Blockchain für Dummies E-Book

Tiana Laurence

• Herausgeber: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Serie: ...für Dummies
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 310

Veröffentlichungsjahr: 2019

Beschreibung

Die Blockchain-Technologie verspricht, den Finanzmarkt, die Versicherungsbranche, das Supply-Chain-Management und andere Branchen zu revolutionieren. Aber Sie müssen kein Tech-Nerd sein, um die Blockchain zu verstehen. Dieses Buch erklärt die Grundlagen und wichtige Anwendungen wie Kryptowährungen und Smart Contracts. Reale Beispiele machen deutlich, wie Blockchains funktionieren und wo ihr Mehrwert liegt. Erstellen Sie eine eigene Blockchain, schauen Sie sich die wichtigsten Blockchain-Anbieter an, erkennen Sie das Disruptionspotenzial für eingesessene Industrien und vieles mehr.

Leseprobe

Blockchain für Dummies

Schummelseite

WIE BLOCKCHAINS FUNKTIONIEREN

Eine Blockchain ist eine dezentrale Datenbank, die von einem globalen Computernetzwerk verwaltet wird. Die darin aufbewahrten Daten sind verteilt und werden von den Netzwerkcomputern immer wieder untereinander abgeglichen. Diese Computer werden oft auch Knoten, Miner oder Peers genannt. Egal, wie sie heißen: Die Computer schreiben und bewahren die Blockchain ihres Netzwerks, indem sie Einträge überprüfen, genehmigen und weiterleiten. Einträge sind die Daten, die von den Nutzern des Netzwerks veröffentlicht werden.

Häufig stellen diese Daten die Übertragung von Kryptowährung von einem Netzwerkbenutzer zum anderen dar.

Wenn Sie etwa Bitcoin an Ihren Freund Tom senden, erstellen und veröffentlichen Sie einen Eintrag in der Bitcoin-Blockchain. Ihr Eintrag muss in diesem Beispiel einige Bedingungen erfüllen. Die Computer im Bitcoin-Netzwerk überprüfen, ob Sie Ihre Kryptowährung nicht vielleicht zuvor schon an eine andere Person gesendet haben. Wenn Sie Tom Bitcoin senden, erhält sein Konto eine Gutschrift und Ihres wird belastet.

Die Computer im Netzwerk verhindern, dass Sie Geld doppelt ausgeben. Im Bitcoin-Netzwerk wird das Problem gelöst, indem jedem Computer im Netzwerk eine vollständige Verlaufsaufzeichnung aller Einträge im Netzwerk – oder mit anderen Worten die gesamte Bitcoin-Blockchain – vorliegt. Dieser Gesamtverlauf zeigt den Saldo jeder Kontoadresse, einschließlich der Ihren.

Nicht alle Blockchain-Einträge stellen die Bewegung von Kryptowährung dar. Einige Blockchains ermöglichen die Veröffentlichung beliebiger Daten gegen eine Gebühr. Außerdem gestatten sie Ihnen, die Gültigkeit eines Eintrags zu bestätigen, ohne den gesamten Blockchain-Verlauf herunterladen zu müssen.

Die meisten Blockchains werden von zentraler Stelle aus kontrolliert und haben damit auch keinen Single Point of Failure, also keine zentrale Schwachstelle. Alle Einträge sind für das gesamte Netzwerk sichtbar. Daten, die einmal in eine Blockchain geschrieben wurden, können nicht mehr gelöscht werden. Sie bleiben für immer dort.

Die maßgebliche Innovation von Blockchains gegenüber normalen Datenbanken besteht darin, dass sie die Einigung auf eine gültige Datenhistorie auch ohne zentrale Autorität ermöglichen.

WIE SMART CONTRACTS FUNKTIONIEREN

Smart Contracts, auch Smart Properties oder Chaincode, sind Vereinbarungen, die in eine Blockchain hineinprogrammiert wurden. Smart Contracts sind Programmcode – einfache If-then- und If-then-else-Anweisungen. Dieser Code läuft innerhalb einer Blockchain ab. Ethereum und Hyperledger Fabric sind beliebte Blockchain-Plattformen für Smart Contracts.

Die Blockchains zeichnen die Verlaufsdaten ihrer Smart Contracts auf und führen Buch über die Kryptowährungssalden von Smart Contracts sowie über alle durchgeführten Transaktionen.

Smart Contracts haben einen internen Speicher, der ihren Code enthält. Dieser wird ausgeführt, wenn zuvor festgelegte Bedingungen erfüllt sind, die entweder intern im Smart Contract definiert oder durch äußere Parameter vorgegeben werden.

Wenn eine externe Quelle benötigt wird, um festzustellen, ob die Bedingung im Smart Contract erfüllt ist, erfordert dies ein Orakel (eine Wissensquelle). Es könnte sich dabei beispielsweise um einen Wetter-Datenfeed handeln. Das wäre etwa für eine per Smart Contract verankerte Ernteausfallversicherung sinnvoll. Für dieses Beispiel könnte der Smart Contract beispielsweise wie folgt lauten: »Wenn die Temperatur länger als eine Stunde unter 0 °C sinkt, zahle 5.000 Euro an Josef aus.«

Smart Contracts ermöglichen es, Vertragsbedingungen zu überprüfen und durchzusetzen. Es gibt keine externe Stelle und kein Rechtssystem, um den Vertrag auszulegen und die Absichten der Parteien zu prüfen. Der Code ist das Gesetz.

WAS SIND KRYPTOWÄHRUNGEN?

Kryptowährungen, manchmal auch als virtuelle Währungen, digitales Geld oder Token bezeichnet, lassen sich nicht direkt mit dem US-Dollar, Euro oder britischen Pfund vergleichen. Sie existieren ausschließlich online und werden nicht von Regierungen gestützt, sondern nur von ihren jeweiligen Netzwerken. Aus technischer Perspektive sind Kryptowährungen Einträge in einer Datenbank, für deren Änderung bestimmte Bedingungen erfüllt sein müssen. Diese Einträge werden kryptografisch vorgenommen und über mathematische Formeln statt von Personen abgesichert.

Einträge, die allen Bedingungen entsprechen, werden in einer Datenbank veröffentlicht. Es handelt sich dabei um eine spezielle Datenbank, die über ein dezentrales Peer-to-Peer-Netzwerk verteilt wird. Wenn Sie beispielsweise Bitcoin an Ihre Freundin Caroline senden, erstellen und versenden Sie einen Eintrag im Bitcoin-Netzwerk, für den natürlich vorab bestimmte Bedingungen erfüllt sein müssen (Guthaben). Das Netzwerk stellt außerdem auch sicher, dass Sie denselben Eintrag nicht zweimal vornehmen. Für das Beispiel bedeutet das also, dass das Netzwerk sicherstellt, dass Sie nicht versucht haben, Ihrer Freundin Caroline und Ihrer anderen Freundin Anna dieselben Bitcoins zu senden.

Das Peer-to-Peer-Netzwerk löst das Problem doppelter Ausgaben (dass Sie zwei Personen dieselben Bitcoins senden) meist dadurch, dass jedem Knoten ein vollständiger Verlauf der Netzwerkeinträge vorliegt. Dieser Gesamtverlauf (Blockchain) zeigt den Saldo aller Konten, einschließlich des Ihren. Die Innovation der Kryptowährung ist, eine Einigung zum gültigen Verlauf zu erzielen, ohne dass ein zentraler Server oder eine zentrale Kontrollstelle beteiligt wären.

Blockchain-Einträge repräsentieren Kryptowährungsguthaben.

In den meisten Fällen erzeugt das Netzwerk Kryptowährung, um den Knoten (auch als Peers oder Miner bezeichnet) einen Anreiz zu bieten, das Netzwerk zu sichern und die Einträge zu überprüfen und zu bestätigen. Jedes Netzwerk hat eine eigene Methode zur Verteilung neu erzeugter Krypto-Token an die Knoten.

Bitcoin beispielsweise belohnt seine Knoten (im Bitcoin-Netzwerk als Miner bezeichnet) dafür, »den nächsten Block zu lösen«. Ein Block enthält eine Reihe von Einträgen. Die Miner konkurrieren darum, am schnellsten einen Hash-Wert zu finden, der den neuen Block mit dem alten verbindet. Daraus leitet sich auch der Begriff »Blockchain« ab. Der Block enthält Einträge, und der Hash sorgt für die Verkettung. Hash-Werte sind eine Art kryptologisches Rätsel. Sie können sie sich wie Sudoku-Rätsel vorstellen, die die Knoten ausfüllen, um die Blöcke miteinander zu verbinden.

Jede Kryptowährung ist ein wenig anders, aber die meisten von ihnen besitzen die folgenden grundlegenden Eigenschaften:

Sie sind irreversibel. Wenn Sie eine Kryptowährung gesendet haben und das Netzwerk die Zahlung bestätigt hat, können Sie die Transaktion nicht mehr rückgängig machen. Bei Kryptotransfers gibt es keine Rückbuchungen.Sie sind anonym. Jeder kann eine Wallet anlegen. Dazu sind keine Ausweisdokumente erforderlich. Es gibt unterschiedliche Stufen der Anonymität, je nachdem, welches Token Sie verwenden.Sie sind schnell und weltweit zugänglich. Einträge werden unmittelbar an das gesamte Netzwerk übertragen und innerhalb von wenigen Minuten bestätigt.Sie sind auf höchste Sicherheit ausgelegt. Kryptowährungen verwenden die neuesten Verschlüsselungstechniken, stecken aber immer noch in den Kinderschuhen.Die Geldmenge wird transparent durch das Netzwerk gesteuert und oftmals nach oben begrenzt.

KRYPTOWÄHRUNGEN ABSICHERN

Das öffentliche Interesse an Kryptowährungen nimmt zu, aber in der Welt der Kryptowährungen geht es immer noch zu wie im sprichwörtlichen Wilden Westen. Hier treffen Sie auf hilfsbereite Pioniere, die Ihnen gerne weiterhelfen, aber auch auf durchgeknallte Banditen, die Ihnen Ihr ganzes Geld abnehmen wollen.

Am stärksten gefährdet sind Kryptowährungen in zentralen digitalen Systemen mit Zugang zum Internet. Dies sind etwa Online-Wallets, Exchanges, auf Ihrem Computer installierte Wallets, auf Cloud-Speichern abgelegte private Schlüssel (digitale Schlüssel zur Absicherung Ihrer Token) und Mobilgeräte-Apps.

Um Ihre Kryptowährungen vor Diebstahl zu schützen, setzen Sie am besten auf das Cold-Storage-Prinzip, bei dem Sie Ihre privaten Schlüssel offline archivieren. Geeignete Methoden sind etwa die Verwendung einer Offline-Hardware-Wallet, eines USB-Sticks oder einer Paper-Wallet.

Kryptowährungen laufen auf öffentlichen Blockchain-Netzwerken, deshalb gibt es unzählige Möglichkeiten, wie Dritte Ihres Geldes habhaft werden, Ihre Ausgaben nachverfolgen oder den Datenschutz verletzen können. Um das zu verhindern, sollten Sie die folgenden Tipps beherzigen:

Verwenden Sie mehrere Wallets. Sie können beliebig viele Wallet-Adressen verwenden. Manche Nutzer generieren bei jedem Sende- oder Empfangsvorgang von Kryptowährungen eine neue Adresse.Bewahren Sie in Web-Wallets nur kleinere Beträge auf. Web-Wallets sind Angriffsziele für Hacker. Sie sollten deshalb nur kleine Beträge darin aufbewahren. Auch die Wallets auf Ihrem Computer sind angreifbar. Bewahren Sie große Kryptowährungsbeträge daher stets offline in Ihrer Cold Storage auf.Geben Sie nichts heraus! Geben Sie niemals Ihre privaten Schlüssel für Ihr Kryptoguthaben weiter. Mit diesen Schlüsseln haben Dritte unbegrenzten Zugriff auf Ihr ganzes Geld.

Blockchain für Dummies

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

2. Auflage 2019

© 2019 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Original English language edition Blockchain For Dummies © 2019 by Wiley Publishing, Inc.

All rights reserved including the right of reproduction in whole or in part in any form. This translation published by arrangement with John Wiley and Sons, Inc.

Copyright der englischsprachigen Originalausgabe Blockchain For Dummies © 2019 by Wiley Publishing, Inc.

Alle Rechte vorbehalten inklusive des Rechtes auf Reproduktion im Ganzen oder in Teilen und in jeglicher Form. Diese Übersetzung wird mit Genehmigung von John Wiley and Sons, Inc. publiziert.

Wiley, the Wiley logo, Für Dummies, the Dummies Man logo, and related trademarks and trade dress are trademarks or registered trademarks of John Wiley & Sons, Inc. and/or its affiliates, in the United States and other countries. Used by permission.

Wiley, die Bezeichnung »Für Dummies«, das Dummies-Mann-Logo und darauf bezogene Gestaltungen sind Marken oder eingetragene Marken von John Wiley & Sons, Inc., USA, Deutschland und in anderen Ländern.

Das vorliegende Werk wurde sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren und Verlag für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie eventuelle Druckfehler keine Haftung.

Print ISBN: 978-3-527-71667-8ePub ISBN: 978-3-527-82534-9

Coverfoto: © Alexander – stock.adobe.comKorrektur: Birgit Volk, Bonn

Über die Autorin

Tiana Laurence ist Blockchain-Pionierin, Investorin und Start-up-Gründerin. Sie ist Mitbegründerin von Factom, Inc., einem Softwareunternehmen, das innovative Blockchain-Technologien entwickelt. Sie liebt es, über neue Technologien zu schreiben und dem Laien zu helfen, sie zu verstehen. Ihre Leidenschaft ist es, mit jungen, aufstrebenden Unternehmern Fragen zu Wirtschaft und Technologie zu diskutieren. Tiana hat einen B. A. in Business and Leadership von der Portland State University.

Inhaltsverzeichnis

Cover

Über die Autorin

Einführung

Über dieses Buch

Törichte Annahmen über den Leser

Symbole in diesem Buch

Wie es von hier aus weitergeht

Teil I: Erste Schritte mit Blockchains

Kapitel 1: Blockchain – eine Einführung

Von Anfang an: Was sind Blockchains?

Blockchain-Struktur

Blockchain-Anwendungen

Der Blockchain-Lebenszyklus

Konsens: Die treibende Kraft der Blockchains

Blockchains in der Praxis

Kapitel 2: Eine Blockchain auswählen

Wo Blockchains für Mehrwert sorgen

Eine Lösung auswählen

Kapitel 3: Einstieg in Blockchain

Die Blockchain-Technologie

Kryptowährungen absichern und handeln

Eine private Blockchain mit Docker und Ethereum erstellen

Teil II: Ihr Wissen erweitern

Kapitel 4: Die Bitcoin-Blockchain kennenlernen

Eine kurze Geschichte der Bitcoin-Blockchain

Der neue Bitcoin: Bitcoin Cash

Häufige Missverständnisse über Bitcoin

Bitcoin: Der neue wilde Westen

Bitcoin-Mining

Ihre erste Paper-Wallet

Kapitel 5: Die Ethereum-Blockchain entdecken

Die kurze Geschichte von Ethereum

Ethereum: Der Open-Source-Weltcomputer

Eine Blockchain hacken

Ether-Mining

Die Zukunft der dezentralen autonomen Organisationen (DAOs)

Ihre eigenen ERC20-Token erstellen

Kapitel 6: Die Waves-Blockchain

Wie unterscheidet sich die Waves-Blockchain von anderen Blockchains?

Die volle Leistung von Waves ausschöpfen

Die Wallet-Funktionen entdecken

Ihre eigene Kryptowährung erstellen und verleihen

Kapitel 7: Die Factom-Blockchain

Eine Frage des Vertrauens

Anwendungen auf Factom aufbauen

Kapitel 8: Die EOS-Blockchain

EOS kennenlernen

EOS-Blockproduzenten wählen

Die EOS-DApp-Sammlung

Teil III: Leistungsstarke Blockchain-Plattformen

Kapitel 9: Hyperledger

Hyperledger kennenlernen

Wichtige Hyperledger-Projekte

Ein eigenes System in Fabric erstellen

Kapitel 10: Microsoft Azure

Bletchley: Die modulare Blockchain-Struktur

Entwicklung im Azure-Ökosystem

Die ersten Schritte mit Chain auf Azure

Bereitstellung von Blockchain-Tools auf Azure

Kapitel 11: IBM Bluemix

Unternehmens-Blockchains auf Bluemix

Die intelligente Watson-Blockchain

Ihr erstes Netzwerk auf Big Blue

Teil IV: Auswirkungen auf die Wirtschaft

Kapitel 12: Finanztechnologie

Holen wir die Kristallkugel heraus: Banking-Trends der Zukunft

Es wird international: Globale Finanzprodukte

Dem Betrug ein Ende setzen

Kapitel 13: Immobilien

Wegfall der Rechtstitelversicherung

Hypotheken in der Blockchain-Welt

Regionale Trends vorhersehen

Kapitel 14: Versicherungen

Präziser, maßgeschneiderter Versicherungsschutz

Das Internet der Dinge als vertrauenswürdige Datenquelle

Wegfall der Drittpartei bei Versicherungen

Kapitel 15: Regierung

Die intelligenten Städte Asiens

Der Kampf um das Finanzkapital der Welt

Sicherung der Grenzen auf der ganzen Welt

Kapitel 16: Weitere Branchen

Schlanke Regierungen

Die Vertrauensebene für das Internet

Blockchain-Orakel

Teil V: Der Top-Ten-Teil

Kapitel 17: (Ungefähr) zehn kostenlose Blockchain-Ressourcen

Ethereum

DigiKnow

Blockchain University

Bitcoin Core

Blockchain Alliance

Multichain Blog

HiveMind

Smith + Crown

Die Podcast-Reihen Unchained und Unconfirmed

Kapitel 18: Zehn Blockchain-Regeln, die Sie niemals brechen dürfen

Verwenden Sie Kryptowährungen oder Blockchains nicht, um das Gesetz zu umgehen

Halten Sie Ihre Contracts so einfach wie möglich

Veröffentlichungen nur mit größter Vorsicht

Sichern Sie Ihre privaten Schlüssel! Unbedingt!

Überprüfen Sie Adressen dreimal, bevor Sie Geld senden

Seien Sie vorsichtig bei der Verwendung von Börsen

Hüten Sie sich vor WLAN

Wählen Sie Ihren Blockchain-Entwickler sorgfältig aus

Lassen Sie sich nicht entmutigen

Handeln Sie keine Token, wenn Sie nicht wissen, was Sie tun

Kapitel 19: Zehn herausragende Blockchain-Projekte

Das R3-Konsortium

T ZERO: Blockchains am Aktienmarkt

Verteilte Systeme von Blockstream

MadHive

Blockdaemon

Gemini-Dollar und -Börse

Decentraland

TransferWise

Lightning Network

Bitcoin Cash

Stichwortverzeichnis

End User License Agreement

Tabellenverzeichnis

Kapitel 2

Tabelle 2.1: Häufige Anwendungsfälle und die dafür geeigneten Blockchains

Kapitel 10

Tabelle 10.1: Cryptlets im Vergleich zu Prognosen

Illustrationsverzeichnis

Kapitel 1

Abbildung 1.1: Der Aufbau des Blockchain-Netzwerks Bitcoin

Abbildung 1.2: Wie Blockchains arbeiten

Abbildung 1.3: Die Handelsplattform Altcoin

Kapitel 3

Abbildung 3.1: Gehen Sie in GitHub zu dieser Seite.

Abbildung 3.2: Auf dem Desktop öffnen

Kapitel 4

Abbildung 4.1: Ein Hash-Baum

Abbildung 4.2: Eine Paper-Wallet

Kapitel 5

Abbildung 5.1: Das weltweit erste unsterbliche Spiel: Etheria

Abbildung 5.2: Darstellung der Blockchain-Anwendung

Ethereum.org

Kapitel 7

Abbildung 7.1: Der Aufbau der Factom-Blockchain

Abbildung 7.2: Die Kettenstruktur von Factom

Abbildung 7.3: Factom Harmony

Kapitel 10

Abbildung 10.1: Blockstack Core v14

Abbildung 10.2: Ein Cryptlet-Container

Kapitel 11

Abbildung 11.1: Wie IBM Bluemix und IoT mit IBM Watson kombiniert werden

Abbildung 11.2: Wie Bluemix Clients, Peers und IBM Watson integriert

Abbildung 11.3: Der Watson/API/Gerät-Ablauf

Kapitel 15

Abbildung 15.1: Das Smart-Nation-Projekt von Singapur

Orientierungspunkte

Cover

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Einführung

Willkommen bei Blockchain für Dummies! Dies ist genau das richtige Buch für Sie, wenn Sie mehr darüber erfahren wollen, was Blockchains sind und wie man sie verwendet. Viele Menschen vermuten, Blockchains seien schwer zu verstehen. Vielleicht denken auch Sie, dass Blockchains einfach irgendwelche Kryptowährungen sind, wie beispielsweise Bitcoin, aber tatsächlich sind sie sehr viel mehr. Jeder kann die Grundlagen für das Blockchain-System verstehen.

In diesem Buch finden Sie viele praktische Hinweise, wie Sie sich in der Blockchain-Welt bewegen können, und ebenso zu den Kryptowährungen, die die Blockchains erhalten. Außerdem finden Sie nützliche Schritt-für-Schritt-Anleitungen, anhand derer Sie sehen, wie Blockchains funktionieren und wo sie nützlich sind. Um dieses Buch verstehen zu können, brauchen Sie keinerlei Hintergrundwissen hinsichtlich Programmierung, Wirtschaft oder Weltgeschehen. Es wird jedoch immer wieder um diese Themen gehen, weil die Blockchain-Technologie mit all diesen Themen Überschneidungen hat.

Über dieses Buch

Dieses Buch erklärt Ihnen die Grundlagen, die Sie brauchen, um Blockchains, Smart Contracts und Kryptowährungen zu verstehen. Wahrscheinlich haben Sie sich dieses Buch gekauft, weil Sie schon viel über Blockchains gehört haben und wissen, dass sie wichtig sind, aber keine Ahnung haben, worum es sich dabei handelt, wie sie funktionieren oder wie Sie damit umgehen sollten. Auf den folgenden Seiten finden Sie leicht verständliche Antworten auf all diese Fragen.

Dieses Buch unterscheidet sich von anderen Büchern über Blockchains: Es zeigt Ihnen die wichtigsten Blockchains auf dem öffentlichen Markt und erklärt, wie sie funktionieren, was sie leisten und was Sie heute Sinnvolles damit tun können.

Darüber hinaus beschäftigt sich dieses Buch auch mit der Welt der Blockchain-Technologie und erläutert Ihnen, was Sie bei Ihren eigenen Blockchain-Projekten beachten müssen. Hier erfahren Sie, wie Sie eine Wallet installieren, einen Smart Contract erstellen und ausführen, Einträge in Bitcoin und Factom vornehmen und Kryptowährungen verdienen.

Sie brauchen das Buch nicht von vorne bis hinten durchzulesen. Blättern Sie einfach zu dem Thema, das Sie gerade am meisten interessiert.

Manchmal finden Sie in diesem Buch Webadressen, die über zwei Textzeilen umbrochen sind. Wenn Sie dieses Buch auf Papier lesen und eine dieser Webseiten besuchen wollen, geben Sie sie einfach genauso ein, wie sie im Text dargestellt werden, so als ob der Zeilenumbruch gar nicht existieren würde. Und wenn Sie den Text als E-Book lesen, haben Sie es ohnehin ganz einfach: Sie klicken einfach auf die Webadresse und gelangen direkt auf die Webseite.

Törichte Annahmen über den Leser

Sie brauchen nichts über Kryptowährungen, Programmierung und rechtliche Angelegenheiten zu wissen, aber ich setze das Folgende voraus:

Sie haben einen Computer, ein Smartphone und Zugriff auf das Internet.

Sie wissen, wie der Computer und das Internet genutzt werden.

Sie wissen, wie Sie sich mithilfe von Menüs in Programmen bewegen.

Blockchains sind Ihnen relativ neu, und Sie sind kein erfahrener Programmierer. Aber auch als Programmierer können Sie in diesem Buch viel lernen; vielleicht können Sie jedoch einige der Schritt-für-Schritt-Anleitungen überspringen.

Symbole in diesem Buch

In diesem Buch verwende ich Symbole, um Ihre Aufmerksamkeit auf bestimmte Arten von Informationen zu lenken. Und das bedeuten diese Symbole:

Das Tipp-Symbol kennzeichnet Tipps und Lösungen, die Ihnen das Leben mit Blockchains erleichtern.

Das Erinnerungssymbol kennzeichnet Informationen, die Sie unbedingt kennen sollten, also alles, was Sie sich merken sollten. Um sich schnell einen Überblick über die wichtigsten Informationen eines Kapitels zu verschaffen, suchen Sie einfach nach diesen Symbolen.

Das Techniker-Symbol kennzeichnet höchst technische Inhalte, die Sie überspringen können, ohne das Wesentliche des jeweiligen Themas zu verpassen.

Das Warnsymbol weist darauf hin, dass Sie aufpassen sollten! Es kennzeichnet wichtige Informationen, die Ihnen Kopfzerbrechen ersparen – oder Token.

Wie es von hier aus weitergeht

Sie können die Blockchain-Technologie in fast jeder Branche einsetzen. Derzeit ist ein explosionsartiges Wachstum in den Bereichen Finanzen, Gesundheitswesen, Regierung und Versicherungen zu beobachten, und das ist erst der Anfang. Die ganze Welt befindet sich im Wandel, und es gibt endlose Möglichkeiten.

Teil I

Erste Schritte mit Blockchains

IN DIESEM TEIL …

Erfahren Sie, was Blockchains sind und wie Ihr Unternehmen davon profitieren kann.

Identifizieren Sie die richtige Technologie für sich, und lernen Sie, in vier Schritten ein effektives Blockchain-Projekt zu entwickeln und umzusetzen.

Erstellen Sie Ihre eigenen Smart Contracts im Bitcoin-Netzwerk, und erkennen Sie, wo in Ihrem Unternehmen diese Technologie von Nutzen sein kann.

Kapitel 1

Blockchain – eine Einführung

IN DIESEM KAPITEL

Die neue Welt der Blockchains kennenlernen

Verstehen, warum Blockchains so wichtig sind

Die drei Typen von Blockchains unterscheiden lernen

Ihre Kenntnisse der Funktionsweise von Blockchains vertiefen

Ursprünglich war Blockchain in der Informatik der Begriff für eine bestimmte Art, Daten zu strukturieren und weiterzugeben. Heute werden Blockchains als »fünfte Evolution« der EDV bejubelt.

Blockchains sind ein neuer Ansatz für verteilte Datenbanken. Die eigentliche Innovation ergibt sich dadurch, dass alte Technologien auf neue Weise eingesetzt werden. Sie können sich Blockchains als verteilte Datenbanken vorstellen, die von einer bestimmten Personengruppe kontrolliert und in denen Informationen gespeichert und geteilt werden.

Es gibt viele verschiedene Arten von Blockchains und Blockchain-Anwendungen. Blockchain ist eine Technologie, die plattform- und hardwareübergreifend auf der ganzen Welt eingesetzt wird.

Von Anfang an: Was sind Blockchains?

Eine Blockchain ist eine Datenstruktur, die es ermöglicht, eine Art digitales Kontenbuch (das sogenannte Ledger) mit Daten zu erstellen und es über ein Netzwerk aus unabhängigen Parteien zu verbreiten. Es gibt verschiedene Typen von Blockchains:

Öffentliche Blockchains

: Öffentliche Blockchains, wie beispielsweise Bitcoin, sind große verteilte Netzwerke mit einer nativen Kryptowährung. Eine

Kryptowährung

ist ein eindeutiges Datenelement, das zwischen zwei Beteiligten ausgetauscht werden kann. Öffentliche Blockchains sind auf allen Ebenen für jedermann zugänglich und basieren auf quelloffenem Programmcode, der von der Community gepflegt wird.

Permissioned Blockchains

: Permissioned Blockchains, wie beispielsweise Ripple, legen die Rollen fest, die einzelne Teilnehmer innerhalb des Netzwerks übernehmen können. Es handelt sich ebenfalls um große und verteilte Systeme, die ein natives Token verwenden. Der zugrunde liegende Code kann quelloffen sein oder auch nicht.

Private Blockchains

: Private Blockchains

– auch Distributed-Ledger-Technik (DLT) – sind meist kleiner und verwenden kein Token beziehungsweise keine Kryptowährung. Die Mitgliedschaft wird streng kontrolliert. Diese Art Blockchains werden von Gruppen mit vertrauenswürdigen Mitgliedern favorisiert, um vertrauliche Informationen weiterzugeben.

Alle drei Blockchain-Typen verwenden Kryptografie, um einem Teilnehmer in einem bestimmten Netzwerk zu gestatten, den Ledger (das Kontobuch) sicher zu verwalten, ohne dass eine zentrale Autorität die Regeln durchsetzt. Der Wegfall dieser zentralen Autorität aus der Datenbankstruktur ist eine der wichtigsten und leistungsstärksten Eigenschaften von Blockchains.

Blockchains legen permanente Aufzeichnungen und Transaktionsverläufe an, aber nichts währt wirklich ewig. Die Dauerhaftigkeit des Datensatzes ist auf die Weiterführung durch ein ordnungsgemäß funktionierendes Netzwerk angewiesen. Wenn sich hingegen ein großer Teil der Blockchain-Community darauf einigen würde, wäre es möglich, die in die Blockchain geschriebenen Informationen zu verändern. Kryptowährungen schaffen für die Beteiligten eine Motivation für die einwandfreie Funktion des Netzwerks. Datensätze in unlauterer Weise abzuändern, erfordert eine sogenannte 51-Prozent-Attacke. Kleine Netzwerke mit wenigen unabhängigen Minern sind eher angreifbar, und leistungsstarke Miner könnten auf diese Weise zusätzliche Kryptowährung generieren. Einen solchen Angriff erfuhr etwa Ethereum Classic.

In einer Blockchain aufgezeichnete Daten lassen sich nur sehr schwer ändern oder entfernen. Wenn jemand eine Transaktion oder einen Eintrag in einer Blockchain vornehmen will, überprüfen zur Validierung berechtigte Netzwerkteilnehmer die vorgeschlagene Transaktion. Und hier wird das Ganze unübersichtlich, weil jede Blockchain eine etwas andere Vorstellung davon hat, wie das geschieht und wer eine Transaktion validieren darf.

Was Blockchains können

Eine Blockchain ist ein Peer-to-Peer-System ohne zentrale Autorität zur Verwaltung des Datenstroms. Eine grundlegende Möglichkeit, die zentrale Kontrolle wegfallen zu lassen und gleichzeitig die Datenintegrität zu bewahren, ist ein großes, dezentrales Netzwerk unabhängiger Benutzer. Das heißt, dass sich die Netzwerkcomputer an unterschiedlichen Orten befinden. Solche Computer werden häufig auch als vollständige Knoten bezeichnet.

Abbildung 1.1 zeigt die Struktur des Blockchain-Netzwerks Bitcoin. In Aktion sehen Sie das Ganze unter http://dailyblockchain.github.io.

Abbildung 1.1: Der Aufbau des Blockchain-Netzwerks Bitcoin

Um eine Manipulation des Netzwerks zu verhindern, sind Blockchains nicht nur dezentral, sondern verwenden oft auch eine Kryptowährung. Blockchain-Netzwerke generieren Kryptowährungen als Anreiz zum Erhalt der Netzwerkintegrität. Viele Kryptowährungen werden wie Aktien an Börsen gehandelt.

Kryptowährungen funktionieren für jede Blockchain etwas anders. Im Prinzip belohnt das Softwareprotokoll die Teilnehmer für den Betrieb von Hardware. Bekannte Blockchain-Protokolle sind unter anderem Bitcoin, Ethereum, Ripple, Bitcoin Cash, Stellar oder EOS. Die Hardware ist ein Netzwerkknotenpunkt, auf dem die aktuelle Blockchain-Software läuft, um die Daten im Netzwerk zu sichern.

Warum Blockchains so wichtig sind

Blockchains werden als die »fünfte Evolution« der elektronischen Datenverarbeitung betrachtet, weil sie eine neue Vertrauensebene im Internet darstellen.

Blockchains können Vertrauen in digitale Daten schaffen. Wenn Informationen in eine Blockchain-Datenbank geschrieben wurden, lassen sie sich hinterher praktisch nicht mehr entfernen oder verändern. Diese Möglichkeit hat nie zuvor existiert.

Bevor es Blockchains gab, wurde Vertrauenswürdigkeit über zentrale Stellen durch die Ausgabe von Zertifikaten gewährleistet. Ein bekanntes Beispiel sind etwa die SSL-Client-Zertifikate (Secure Sockets Layer) – die grünen Schlosssymbole neben einer Webdomain. Sie erkennen daran, dass Sie sich auf einer sicheren Website befinden. SSL-Zertifikate sind jedoch nicht hundertprozentig sicher. Sie wurden bereits von den Domains der CIA, des britischen Geheimdienstes (MI6), von Microsoft, Yahoo!, Skype, Facebook und Twitter gestohlen. Das Vertrauen in einen Dritten bedeutet immer auch eine zentrale Schwachstelle.

Die Vertrauenswürdigkeit von Blockchains wird indessen durch neue Methoden gewährleistet. Bei Proof-of-Work-Blockchains (POW) können die Miner nur mit einer vollständigen und exakten Transaktionshistorie am Netzwerk teilnehmen. Proof-of-Stake-Blockchains (POS) sind vertrauenswürdig, weil die zur Validierung berechtigten Knoten ihr Kryptoguthaben einsetzen oder »staken« müssen und weil sie dieses aufs Spiel setzen, wenn sie unzulässige Netzwerktransaktionen bestätigen. Private Blockchains wiederum verteilen die Daten über ein Netzwerk von verbundenen, aber unabhängigen Teilnehmern, die einander bekannt sind und sich gegenseitig zur Verantwortung ziehen können. Mit unterschiedlichen Anreizsystemen erreichen die einzelnen Blockchain-Typen, dass alle Netzwerkteilnehmer eine vollständige und unveränderte Historie aller einzelnen Transaktionen und Einträgen in der gemeinsam genutzten Datenbank erstellen.

Wenn Daten permanent und zuverlässig in einem digitalen Format vorliegen, können Sie Geschäfte online erledigen, die früher nur offline getätigt werden konnten. Alles, was bisher analog war, unter anderem Eigentumsrechte und Identitäten, kann jetzt online erstellt und verwaltet werden. Langsame Unternehmens- und Bankprozesse wie Geldüberweisungen und Fondsabwicklungen lassen sich heute fast verzögerungsfrei durchführen. Die Möglichkeiten durch sichere digitale Aufzeichnungen sind von größter Bedeutung für die Weltwirtschaft.

Die ersten Anwendungen stützten sich auf die sichere digitale Übertragung von Vermögenswerten, die Blockchains durch den Austausch ihrer nativen Token ermöglichten. Dabei ging es unter anderem um die Überweisung von Geld und Kapital. Die Möglichkeiten von Blockchain-Netzwerken gehen aber weit über die Verschiebung von Vermögenswerten hinaus.

Blockchains sind insofern von Bedeutung, als sie eine neue Effizienz und Zuverlässigkeit beim Austausch wertvoller und privater Informationen ermöglichen. Dieser Austausch erforderte einst die Unterstützung durch Dritte, zum Beispiel beim Geldtransfer und bei der Überprüfung von Identitätsdaten. Dies ist eine wichtige Herausforderung, denn ein Großteil unserer Gesellschaft und Wirtschaft ist darauf ausgerichtet, Vertrauenswürdigkeit zu schaffen beziehungsweise durchzusetzen, entweder zwischen zwei Parteien oder über einen Vermittler. Sie können sich vorstellen, wie diese einfache Software Bereiche verbessern kann, die bisher nicht absolut sicher waren, zum Beispiel Wahlen, Lieferketten, Geldtransfers und Eigentumsübertragungen.

Blockchain-Struktur

Jede Blockchain ist etwas anders aufgebaut. Die Bitcoin-Blockchain eignet sich jedoch hervorragend für eine Strukturanalyse, da sie als Vorbild für die meisten späteren Blockchains diente. Bei Bitcoin sind die Daten so strukturiert, dass jeder vollständige Netzwerkknoten (jeder der Computer, auf denen das Netzwerk läuft) alle Daten des Netzwerks enthält. Dieses Modell ist unter dem Gesichtspunkt der Datenpersistenz überzeugend. Es stellt sicher, dass die Daten auch dann unverändert bleiben, wenn einige Knoten ausfallen. Da jedoch jeder Knoten von Anfang an und auch in Zukunft eine vollständige Kopie der Transaktionshistorie enthält, sollten die Einträge hinsichtlich ihres Speicherbedarfs möglichst klein sein.

Im Gegensatz dazu sind andere dezentrale Netzwerke wie etwa Napster und Pirate Bay Online-Datenindizes. Einzelne Dateien werden von bestimmten Netzwerkknoten zur Verfügung gestellt. Das spart Speicherplatz. Da die Daten, an denen Sie interessiert sind, jedoch nicht für alle Teilnehmer im Netzwerk verfügbar sind, ist es unter Umständen problematisch, an diese Daten zu kommen. Es ist auch schwierig festzustellen, ob die abgerufenen Daten intakt und unbeschädigt sind oder ob sie vielleicht unerwünschte Informationen wie etwa ein Virus enthalten.

Bitcoin koordiniert die Verwaltung und Erfassung neuer Daten mithilfe von drei Kernelementen:

Block: eine Liste mit Transaktionen, die über einen bestimmten Zeitraum in einem Ledger (»Kontobuch«) aufgezeichnet werden. Die Größe, der zeitliche Abstand und das auslösende Ereignis für einen Block unterscheiden sich zwischen allen Blockchains.

Nicht alle Blockchains haben das primäre Ziel, einen Datensatz über eine Bewegung ihrer Kryptowährung aufzuzeichnen und zu sichern, aber alle Blockchains zeichnen die Ströme ihrer Kryptowährung oder ihres Tokens auf. Sie können sich eine Transaktion einfach als die Aufzeichnung von Daten vorstellen. Durch die Zuweisung eines Werts (wie es beispielsweise in einer Finanztransaktion geschieht) wird interpretiert, was diese Daten bedeuten.

Kette(»Chain«): Ein kryptografischer Hash-Schlüssel, der die Blöcke verknüpft, sie mathematisch »verkettet«. Dies ist eines der komplexesten Blockchain-Konzepte und nicht gerade einfach zu verstehen. Aber genau dieser scheinbar magische Mechanismus erzeugt das feste Blockchain-Gefüge und ermöglicht mathematisch gestütztes Vertrauen.

Der Hash-Schlüssel in Blockchains wird aus den Daten des jeweils vorhergehenden Blocks erzeugt. Es handelt sich um einen Fingerabdruck dieser Daten, der die Blockreihenfolge und -zeiten unveränderbar festschreibt.

Blockchains sind relativ neu – das Hashing nicht: Es wurde bereits vor über 30 Jahren erfunden. Diese betagte Technik wird deshalb verwendet, weil sie eine nicht entschlüsselbare Einwegfunktion schafft. Eine Hash-Funktion erzeugt einen mathematischen Algorithmus, der Daten beliebiger Größe auf einen Bit-String fester Größe abbildet. Ein Bit-String ist normalerweise 32 Zeichen lang und repräsentiert die Daten, für die das Hashing durchgeführt wurde. Der Secure Hash Algorithm (SHA) ist eine von mehreren verschlüsselnden Hash-Funktionen, die in Blockchains verwendet werden. Ein gebräuchlicher Algorithmus ist SHA-256, der einen nahezu eindeutigen Hash-Schlüssel fester Größe (256 Bit, 32 Byte) erzeugt. Praktisch können Sie sich einen Hash-Schlüssel als digitalen Fingerabdruck von Daten vorstellen, mit dem diese innerhalb der Blockchain an einer festen Position gehalten werden.

Netzwerk: Das Netzwerk setzt sich aus »vollständigen Knoten« zusammen. Sie können sich das so vorstellen, dass diese Computer einen Algorithmus ausführen, der das Netzwerk sichert. Jeder Knoten enthält eine vollständige Aufzeichnung aller Transaktionen, die je in dieser Blockchain aufgezeichnet wurden.

Die Netzwerkknotenpunkte befinden sich auf der ganzen Welt und können von jedermann betrieben werden. Es ist schwierig, teuer und zeitaufwendig, einen vollständigen Knoten zu betreiben. Darum tun die Betreiber es nicht kostenlos. Der Anreiz für den Betrieb besteht im Verdienst von Kryptowährung. Der zugrunde liegende Blockchain-Algorithmus belohnt die Netzwerkteilnehmer für ihre Dienste.

Die Begriffe Bitcoin und Blockchain werden häufig synonym verwendet, bedeuten aber nicht dasselbe. Bitcoin verfügt über eine Blockchain. Die Bitcoin-Blockchain ist das Protokoll, das die sichere Übertragung von Bitcoins ermöglicht. Bitcoin ist der Name der Kryptowährung, auf der das Bitcoin-Netzwerk basiert. Blockchain ist eine bestimmte Softwaregattung, Bitcoin ist eine spezifische Kryptowährung.

Blockchain-Anwendungen

Blockchain-Anwendungen basieren auf dem Gedanken, das Netzwerk als Vermittler einzusetzen. Ein solches System ist absolut blind und unerbittlich. Computercode wird zum Gesetz, und die Regeln werden vom Netzwerk unveränderbar interpretiert und ausgeführt. Computer haben keine sozialen Tendenzen und Verhaltensweisen wie Menschen. Das Netzwerk kann keine Absicht interpretieren (zumindest noch nicht).

Eine weitere interessante Eigenschaft von Blockchains ist die absolut unfehlbare Datenaufzeichnung. Blockchains können als unmissverständliche Zeitleiste dienen, die aufzeichnet, wer was wann gemacht hat. Auf genau dieses Problem sind in vielen Branchen und Aufsichtsbehörden bereits unzählige Stunden verwendet worden. Durch blockchaingestützte Aufzeichnungen fallen viele Schwierigkeiten bei der Interpretation vergangener Geschehnisse weg.

Der Blockchain-Lebenszyklus

Blockchains wurden mit Bitcoin aus der Taufe gehoben. Dabei zeigte sich, dass einander völlig unbekannte Einzelpersonen online in einem Systems zusammenarbeiten konnten, in dem es unmöglich war, andere Netzwerkteilnehmer zu betrügen.

Das ursprüngliche Bitcoin-Netzwerk sollte die Kryptowährung Bitcoin sichern. Es besteht aus ca. 5.000 vollständigen Knoten, ist dezentral über die gesamte Welt verteilt und wird hauptsächlich für den Handel von Bitcoin und den Austausch von Vermögenswerten verwendet. Die Community erkannte jedoch das viel weiter reichende Potenzial des Netzwerks. Wegen seiner Größe und lange erprobten Sicherheit wird es auch zur Absicherung anderer, kleinerer Blockchains und von Blockchain-Anwendungen verwendet.

Das Ethereum-Netzwerk ist eine Weiterentwicklung des Blockchain-Konzepts, das die bekannte Blockchain-Struktur um mehrere neue, integrierte Programmiersprachen ergänzt. Wie Bitcoin hat auch das Ethereum-Netzwerk über 10.000 auf dem ganzen Erdball verteilte Full Nodes. Ethereum wird in erster Linie verwendet, um Ether zu handeln und Smart Contracts abzuschließen. Der bekannteste Ethereum-Smart-Contract ist ERC 20. Er ermöglicht die Erstellung handelbarer Token. Diese Token können für Fundraising-Zwecke verwendet werden. Weitere Informationen zu Smart Contracts finden Sie in Kapitel 5.

Ein dritter Evolutionsschritt der Blockchain-Technologie befasst sich aktuell mit den Beschränkungen hinsichtlich Geschwindigkeit und Datenmenge. Wenn diese Probleme einmal gelöst sind, wird der Einsatz der Blockchain-Technologie für Mainstream-Anwendungen realistischer. Es wird aber noch einige Jahre dauern, bis sich hier eine bestimmte Struktur durchgesetzt hat.

Bekannte Neuentwicklungen sind Sharding, eine Art Datenbankpartitionierung, bei der große Datenbanken in kleinere Teile, sogenannte Data Shards, aufgeteilt werden. Das Ethereum-Entwicklungsprojekt Fork Choice Rule teilt dabei die Ethereum-Blockchain in mehrere parallele Netzwerke auf. Möglicherweise kann Ethereum dadurch effizienter skalieren und die Netzwerklast deutlich verringern, die Transaktionsgeschwindigkeit erhöhen und Transaktionskosten senken.

Eine weitere bekannte Skalierungsmethode ist POS. In Kapitel 8 beschäftige ich mich ausführlicher damit. Im Wesentlichen geht es bei POS darum, Token oder Kryptowährungen als Sicherheit für die Abwicklung von Transaktionen zu hinterlegen. Wenn der Knoten korrumpiert ist und die Transaktionen nicht korrekt im Sinne des Netzwerks verarbeitet, kann der Teilnehmer seine Token oder Kryptowährung verlieren.

Ein dritter Ansatz zur Skalierung der Blockchain-Technologie nutzt vertrauenswürdige Knoten. Das Factom-Netzwerk beispielsweise arbeitet mit mehreren zu einem Bund vereinigten Knoten und einer unbegrenzten Anzahl an Prüfknoten. Diesen Knoten wird die Sicherheit des Systems übertragen. Das Factom-Netzwerk ist klein, etwas mehr als 60 Knoten. Um Sicherheitsrisiken vorzubeugen, verankert sich Factom in anderen dezentralen Netzwerken und nutzt so die Sicherheit größerer Systeme. Das Factom-Netzwerk ist zudem in kleinere, schnellere und einfacher zu verwaltende Teile unterteilt. Diese werden als Chains bezeichnet. Factom verfügt über höhere Transaktionsgeschwindigkeiten und niedrigere Transaktionskosten als POW-Blockchains.

Konsens: Die treibende Kraft der Blockchains

Blockchains sind leistungsstarke Tools, weil sie ehrliche Systeme schaffen, die selbstkorrigierend sind, ohne dass eine dritte Partei diese Regeln durchsetzen muss. Die Regeln werden durch ihren Konsensalgorithmus erzwungen.

In der Blockchain-Welt ist Konsens der Prozess, mit dem eine Einigung innerhalb einer Gruppe grundsätzlich misstrauischer Teilnehmer erzielt wird. Diese Teilnehmer sind die vollständigen Knoten des Netzwerks. Die vollständigen Knoten werten die in das Netzwerk eingegebenen Transaktionen daraufhin aus, ob sie als Teil des Ledgers aufgezeichnet werden sollen.

Abbildung 1.2 zeigt, wie Blockchains eine Einigung erzielen.

Abbildung 1.2: Wie Blockchains arbeiten

Jede Blockchain hat ihre eigenen Algorithmen, um sich über die hinzugefügten Netzwerkeinträge zu einigen. Es gibt viele verschiedene Modelle, Konsens zu erzielen, weil jede Blockchain andere Einträge erzeugt. Einige Blockchains handeln Vermögenswerte, andere speichern Daten, wieder andere sichern Systeme und Verträge.

Bitcoin beispielsweise handelt den Wert seines Tokens zwischen den Mitgliedern in seinem Netzwerk. Die Token haben einen Marktwert, die Anforderungen im Hinblick auf Leistung, Skalierbarkeit, Konsistenz, Angriffsmodell und Ausfallmodell sind deshalb höher. Bitcoin arbeitet unter der Annahme, dass ein böswilliger Angreifer den Verlauf der Handelstransaktionen verändern könnte, um Token zu stehlen. Bitcoin verhindert dies durch ein Konsensmodell, das auch als Proof of Work (POW) bezeichnet wird. Es löst das aus der Informatik und Mathematik bekannte Problem der byzantinischen Generäle: »Wie können Sie wissen, ob die Informationen, die Sie gerade sehen, nicht intern oder extern verändert wurden?« Datenintegrität ist ein großes Problem in der Informatik, weil es fast immer möglich ist, Daten zu verändern oder zu manipulieren.

Die meisten Blockchains arbeiten unter der Annahme, dass sie von außen oder durch Benutzer des Systems angegriffen werden. Die erwartete Bedrohung und der Vertrauensgrad des Netzwerks in die Knoten, die die Blockchain betreiben, bestimmt die Art des Konsensalgorithmus, mit dem sie ihren Ledger (»Kontobuch«) führen. Bitcoin und Ethereum beispielsweise gehen von einer sehr hohen Bedrohung aus und verwenden mit Proof of Work einen starken Konsensalgorithmus. In diesen Netzwerken gibt es kein gegenseitiges Vertrauen.