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.

Zentrale, relationale Datenbank

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.

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.

P2P-Netzwerk aus gleichberechtigten Nodes

Übersicht: Relationale Datenbank versus Blockchain

Relationale Datenbank Blockchain
Die relationale Datenbank befindet sich i.d.R. zentral in einer Server-basierten Netzwerkarchitektur. Die Blockchain befindet sich auf allen Nodes in einem P2P-Netzwerk.
für zentralisierte Anwendungen für dezentralisierte Applikationen (dapp, Bitcoin gilt als erste dapp)
Mitarbeiter mit entsprechenden Rechten können bestehende Strukturen und Einträge verändern. Es gibt keine Möglichkeit für die Nodes-Besitzer, Struktur oder Daten unbemerkt zu verändern.
Vertrauen zur verwaltenden Instanz ist nötig. Das System kontrolliert sich selbst.
Eine relationale Datenbank in einer Server-basierten Architektur ist besonders angriffsgefährdet (Single Point of Attack). Durch die Replikation der gesamten Blockchain auf jeden Node im Netzwerk und andere Sicherheitsautomatismen gibt es keinen Single Point of Attack.

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.

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.

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

Bitcoins - virtuelle Währung im InternetBeispiel 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 o. Ä.

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!

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Über Eva Schumann

Werbefinanzierte Online-Publikationen: www.tinto.de. Journalistin, Bloggerin, Autorin, Texterin und Technische Redakteurin mit Garten-/Gartenbau- sowie IT/Kommunikation-Background: www.evaschumann.biz.
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