Kryptowährung 01.06.2021, 08:00 Uhr

Blockchain – Wie funktioniert die Technik hinter Bitcoin & Co?

Der Bitcoin macht gigantische Kurssprünge und für NFT-Kunstwerke werden Millionen bezahlt: Kryptowährungen erleben einen Hype. Die Technik dahinter, die Blockchain, ist nicht weniger spektakulär und bietet darüber hinaus großes Potenzial.

Frau sitzt am Laptop Symbole steigen auf

Die Blockchain bietet Chancen - und Risiken.

Foto: panthermedia.net/AndrewLozovyi

Am Anfang war das Geld: Im Oktober 2008, im Zeichen der Finanzkrise und schwindendem Vertrauen in die Institution Bank , stellte ein gewisser Satoshi Nakamoto die Kryptowährung Bitcoin vor. Diese sollte unabhängig von Zentralbanken sein und auch Probleme bereits vorher vorgestellter Kryptowährungen beheben. Beispielsweise das, dass eine Kryptomünze mehrfach ausgegeben wird. Und hier kommt die Blockchain ins Spiel.

Zahlungsvorgänge mit den Bitcoins sollten verteilt in Netzwerken durchgeführt werden: Eine Anzahl von Transaktionen wird zu Datenblöcken zusammengefasst und von den Teilnehmern des Netzwerks durch komplizierte Rechenverfahren verifiziert. Jeder Block enthält dabei verschlüsselte Informationen des Vorgängerblocks und einen Zeitstempel. Außerdem wird die gesamte so entstehende Kette voneinander abhängiger Blocks auf allen im Netzwerk verbundenen Rechnern gespeichert. Daher der Name Blockchain für die Technologie.

Blockchain schützt vor Manipulationen

Es liegt auf der Hand, dass solcherart gespeicherte Informationen weitgehend sicher vor nachträglichen Veränderungen sind. Denn Modifikationen in einem bereits gespeicherten Block würden die verschlüsselte Referenz im Folgeblock ungültig machen. Es müssten also für eine erfolgreiche Manipulationen alle Folgeblöcke auf allen Netzwerkknoten ebenfalls geändert werden, was extrem rechenaufwändig und damit unwahrscheinlich ist.

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„Blockchain ist eine Technologie zur gesicherten Verarbeitung und Prüfung von Datentransaktionen auf Basis eines verteilten Peer-To-Peer-Netzwerks. Blockchain ist Teil der Distributed Ledger Technologie-Familie. Sie nutzt kryptographische Verfahren, Konsensalgorithmen und rückwärtsverlinkte Blöcke, um Transaktionen praktisch unveränderbar zu machen.“ Bitkom-Studie „Blockchain in Deutschland“

Die erste Transaktion mit Bitcoins fand am 3. Januar 2009 statt, als der erste Block „geschürft“ wurde – er erzeugte 50 Bitcoins für Nakamoto. Neue Bitcoins werden „geschürft“ (im englischen: mining), indem ein neuer Block in der Kette verifiziert wird. Die dafür erforderliche Rechenleistung ist hoch und verändert sich regelmäßig, auch die Zahl der so zu schürfenden Coins wird regelmäßig neu festgelegt.

Blockchain und Kryptowährung in der Entwicklungshilfe

Weil Blockchains relativ sicher vor Manipulationen sind, gelten sie als probates Mittel für Entwicklungshilfeprojekte. „In Ländern mit einer schwachen rechtlichen Infrastruktur kann man eine Technik wie die Blockchain nutzen, um zum Beispiel Landrechte oder Auszahlungen im Rahmen von Entwicklungshilfeprojekten dadurch transparent und manipulationssicher festzuschreiben. Die Blockchain kann gerade in diesen Settings in den nächsten Jahren einige sinnvolle Anwendungen ermöglichen“, erklärt Christiane Weiland. Die promovierte Volkswirtin und Betriebswirtin leitet den dualen Studiengang BWL-Bank an der dualen Hochschule Baden-Württemberg Karlsruhe.

Prof. Dr. Christiane Weiland leitet den Studiengang Bank an der Dualen Hochschule Baden-Württemberg in Karlsruhe und ist Sprecherin des Center for Finance CfF an der DHBW. Sie ist Mitglied des Aufsichtsrats und Vorsitzende des Prüfungsausschusses der Deutschen Investitions- und Entwicklungsgesellschaft DEG sowie Research Fellow der Digital Euro Association DEA. Christiane Weiland studierte Betriebswirtschaftslehre an der Fachhochschule der Deutschen Bundesbank und Volkswirtschaftslehre an der Goethe-Universität in Frankfurt am Main. Christiane Weilands aktuelle Forschungsschwerpunkte liegen in der anreizkompatiblen Regulierung der Finanzmärkte, der digitalen Transformation im Finanzwesen und der Entwicklungsfinanzierung. Foto: privat

Prof. Dr. Christiane Weiland leitet den Studiengang Bank an der Dualen Hochschule Baden-Württemberg in Karlsruhe und ist Sprecherin des Center for Finance CfF an der DHBW. Sie ist Mitglied des Aufsichtsrats und Vorsitzende des Prüfungsausschusses der Deutschen Investitions- und Entwicklungsgesellschaft DEG sowie Research Fellow der Digital Euro Association DEA. Christiane Weiland studierte Betriebswirtschaftslehre an der Fachhochschule der Deutschen Bundesbank und Volkswirtschaftslehre an der Goethe-Universität in Frankfurt am Main. Christiane Weilands aktuelle Forschungsschwerpunkte liegen in der anreizkompatiblen Regulierung der Finanzmärkte, der digitalen Transformation im Finanzwesen und der Entwicklungsfinanzierung.

Foto: privat

Bei der Anwendung der Blockchain im Rahmen von Entwicklungshilfe gebe es gewisse Besonderheiten, so Weiland: „Es wird sich hierbei in der Regel nicht um den Idealtypus einer komplett offenen und anonymen Blockchain handeln, sondern die Interaktion erfolgt vielmehr durch einen geschlossenen Kreis von Anwendern, die an der Stelle keine Anonymität haben.“ Wichtig sei, dass alle Beteiligten ein solches manipulationssicheres Konstrukt wirklich wollen. „Wenn im System Beteiligte sind, die weiterhin korrupt bleiben wollen, dann werden sie den proof of work nicht leisten. Und dann funktioniert es nicht.“

Wer hat die Blockchain erfunden?

Kurioses Detail am Rande: Wer sich hinter dem Pseudonym Sakoshi Nakamoto verbirgt, ist bis heute unbekannt. Auf seinem Bitcoin-Konto schlummern Berichten zufolge über 1 Million Bitcoins, die wohl schon recht kurz nach der Einführung der Währung erzeugt wurden. Mit zunehmender Popularität der Bitcoins in zwielichtigen Kreisen und im Darknet zog sich Nakamoto irgendwann aus dem Netzwerk zurück.

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Nach einigen Jahren fand die Blockchain-Technologie auch Interesse außerhalb der Finanzbranche. 2015 gründete das Fraunhofer Institut für angewandte Informationstechnik (FIT) in Sankt Augustin bei Bonn das nach eigenen Angaben erste deutsch Blockchain-Labor und veröffentlichte in der Folge ein erstes Whitepaper zu Grundlagen, Chancen und Risiken der Technik. Große IT-Konzerne wie IBM, Oracle oder SAP sprangen weltweit auf den Blockchain-Zug auf und es kam zu einem ersten Hype um die neue Technik.

Von Kryptowährungen zu Smart Contracts

Mit Aufkommen weiterer Blockchains wie zum Beispiel Etherum oder Hyperledger wurde die Technik auch aus der Open-Source-Szene heraus erweitert: Jetzt geht es nicht mehr nur um die sichere, dezentrale Weitergabe von Werten. Es wurden auch digitale Verträge (Smart Contracts) möglich, indem statt Währungseinheiten Algorithmen in die Blöcke integriert werden, die Aktionen auslösen. Das erweiterte die potenziellen Anwendungsfelder der Blockchain: Von der Automatisierung öffentlicher Verwaltungsvorgänge, über Vertragsabschlüsse bis hin zum Management von Zertifikaten beim Rohstoffhandel.

Parallel dazu erlebte der Bitcoin Höhen und Tiefen und zunehmend Kritik. Der Mining-Prozess – also das Verifizieren neuer Blöcke und Neuschürfen von Bitcoins erfordert aufgrund komplexer Algorithmen immer mehr Energie. Laut Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index liegt der Bedarf derzeit bei jährlich rund 120 TWh, das entspricht ungefähr dem Stromverbrauch der Vereinigten Arabischen Emirate oder Norwegens.

„Die klassischen Kryptowährungen, die auf ein dezentrales Schürfsystem bauen, sind mittlerweile sehr kommerzialisiert. Da sitzt ja nicht mehr der private Kryptowährungsenthusiast, der auf einem Rechner in seinem Keller nach Bitcoins schürft, dazu ist das inzwischen zu teuer und zu aufwändig geworden“, sagt Christiane Weiland.

„Daraus ergeben sich strukturelle Probleme. Die kommerzialisierte Produktion von Bitcoins findet in Regionen statt, in denen die Stromkosten gering sind, also etwa im Iran oder in China. In diesen Stromkosten sind die eigentlichen Kosten inklusive CO2-Emmissionen nicht eingepreist. Aus volkswirtschaftlicher Sicht kommt es zu einer Fehlallokation von Ressourcen.“

Bitcoin-Mining: Muss der Energieverbrauch reguliert werden? 

Neben dem Energieverbrauch gab und gibt es weitere Kritik an der Blockchain-Technik. So hat es bereits mehrfach Diebstähle bei Kryptowährungen gegeben. Denn: So sicher das Prinzip der Blockchain gegen Manipulationen der einmal aufgenommenen Blöcke ist, so problematisch können Sicherheitslücken in der Software sein, mit der z.B. Bitcoins verwaltet werden beziehungsweise der Zugang zur Blockchain erfolgt.

Digitaler Euro: Wird das Bargeld abgeschafft?

Besonders progressive Vertreter sehen das Bargeld ohnehin schon lange als Relikt einer vergangenen Ära. Bargeld macht Korruption und Terrorismusfinanzierung einfacher – auf der anderen Seite hat es aber auch klare Vorteile. Expertin Christiane Weiland sieht es differenziert: „Nehmen wir als Beispiel den digitalen Euro. Mögliche Vorteile liegen auf der Hand: Der Massenzahlungsverkehr könnte national und grenzüberschreitend effizienter abgewickelt werden und es ergeben sich – vor allem in einer Kombination mit dem IoT – ganz neue Nutzungsmöglichkeiten. Auch kann Geldwäsche oder zum Beispiel Terrorismusfinanzierung erschwert werden. Aber auf der anderen Seite wollen Menschen ja auch Anonymität, wenn es um Bezahlvorgänge geht.“

Ist Anonymität im Zahlungsverkehr mit dem digitalen Euro also nicht möglich. Doch, sagt Weiland: „Eine Lösung für eine begrenzte Anonymität wäre eine Art digitaler Geldautomat für digitale Euros: Beträge bis zu einer bestimmten begrenzten Summe könnten wir dann einfach anonym abheben und keiner wüsste, wofür wird das Geld ausgeben. Eine andere Möglichkeit wären Guthaben auf einer Art von Prepaidkarte, aber mit begrenzter Datenspeicherung.“

Grundsätzlich steht sie der Idee eines digitalen Euro positiv gegenüber: „Ich finde es gut, wenn solche Diskussionen sehr offen und umsichtig geführt werden. Die EZB führte eine öffentliche Konsultation zum Thema digitaler Euro durch und erhielt über 8.000 Rückmeldungen, vorwiegend von Privatpersonen. Für die Menschen steht der Datenschutz an oberster Stelle; wichtig für viele sind aber auch die Verhinderung von Geldwäsche, sichere, kostenlose Zahlungen und die Möglichkeit von Offlinezahlungen.“

Bis zum Herbst 2021 will die EZB entscheiden, ob und wie ein Pilotprojekt zum digitalen Euro gestartet werden soll. „In einer ersten Phase würden also die Nutzeranforderungen und die strukturelle Ausgestaltung unter Einbindung von Finanzdienstleistern entwickelt. Entscheidet man sich dann, den nächsten Schritt zu gehen, würden konkrete Anwendungen entwickelt und die Nutzung in einem Pilot getestet“, erklärt Christiane Weiland.

Blockchain im Visier der Datenschützer

Auch kritisieren Datenschützer, dass das verteilte Speichern der Blockchain auf allen teilnehmenden Rechnern Probleme bereiten kann, wenn es z.B. um medizinische Daten oder andere personenbezogenen, sensiblen Informationen geht. Ganz generell äußerten in Zeiten des größten Hypes um die Blockchain einige Kritiker, dass es eine tolle Lösung sei, die jetzt nach Problemen suche.

Blockchain legt Herkunft von Rohstoffen frei

Mit wachsender Erfahrung entwickelte sich eine Vielzahl von Blockchain-Modellen, die sich in verschiedenen Details unterscheiden. So gibt es Blockchains, zu denen nur geschlossene, genau definierte Benutzergruppen Zugang haben. Auch gibt es mittlerweile – abhängig vom Vertrauen unter den Benutzern – andere, weniger aufwändige Verifzierungsverfahren, die das Energieproblem des Urvaters Bitcoin erfolgreich adressieren.

Bundesregierung formuliert Blockchain-Strategie

Trotzdem geht es mit den Anwendungen nur langsam voran. Laut einer Bitkom-Studie aus dem Jahr 2019 setzten in Deutschland zum damaligen Zeitpunkt 13 Prozent der Automobilhersteller Blockchain-Technologien ein, 9 Prozent der Energieversorger und 6 Prozent der Banken und Versicherungen. Auch die Politik reagierte auf die sich lebhaft entwickelnden Debatten um die Technik: Im September 2019 verabschiedete die Bundesregierung ihre Blockchain-Strategie, um den Einsatz hierzulande voranzubringen.

Diese Innovationen werden die Zukunft prägen 

Die Strategie formuliert Maßnahmen in fünf Aktionsfeldern:

  • Sie will Stabilität sichern und Innovationen vor allem im Finanzsektor stimulieren.
  • Sie will durch Förderung von Projekten und Reallaboren Innovationen reifen lassen und sie will mit klaren, verlässlichen Rahmenbedingungen Investitionen stimulieren.
  • Darüber hinaus will die Bundesregierung die Technologie anwenden und künftig verstärkt digitale Verwaltungsdienstleistungen anbieten sowie Vernetzung und Zusammenarbeit fördern, um das Wissen um die Blockchain zu verbreitern.

Über 50 Projekte in der öffentlichen Verwaltung

Das hat gefruchtet: Das Beratungsunternehmen BearingPoint hat alleine in der öffentlichen Verwaltung Mitte 2020 über 50 Blockchain-Projekte identifiziert. Darunter das Bundesamt für Migration und Flüchtlinge, das den Einsatz der Blockchain im Asylverfahren vorantreibt. Oder das Bundesverwaltungsamt das die Berater in der Beihilfe und der Digitalisierung der Krankenkassen unterstützen. Natürlich ist auch die Industrie nicht untätig, so propagiert IBM seine Blockchain u.a. in dem Projekt Food-Trust, dass eine effiziente, rückverfolgbare Lieferkette in der Lebensmittelproduktion vom Erzeuger bis zum Endkunden etablieren will. Andere Projekte gibt es im Bereich Logistik um die Reederei Maersk oder im Stromhandel.

Bitcoin und Co.: Warum machen Sie es nicht wie Elon Musk?

In einer Analyse des weltweiten Blockchain Marktes hat das Marktforschungsunternehmen IDC Mitte 2020 die verschiedenen Anbieter hinsichtlich ihres Leistungsspektrums verglichen. In ihrer generellen Bewertung des Marktumfeldes kommen die Auguren zu dem Schluss, dass die Technik nach wie vor hohes Potenzial habe, Prozesse effizienter zu machen und neue Geschäftsfelder zu erschließen. Sie identifizieren aber auch weiße Flecken hinsichtlich der verwendeten Protokolle und Fragen der Governance. Anbieter in Sachen Blockchain seien gut beraten, den wirtschaftlichen Nutzen in den Vordergrund zu stellen und nicht Technologie um der Technologie willen zu betreiben. Es gebe nach wie vor großen Beratungsbedarf in den potenziellen Anwenderindustrien.

Podcast-Tipp: Bitcoin, NFT-Hype und Co.

Zum Thema Bitcoin, Blockchain und NFT können Sie in diese Podcast-Folge von „Technik aufs Ohr“ reinhören. Das Moderatorenduo spricht mit dem Mann, der weiß, wie die Cash-Maschine Krypto funktioniert: Jascha Samadi. Unser Gast ist Mitgründer des Krypto-Fonds Greenfield One und redet mit uns über die Zukunft des Bitcoin und den NFT-Hype.

„Bitcoin ist nicht veränderbar und das ist einfach einzigartig. Aber klar, was vor 12 Jahren designt wurde, ist heute vielleicht nicht mehr zeitgemäß“, erklärt unser Kryptexperte. „Alternativen wird es sicher geben.“

Jetzt reinhören und noch mehr über den Kryptomarkt erfahren.

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Ein Beitrag von:

  • Jens D. Billerbeck

    Jens D. Billerbeck

    Leiter Content Management im VDI Verlag. Studierte Elektrotechnik in Duisburg und arbeitet seit seiner Schulzeit jounalistisch. Nach Volontariat und Studienabschluss Redakteur der VDI nachrichten u. a. für Mikroelektronik, Hard- und Software, digitale Medien und mehr.

  • Peter Sieben

    Peter Sieben ist Content Manager und verantwortlicher Redakteur für ingenieur.de. Nach einem Volontariat bei der Funke Mediengruppe war er mehrere Jahre als Redakteur und Politik-Reporter in verschiedenen Ressorts von Tageszeitungen und Online-Medien unterwegs. Er schreibt über Forschung, Politik und Karrierethemen.

  • Sarah Janczura

    Sarah Janczura

    Sarah Janczura ist Content Manager und verantwortliche Redakteurin für ingenieur.de. Nach einem Volontariat mit dem Schwerpunkt Social Media war sie als Online-Redakteurin in einer Digitalagentur unterwegs. Sie schreibt über Technik, Forschung und Karrierethemen.

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