Erklärung und Anwendungsbereiche
Eine Blockchain ist eine stetig wachsende Datenbank, die den aktuellen Status sämtlicher Transaktionen aller beteiligten Akteure festhält und dezentral speichert. Dabei ist jede Transaktion auf Gültigkeit geprüft, ohne dass die Beteiligten sich gegenseitig vertrauen müssen. Grundsätzlich hat jeder – sofern er über einen sogenannten Zugangsschlüssel verfügt – Zugang zu diesen Daten. Eine zentrale Verwaltungseinheit („Mittelsmann“) existiert nicht. Sowohl die Leistungserbringung als auch der Abschluss der Transaktionen bzw. der Zahlungsvorgang erfolgt dezentral und weitgehend automatisiert. Die Transaktionen werden gebündelt und innerhalb des Netzwerks in Form von aufeinander folgenden, kryptographisch verketteten Datensätzen unveränderlich festgehalten. Das Ergebnis ist eine stetig wachsende Kette (Chain) aus Datenblöcken (Blocks), die bei allen beteiligten Akteuren komplett und dezentral gespeichert wird.
Technische Grundlagen
Ein großer Vorteil der Blockchain-Technologie ist ihr Peer-to-Peer-Charakter, der zentrale Vermittlungsinstanzen obsolet werden lässt. Mit der zunehmenden Digitalisierung findet die Blockchain nun vermehrt Eingang in die Energiewelt. Diese neue Technologie hat das Potenzial, energiewirtschaftliche Prozesse in nahezu allen Wertschöpfungsstufen zu optimieren.
Arten von Blockchains
In Abhängigkeit von Zugriffsberechtigungen und Änderungsmöglichkeiten existieren verschiedene Blockchain-Typen. Unterschieden wird dabei in öffentliche und private Blockchains.
- Öffentliche Blockchains
Diese gelten als frei zugänglich und vollständig dezentral. Die Identität der Teilnehmer ist anonym; jeder kann die Blockchain lesen, Transaktionen senden und sich an dem Konsensprozess beteiligen. Transaktionsdatensätze werden dezentral gespeichert und mittels Peer-to-Peer-Netzwerk validiert. Nachträgliche Änderungen sind nicht möglich. Bei öffentlichen Blockchains sind die Betriebskosten wegen der aufwändigen Validierungsprozesse hoch. - Private (permissioned) Blockchains
Diese erlauben eingeschränkten Zugang für Teilnehmer, die sich zunächst authentifizieren müssen. Die Speicherung und Validierung kann je nach Architektur in ausgewählten Knoten erfolgen. Nachträgliche Änderungen sind möglich, d.h. Transaktionen können rückgängig gemacht werden. Private Blockchains haben niedrigere Betriebskosten als öffentliche Blockchains. Meist werden sie für unternehmensinterne Prozesse wie Datenbankverwaltung und -prüfung verwendet.
Transaktionen und Blöcke
Eine vereinbarte Transaktion zwischen Anbieter und Nachfrager kommt im Idealfall durch einen Smart Contract zustande, in welchem hinterlegte Regeln abgebildet werden. Die Informationen der einzelnen Transaktion werden zusammen mit anderen Transaktionen in einem Datenblock zusammengefasst.
Ein Block besteht aus einem Informations- und einem Verknüpfungsteil. Der Informationsteil enthält Transaktionsdetails, aber auch den Smart Contract Code. Der Verknüpfungsteil enthält eine Verknüpfung zum vorherigen Block in der Kette. Durch die Verkettung kann sichergestellt werden, dass Blöcke aus der Vergangenheit nicht unbemerkt manipuliert werden können.
Konsensmechanismen/Validierungsprozesse
Als verteiltes System ohne zentrale Vermittlungsinstanz benötigt die Blockchain zur Sicherstellung von Vertrauen innerhalb des Netzwerks einen Konsensmechanismus. Dadurch wird gewährleistet, dass jeder Knoten über dieselbe Kopie des Datensatzes verfügt. Transaktionen und deren Validierung müssen jeweils allen Minern zur Verfügung gestellt werden, wodurch ein hoher Kommunikations- und Rechenaufwand entsteht. Es existieren verschiedene Konsensmechanismen, am häufigsten angewendet werden derzeit Proof-of-Work und Proof-of-Stake.
- Proof-of-Work
stellt die Lösung zu einer Rechenaufgabe (kryptographisches Puzzle) dar, die als Arbeitsnachweis dient. Der Nachweis der Transaktion erfolgt durch Miner und ist sehr energie- und kostenaufwendig. - Proof-of-Stake
basiert auf einem Beteiligungsnachweis (Anteil an Token) statt des Arbeitsnachweises. Aufgrund des geringeren Rechenaufwandes bietet dieser Mechanismus eine Lösung für eine hohe Anzahl an Anwendern und ist weniger energie- und kostenintensiv als Proof-of-Work.
Smart Contracts
Smart Contracts umfassen die automatisierte Auslösung von Transaktionen nach einer konditionalen Logik. Werden bestimmte Voraussetzungen erfüllt, werden automatisch und der Logik entsprechend Transaktionen generiert. Bei Einsatz von Smart Contracts wird keine dritte Instanz als vermittelnde Institution zur Vertrauenssicherung zwischen zwei Vertragspartnern mehr benötigt; die Technologie garantiert selbst für die Einhaltung des Vertrags. Erste Anwendung fanden Smart Contracts in der Ethereum-Blockchain. Abhängig von Zugriffsberechtigungen und Änderungsmöglichkeiten existieren verschiedene Blockchain-Typen. Unterschieden wird dabei in öffentliche und private Blockchains.
- Glossar Blockchain
Miner sind spezialisierte Rechner mit sehr leistungsfähiger Hardware. Als „Arbeiter“ in der Blockchain sind sie verantwortlich für die Erstellung neuer Blöcke durch das Lösen komplexer mathematischer Aufgaben. - Knoten (engl. „Nodes“) sind Computer im Netzwerk, die die komplette Transaktionshistorie gespeichert haben. Nodes berechnen nichts, sondern prüfen, ob Transaktionen gültig und die Berechnung der Miner korrekt sind.
- Token bezeichnet meist die einer Kryptowährung zugrundeliegende Währungseinheit. Technisch gesehen ist ein Token ein Eintrag in die verteilte Datenbank und stellt für den einzelnen Teilnehmer eine Anreiz dar, an dem Validierungsprozess teilzunehmen.
- Konsensprozess bezeichnet einen automatisierten Abstimmungsprozess (z. B. Proof-of-Work, Proof-of-Stake), in dessen Verlauf neue Transaktionen zur Blockchain hinzugefügt werden. Diese Funktionsweise sichert die Gewährleistung der Datensouveränität, indem die Mehrheit aller Teilnehmer über die Integrität der Blockchain wacht.
