Datenbanken versus Blockchain-Technologie

Überall hört man derzeit von Blockchains und der Blockchain-Technologie. Tauchten sie zunächst im Zusammenhang mit neuen, bankenunabhängigen Währungen wie Bitcoin und Ether/Ethereum auf, interessieren sich inzwischen auch viele andere Branchen dafür, beispielsweise Behörden und andere, die sich mit Identitätsmanagement befassen, Banken und Finanzdienstleister, Projekte, für die sich eine dezentrale Verwaltung anbietet wie Crowdworking-Gemeinschaften, Crowdfinanzierung, aber auch Produktzertifizierer, die eine Wertschöpfungskette schnell und zuverlässig prüfen können müssen. Aber was genau ist anders bei der Blockchain-Technologie gegenüber der Verwendung von Datenbanken, wie wir sie bisher kennen.

Auch bei der Blockchain-Technologie werden Daten festgehalten und gespeichert, jedoch nicht in der bisher gebräuchlichsten Form, in einem so genannten relationalen Datenbanksystem auf einem zentralen Server, sondern in einem entsprechend der Distributed Ledger Technology (DLT) verteilten System.

Relationale Datenbank und Blockchain-Technologie im Vergleich

Beim relationalen Datenbanksystem besteht eine Datenbank aus einer Sammlung von Tabellen mit Datensätzen, die nach einem bestimmten Beziehungschema (Relationenschema) aufgeführt und verknüpft werden. Relationale Datenbanksysteme werden oft mit der Datenbanksprache SQL definiert und bearbeitet.

Relationale Datenbanken werden i.d.R. zentral auf speziellen Servern aufgesetzt. Die Kontrolle über die Nutzung durch andere hat, wem Server und Datenbanken gehören. Die Datenbank-AdministratorIn und andere mit den entsprechenden Rechten können Struktur und Inhalte der Datenbank verändern.

Eine Blockchain ist eine von verschiedenen Arten, wie ein Distributed Ledger (ein verteiltes Kontobuch/Journal/Logbuch) umgesetzt wird.

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Für die DLT benötigt man

• ein Datenmodell, das den derzeitigen Stand der „Buchführung“ wiedergibt,
• eine Sprache für Transaktionen, die den Stand des Kassenbuches verändert. Dazu gehören auch so genannte Smart Contracts – die gibt es allerdings nicht bei der Bitcoin Blockchain, nur bei Ethereum und bei Hyperledger Frameworks
• ein Protokoll zur Feststellung der Übereinkunft zwischen den Teilnehmern (Consensus Algorithm), damit Transaktionen in einer vordefinierten Reihenfolge abgewickelt und eingetragen werden können.

Zur DLT und damit zur Blockchain-Technologie gehört außerdem ein Peer-to-Peer-Netzwerk (P2P-Netzwerk), also ein dezentrales Netzwerk, über welches die Daten, bzw. die Blockchain verteilt wird.

Übersicht: Relationale Datenbank versus Blockchain

Die Blockchain selbst besteht, wie der Name Blockchain (= Blockkette) sagt, aus einer Kette von Blöcken. Diese Blöcke enthalten die Datensätze und sind jeweils mittels kryptographischer Verfahren miteinander verknüpft und geschützt.

Jede Blockchain beginnt mit einem Anfangsblock (Genesis Block), auf den der chronologisch nächste Block aufbaut, auf den wiederum der übernächste aufbaut und so weiter.

In jedem Block sind neben den Metadaten eine bis mehrere Transaktionen von Geld, Gütern oder Anderem gespeichert.

Eine Transaktion ist der Eintrag eines Vorgangs. Dazu wird eine digitale Signatur gebraucht. Die Einträge werden verifiziert, geordnet und gebündelt.

Die Metadaten der Blöcke – jeweils ein verschlüsselter Zeiger auf den vorhergehenden Block, ein Zeitstempel, ein Nachweis wie „Proof of Work“ und der Merkle Tree (baumartige Übersicht der Hashwerte der enthaltenen Datenblöcke) – stellen die Integrität der Daten sicher.

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Durch Konsensverfahren im Netzwerk wird Einigkeit über die Transaktionsdaten bzw. über die Schaffung eines neuen Blocks erzielt, der dann an die Blockkette angehängt und im Netzwerk über die Nodes verteilt wird. So wird die Unveränderbarkeit, Zuverlässigkeit und Transparenz durch das System selbst gewährleistet, Geschäftsprozesse und gesetzliche Auflagen können entsprechend modernisiert werden.

Wer sich mit einer Blockchain verbinden und Geld, Güter oder anderes übertragen können möchte, benötigt eine entsprechende Applikation.

Beispiel Bitcoin:
Bei der seit 2009 existierenden Kryptowährung Bitcoin benötigt man eine Wallet-Applikation (Geldbörse), wenn man die Währung zur Bezahlung oder zum Kassieren nutzen möchte. Bei einer Übertragung, beispielsweise einer Bezahlung, wechselt das Geld virtuell von einer Geldbörse zu einer anderen. Das passiert ganz ohne Vermittler wie Banken oder andere Mittlerinstitutionen.

Die abgeschlossene Transaktion wird in der Blockchain angezeigt und wandert durch das ganze P2P-Netzwerk, welches in diesem Fall auf dem Bitcoin-Protokoll basiert, bis jeder Peer eine exakte Kopie der Blockchain hat.

Wer auf (s)einem Rechner genug Arbeitsspeicher, Speicherplatz sowie eine Breitbandanbindung hat und permanent online ist, kann ihn (nebenbei) als Node für das Bitcoin-Netzwerk zur Verfügung stellen. Dafür gibt es allerdings keine Gegenleistung.

Anders beim Bitcoin-Mining: Für die Entstehung von Bitcoins sind sogenannte Schürfer (Bitcoin Miner) zuständig. Sie bündeln Transaktionen zu Blocks. Bevor sie einen neuen Block vorschlagen können, müssen sie aufwendige kryptographische Aufgaben lösen. Das Verfahren wird Proof of Work, PoW, genannt. Es steht derzeit in der Kritik, weil diese Art des Minings enorme Rechnerpower benötigt und damit viel Strom verbraucht. In anderen Blockchains und Distributed Ledgers werden oft andere Verfahren genutzt.

Es gibt übrigens offene (permissionless, open public) Blockchains, dazu gehören die Bitcoin- und die Ethereum-Blockchain. Und es gibt geschlossene (permissioned, enterprise) Blockchains, wie beispielsweise die verschiedenen Hyperledger Blockchain Frameworks, bei denen nur bestimmte Personen die Möglichkeit zur Beteiligung bekommen.

Wird die Blockchain-Technologie die Wirtschaft, vielleicht die Welt verändern?

Manche meinen, ja! Wir sollten uns darauf vorbereiten!

 
Video: 19 Industries The Blockchain Will Disrupt) | Future Thinkers (YouTube)

Video: Walmart’s food safety solution using IBM Food Trust built on the IBM Blockchain Platform | IBMBlockchain (YouTube)

Jedoch: Bei aller Sicherheit und Transparenz der Blockchain-Technologie innerhalb ihres Systems, ist man auch mit einer Kryptowährung nicht vor Kriminellen sicher, wenn die beispielsweise mit Phishing-Methoden Privatschlüssel ausspionieren o. Ä. (siehe Artikel bei Heise).

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Nachtrag März 2021:
Inzwischen hat sich so viel im Bereich Blockchain-Technologie, Kryptowährungen, Ethereum Smart Contracts und dApps sowie Non-Fungible Tokens (NFTs) getan. Gerade habe ich hier ausführlich darüber gebloggt, einschließlich der Möglichkeit mit diesen Themen Geld zu verdienen: Was sind NFTs und worum geht es bei dem Blockchain-, Ethereum- und NFT-Hype (tinto bloggt).

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Buchtipp*

• Tomaten in der Blockchain (tinto bloggt)
• Blockchain zwischen Hoffnung und Spekulation (tinto bloggt)
• Bitcoin – Open Source P2P Geld (Bitcoin.org)
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• Was sind NFTs? Und worum geht es bei dem Blockchain-, Bitcoin-, Ethereum- und NFT-Hype? (tinto bloggt)
• A Step by Step Guide to Firing Up Your Own Bitcoin Node
• Steueroase hofiert Kryptoszene: „Es geht nicht um Bitcoin, sondern Dynamik (n-tv.de)
• MOOC: Blockchain for Business – An Introduction to Hyperledger Technologies
  (The Linux Foundation bei edX)
• Kryptowährung: IOTA im Wert von vier Millionen US-Dollar geklaut (heise.de) 

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