bitcoin-Mining?, o.J., o.S.

[9] Ein Hash ist eine Aneinanderreihung von Buchstaben und Zahlen.

[10] Vgl. Sixt, Elfriede, Bitcoins und andere dezentrale Transaktionssysteme, 2017, S. 41.

[11] Vgl. Sixt, Elfriede, Bitcoins und andere dezentrale Transaktionssysteme, 2017, S. 20.

[12] Quelle: https://www.finanzen.net/devisen/bitcoin-Dollar-kurs, 08.04.2018.

Details

Seiten
32
Jahr
2018
ISBN (eBook)
9783668845077
ISBN (Buch)
9783668845084
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v451314
Institution / Hochschule
Hochschule Ravensburg-Weingarten
Note
1,5
Schlagworte
Blockchain Bitcoin datenbank intermediär peer2peer miner mining transaktion kryptowährung smart contracts blockchain 2.0 token dezentral stromverbrauch mining pool smartcontracts anonymität

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Titel: Blockchain. Funktionsweise und Herausforderung