Blockchain und Cryptowährung. Technischer Hintergrund und Funktionsweise, Konsens-Algorithmen und Smart-Contract

Term Paper , 2022 , 9 Pages , Grade: 1,2

Computer Sciences - Cryptocurrency

Der Text beschäftigt sich mit dem Thema Kryptowährungen und der Blockchain-Technologie. Der Autor erklärt, dass Kryptowährungen digitale "Wertmarken" sind, die durch Kryptografie geschützt sind und unabhängig von staatlichen Institutionen und Banken funktionieren sollen. Der Text geht auch auf die Herstellung von Kryptowährungen ein, die durch Mining oder Staking erfolgt. Der bekannteste Vertreter der Kryptowährungen ist Bitcoin, dessen maximale Herstellungsmenge auf 21 Millionen Stück begrenzt ist. Der Wert einer Kryptowährung wird durch die Marktkapitalisierung und die maximale Anzahl der Coins bestimmt. Der Autor erläutert auch die Funktionsweise der Blockchain-Technologie und ihre Anwendungsbereiche. Der Text schließt mit einer Einschätzung des Autors ab, welchen Einfluss die Blockchain-Technologie in der Zukunft haben könnte.

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Was ist eine Crypto-Währung?

3 Einführung in die Blockchain-Technologie
3.1 Technischer Hintergrund und Funktionsweise
3.2 Konsens-Algorithmen
3.3 Smart Contract

4 Anwendungsbereiche der Blockchain

5 Fazit

Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse

Literaturverzeichnis

1 Einleitung

“Bitcoin will do to banks what email did to the postal industry.” (Falkwinge)

Diesen Satz gab Rickard Falkvinge, Gründer der schwedischen Piratpartiet bereits vor ein paar Jahren, in Bezug auf die Relevanz von Bitcoin von sich. Doch welche Relevanz hat Bitcoin und die Blockchain - Technologie heute? Mit diesen und vielen weiteren Themen wird sich der Verfasser dieser schriftlichen Ausarbeitung befassen.

Der Autor beschäftigt sich mit diesem Thema, da Cryptowährungen immer publiker werden und immer größer werdenden Einfluss auf die Gesellschaft nehmen.

Ziel dieser Ausarbeitung wird sein, einen Einblick in die „Welt“ der Crypto-Währungen und die dahinterstehende Blockchain-Technologie zu bekommen und auf mögliche Vor- und Nachteile einzugehen.

Im ersten Abschnitt werden mithilfe verschiedener Quellen sowohl die Hintergründe als auch die Entstehung der Crypto-Währung dargestellt.

Danach werden im zweiten Kapitel die Eigenschaften und die Funktionsweise der Blockchain nahegelegt. Des Weiteren wird auf mögliche Anwendungsbereiche dieser eingegangen, was die Besonderheiten dieses Systems verdeutlichen soll.

Um das Bild abzurunden, folgt im dritten Kapitel eine Einschätzung des Autors, welchen Einfluss die Blockchain-Technologie in unserer Zukunft haben könnte und welche Möglichkeiten oder Folgen sich daraus ergeben.

2 Was ist eine Crypto-Währung?

Eine Crypto-Währung, ist einfach gesagt, digitales Geld. Diese digitalen „Wertmarken“, werden häufig auch „Token“ oder „Coin“ genannt. Jedoch muss man zwischen den beiden Wörtern ein wenig differenzieren. Denn ein Coin ist ein Währungstyp mit einer eigenen Blockchain, wohingegen ein Token an eine bereits bestehende Blockchain gebunden ist, wie z. B. der Ethereum Blockchain. Das Wort Crypto, steht für Kryptografie, was die Wissenschaft zur Verschlüsselung von Informationen beschreibt. Denn das ursprüngliche Ziel war es, ein Zahlungsmittel zu erschaffen, das von staatlichen Institutionen und Geschäftsbanken unabhängig ist. Weitere Ziele waren zudem, schnellere und günstigere Bezahlvorgänge bzw. Transaktionen zu schaffen.

Um eine solche Crypto-Währungen herzustellen, muss zunächst „mining“ oder „staking“ betrieben werden (wird unter Punkt „3.2 Konsens Algorithmen“ erklärt). Jedoch ist jedes Crypto-Asset auf eine bestimmte Anzahl von Coins beschränkt. Bei dem Bitcoin, einem Crypto-Asset, das aktuell den höchsten Bekanntheitsgrad hat und auch von der Marktkapitalisierung (Börsenwert, welcher sich aus der Multiplikation von dem aktuellen Kurs und der gesamten Anzahl der „Coins“ ergibt) von aktuell etwa 569 Milliarden US-Dollar auf Platz eins aller Crypto-Assets ist, ist die maximale Herstellsumme 21 Millionen Stück. Aufgrund der begrenzen Anzahl an Coins, werden Online-Währungen auch als Geldanlage genutzt und unterliegen daher auch einem Kurs, der aus der Marktkapitalisierung und der maximalen Anzahl des jeweiligen Coins gebildet wird. Im Vergleich zu anderen Geldanlagen wie zum Beispiel Edelmetallen, Rohstoffen, ETFs... haben Crypto-Währungen allerdings sehr starke Kursschwankungen. Im Falle von Bitcoin lag der Kursanstieg von 2013 bis jetzt, 2022, bei etwa 22.000%, wohingegen Gold beispielswiese, „nur“ 44% Kursanstieg die letzten zehn Jahre aufgewiesen hat. Man spricht bei der Crypto-Währung also von einer spekulativen Geldanlage.

Die ersten Schritte zur Erstellung einer Online-Währung, machten Anfang der 1990- Jahre eine Gruppe von Programmierern und Kryptografen, welche via E-Mail über Wege diskutierten, wie Privatsphäre im digitalen Raum geschützt werden kann. Ein Mitglied dieser Gruppe war der Erfinder von Bitcoin, welcher unter dem Pseudonym „Satoshi Nakamoto“ bekannt ist. Er stellte am 1. November 2008 erstmals seine Idee der Crypto-Währung Bitcoin in „The Cryptography Mailing List“ vor.

(Finanzen.net) (Lorenz 2018) (Cryptolist 2022)

3 Einführung in die Blockchain-Technologie

3.1 Technischer Hintergrund und Funktionsweise

Was ist eine Blockchain? Meist sind die Erklärungen sehr komplex, Meier und Stormer stellen für den Begriff der Blockchain aber eine einfache Formel auf:

Blockchain=Distributed Ledger+Consensus (Meier und Stormer 2018)

Unter der Distributed Ledger Technologie (digitales System zur Aufzeichnung von Transaktionen) wird zunächst ein System mit mehreren Teilnehmern verstanden, welches trotz möglicher Unzuverlässigkeit einzelner Teilnehmer und ohne eine zentrale Steuerungsautorität funktioniert (Hinckeldeyn 2019). Das Wort Consensus steht für einen Konsens, was so viel wie „Übereinstimmung“ bedeutet). Vereinfacht, kombiniert die Blockchain also ein Distributed Ledger-System mit einer festgelegten Konsensfindung, welche die erwähnte Unzuverlässigkeit bzw. den versuchten Betrug einzelner Teilnehmer am System erkennt und unterbindet. Weitere wichtige Begriffe im Rahmen dieser Arbeit sind Hash-Wert und Hash-Baum.

Hash-Funktionen sind mathematische Funktionen, welche Eingaben beliebiger Art und Länge auf einen Lösungsbereich mit fixer Größe abbilden - den Zielbereich. Dieser Zielbereich wird auch Hash-Wert der jeweiligen Eingabe genannt. Das Ziel der Hash-Funktion ist es, einen kompakten Hash-Wert aus beliebig großen Eingaben zu erzeugen, welcher möglichst einzigartig ist, sodass zwei verschiedene Eingaben nicht im selben Hash-Wert resultieren. Außerdem darf ausgehend vom Hash-Wert nicht auf den Eingabewert geschlossen werden können. Dadurch, dass auch nur die kleinste Veränderung des Eingabewertes einen gänzlich anderen Hash-Wert zur Folge hat, eigenen sich Hash-Werte ideal zur Integritätsprüfung von bspw. Dokumenten. Derselbe Eingabewert wird jedoch (unter Verwendung desselben Hash-Verfahrens) immer zum identischen Hash-Wert führen.

Die Funktionsweise eines Hash-Wertes ist am Beispiel der folgenden zwei Schreibweisen verdeutlicht, welche mittels eines Online-Hash-Generators nach SHA- 256 verschlüsselt wurden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(coding tools 2021)

Die Ausgabewerte zeigen keine Ähnlichkeit zueinander und lassen auch keine Rückschlüsse auf den Eingabewert zu, obwohl sich diese stark ähneln.

Das SHA in SHA-256 steht für Secure Hash Algorithm, eine Familie kryptographischer Hash-Funktionen, welche vom National Institute of Standard and Technology veröffentlich wurden. Die Nummer 256 steht für 256 Bits, die Länge des Hash-Wertes, welche aus praktikablen Gründen meist als eine 64-stellige Hexadezimalzahl angegeben wird. (Faust 2019)

Hash-Bäume sind Datenstrukturen, welche auf Hash-Werten basieren. Sie werden auch Merkle-Bäume genannt, nach ihrem Erfinder Ralph Merkle. Der Hash-Baum ist eine Methode zur effizienten Integritätsprüfung. Hat man bspw. vier Dokumente, wäre der Ablauf der Integritätsprüfung wie folgt:

1. Bildung von Hash-Werten für alle vier Dokumente
2. Hash-Werte von Dokument 1&2 sowie 3&4 werden kombiniert und als Eingabe für jeweils neue Hash-Werte genutzt
3. Hash-Werte der beiden Gruppen-Hashes werden wiederum als Eingabe für einen neuen Hash-Wert genutzt, den Root Hash bzw. Wurzelhash Merkle-Bäume können unendlich nach unten erweitert werden, es werden jeweils die Hashes aus zwei Gruppen bzw. Dokumenten kombiniert, bis man an der Spitze, dem Root Hash, angelangt ist. Jede Veränderung eines Dokumentes, egal, auf welcher Ebene des Merkle-Baums, hätte einen anderen Root Hash zur Folge. Durch diese Möglichkeit, schnell und zuverlässig viele Dokumente auf Veränderungen zu prüfen, ergibt sich die angesprochene Effizienz. (Fill und Meier 2020)

3.2 Konsens-Algorithmen

Für Blockchains ergibt sich eine Problematik, wenn ein größtenteils offener Zugang für neue Teilnehmer besteht. Im dezentralen System der Blockchain sind alle Teilnehmer berechtigt, auf die Daten der Blockchain zuzugreifen und mit ihnen zu interagieren. Bösartige Teilnehmer können die Blockchain im eigenen Interesse fortführen und Ereignisse erfinden, um andere Teilnehmer zu täuschen. Eine zentrale Kontrollstelle für die Richtigkeit der Blockchain-Fortführung gibt es nicht. Daher müssen die Netzwerk-Teilnehmer unter sich einen Konsens über die richtige Fortführung der Blockchain finden (Hinckeldeyn 2019).

Nachfolgend wird eine Auswahl an bekannten und häufig eingesetzten Konsens­Algorithmen vorgestellt:

1. Proof of Work (PoW). PoW ist der klassischste Konsens-Algorithmus im Blockchain- und Krypto-Bereich. Er wird heute u. a. von den größten Kryptowährungen nach Marktkapitalisierung - Bitcoin und Ethereum - eingesetzt. (coinmarketcap)

Grundidee: Je mehr Rechenleistung ein Teilnehmer ins System gibt, desto mehr Wert wird seiner Blockchain-Fortführung und damit seiner Realität beigemessen.

Gewisse Netzwerkteilnehmer, sog. Miner, setzen Rechenleitung ein, um unter großem Aufwand neue Blöcke zu generieren. Durch diese Arbeit validieren die Miner die in den Blöcken enthaltenen Transaktionen und erhalten für den Rechenaufwand pro Block einen Bitcoin und eine Transaktionsgebühr. Man spricht daher auch vom Bitcoin­Schürfen.

2. Proof of Stake (PoS). Auf Blockchains mit PoS-Konsens wird statt Rechenleistung ein geldwerter Einsatz (engl. stake) hinterlegt, um Transaktionen zu validieren.

Grundidee: Je mehr Anteile der Kryptowährung ein Teilnehmer hinterlegt, desto eher darf er Blöcke validieren und die Blockchain fortsetzen.

Der Validator ist ein Teilnehmer, welcher bei einer PoS-Kryptowährung Coins hinterlegt. Da im PoS keine Rechenleistung hinterlegt wird, um den nächsten Block zu erraten, teilt das Protokoll die Blöcke zufällig, jedoch gewichtet nach hinterlegtem Anteil, auf die Validationen zu. Die Validatoren erhalten in diesem Zuge eine Transaktionsgebühr aus den im Block enthaltenen Transaktionen. (Hellwig und Karlic 2021)

3. Proof of Authority (PoA). Im PoA-Modell gibt es besonders vertrauenswürdige Validationen, welche durch ihre Ernennung als solche allein oder als Mehrheit in der meist kleinen Gruppe von Validationen Blöcke erstellen und bestätigen.

Grundidee: wer Autorität hat, darf Blöcke bestätigen und die Blockchain fortführen

Teilnehmer müssen eine Identitätsprüfung und eine Erlaubnis durch den sog. Gatekeeper (bspw. ein Konsortium) erhalten, um Validator zu werden. Der Einsatz von PoA geht jedoch mit einer gewissen Zentralität einher, die gerade im generell dezentralen Kryptowährungs-Bereich ungern gesehen ist. PoA eignet sich aber umso mehr für private Blockchains im Unternehmensumfeld.

3.3 Smart Contract

Neben den einfachen Transaktionen von Adresse A an Adresse B, erlauben die meisten Blockchains auch komplexe Transaktionen in Form von Smart Contract. Smart Contracts (intelligente Verträge) sind keine Verträge im rechtlichen Sinne, sie erlauben jedoch komplexe Transaktionen, welche an Bedingungen geknüpft sind. Ein Beispiel: Die Zahlung in Höhe, der vorher im Smart Contract festgelegten Vergütung für eine Ware wird, eingeleitet, sobald die Ware am Wareneingang mittels RFID-Chip bestätigt entgegengenommen wurde. Der beschriebene Vorgang muss nicht zwangsweise mittels Blockchain-Technologie abgebildet werden. Es bietet sich jedoch an, da die Blockchain eine unabhängige und vertrauenswürdige Instanz darstellt, welche ohne Eigeninteresse die Bedingungen für die Erfüllung des Smart Contracts prüft.

4 Anwendungsbereiche der Blockchain

Nun wurde deutlich, was die Funktionsweisen der Blockchain sind. Doch was könnte man konkret damit erzielen? Gerade im Finanzwesen könnte man durch die Blockchain ein paar Vorgänge optimieren. Denn In der Blockchain ist jeder Vorgang verschlüsselt und auf vielen verschiedenen Datenbanken gestreut. Aber auch bei internationalen Zahlungen ohne zentralen Kontrollpunkt, wie der Bank, könnte eine Blockchain dabei helfen, Transaktionskosten zu senken und die Geschwindigkeit von Überweisungen zu erhöhen. Aber auch im Gesundheitswesen könnte die Blockchain eine gute Plattform bieten, um Datenschutz einfacher zu gewährleisten. Denn die Blockchain kann so programmiert werden, dass nur ausgewählte Nutzer Zugriff auf die Daten haben. Nichtsdestotrotz können die Daten im verteilten Netz sicher abgelegt werden.

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• Grade: 1,2
• Author: Felix Linke (Author)
• Publication Year: 2022
• Pages: 9
• Catalog Number: V1338500
• ISBN (PDF): 9783346842817
• Language: German
• Tags: blockchain, cryptowährung, technischer, hintergrund, funktionsweise, konsens-algorithmen, smart-contract