Blockchain Grundlagen

Distributed Ledger

Ein Distributed Ledger bzw. ein verteiltes Kassenbuch kann durch die vielfache Speicherungen der selben Daten an unterschiedlichen Orten beschreiben werden. Es gibt keinen übergeordneten Administrator und kein zentrales Verzeichnis für die Daten. Die Daten können auf auf viele Computer, Länder und Institutionen verteilt sein. Durch diese Eigenschaft alleine wird das Netzwerk nicht zu einer Blockchain. Dies gilt auch wenn für ein Distributed Ledger ein Peer-to-Peer-Netzwerk und ein Konsensmechanismus erforderlich sind. Erst wenn Daten in verketteten Blöcken gespeichert werden, spricht man von einer Blockchain.

Hash

Ein Hash dient zur eindeutigen Identifizierung eines Blocks. Hashes sind vergleichbar mit einer Prüfsumme oder einem digitalen Fingerabdruck. Sie werden durch eine Hash-Funktion gebildet, die eine relativ kurze Zeichenkette basierend auf verschiedenen Eingabedaten erzeugt. Die Korrektheit des Hash-Wertes kann bei bekannten Anfangswerten leicht überprüft werden, jedoch ist es nicht möglich, die Anfangswerte eindeutig mit dem Hash zu bestimmen.

Initial Coin Offering (ICO)

Ein ICO bietet insbesondere Startups aus dem Krypto bzw. Blockchain Bereich eine innovative Möglichkeit der Kapitalaufnahme. Bei einem ICO werden Tokens/Coins verkauft. Der Verkauf geschieht oft bevor über ein Produkt vorhanden ist. Mit dem eingenommenen Kapital aus dem ICO wird dann das Projekt finanziert.

Investoren können traditionelle Investoren und Privatpersonen sein, die an den Erfolg des Projektes glauben bzw. auf einen Wertzuwachs des Tokens spekulieren. Der Wertzuwachs ist durch den steigenden Wechselkurs zu Fiat Währungen wie dem Dollar oder Euro sichtbar. Bei vielen Projekte erfolgt ein ICO in mehreren Phasen. Oft folgt nach einem privaten Verkauf der Token, der nur für Institutionelle Investoren gedacht ist, da diese mehr Kapital bereitstellen, erst der öffentliche ICO.

Auch wenn der ICO namentlich an einen IPO, der Ausgabe von Wertpapier bei erstmaliger Listung an der Börse erinnert, ist sind diese beiden Arten von grundsätzlich verschieden. Ein IPO ist immer an eine Übertragung von Stimmrechten geknüpft. Ein ICO im klassischen Sinne hingegen hat damit nichts zu tun. Jedoch liegt es in der Hand des Teams, welches die Token ausgibt, zu entscheiden, was die Token repräsentieren. Das Konzept eines IPO durch einen ICO ist also prinzipiell möglich.

Miner/Block-Validator

Unter Mining versteht man die Rechenaufgaben, die ein Computers für den Erstellungsprozess eines Blocks lösen muss. Dies geschieht beim Proof-of-Work Konsensmechanismus. Löst der Computer bzw. das Rechenzentrum eines Miners die Rechenaufgabe für das Blockchain Netzwerk, dann erhält dieser eine Belohnung (Reward). Diese Belohnung ist eine festgelegte Anzahl der Kryptowährung des Netzwerks.

Node/Full Node

Als Node bzw. Full Node bezeichnet man einen teilnehmenden Computer im einem Peer-to-Peer-Netzwerk. Jeder Full Node speichert die gesamte Blockchain-Historie. Er prüft die Transaktionen, die das Netzwerk erreichen und reicht diese an andere Node des Netzwerks weiter.

Full Nodes geben einem Peer-to-Peer-Netzwerk erst einen dezentralen Charakter. Um ausfallsicher zu sein muss das Netzwerk über eine ausreichende Anzahl von Knoten verfügen. Ein Node hat nichts mit einem Miner zu tun und erhält im Gegensatz zum Miner für seine Tätigkeit keine Vergütung. Der Anreiz, einen Node zu haben, ergibt sich aus der Möglichkeit, direkt am Netzwerk teilzunehmen, bei der Entwicklung des Netzwerks mitzuwirken und die Daten der Blockchain zu besitzen.

Oracle

Ein Oracle oder Orakel ist eine (vertrauenswürdige) Informationsquelle, die in einem Smart Contract definiert ist. Sie kann als Auslöser von Ereignissen dienen. Ein Orakel kann sowohl innerhalb als auch außerhalb der Blockchain platziert werden. Während ein internes Orakel die gleichen Sicherheitsstandards bietet wie Transaktionen in der Blockchain, sind Vertrauenswürdigkeit und Zuverlässigkeit bei der Integration von externen Orakeln entscheidend. Am Beispiel der Energiewirtschaft lässt sich leicht eine Oracle identifizieren: Ein Smart Meter, welches direkt (über zusätzliche IOT an die Blockchain angeschlossen ist, ist ein Orakel, da basierend auf den ausgegebenen Werten Ereignisse resultieren können.

Private Key

Ein Private Key ist das Gegenstück zum Public Key. Wenn man den Public Key mit einer Bankkontonummer vergleicht, dann ist der Private Key der PIN für das Konto. Daher muss der ist der Private Key immer vor der Öffentlichkeit verborgen werden. Der Besitzer des Private Keys hat die vollständige Kontrolle über die Währungseinheiten, die dem Public Key zugeordnet sind. Auch ohne den Public Key kann man mit dem Private Key der Public Key herausgefunden werden. Der Private Key dient als Grundlage für den Public Key, da dieser durch mathematische Verfahren aus jenem abgeleitet wird. Von dem Public auf den Private Key zu schließen ist allerdings nicht möglich.

Proof-of-Authority

Im Proof-of-Authority-Konsensmechanismus ist ein einziger zentraler Netzwerkteilnehmer für die Überprüfung von Transaktionsblöcken verantwortlich. Dieser Teilnehmer wird im Voraus definiert und ist für die Verwaltung des Netzwerks verantwortlich.

Proof of Stake

Im Gegensatz zum Proof-of-Work Konsensmechanismus kommt der Proof-of-Stake-Konsensmechanismus Mining aus. Die Vertrauenswürdigkeit eines Validierungsknoten wird aus dem hinterlegten Kapital (Stake), der Kryptowährung des Netzwerks, abgeleitet. Dabei wird angenommen, dass je mehr Kapital ein Validierungsknoten besitzt, desto wahrscheinlicher ist es auch, dass dieser Node auch an der Richtigkeit der Informationen im Netzwerk interessier ist. Für die Validierung von Transaktionen werden einige der teilnehmenden Computer des Netzwerks zufällig ausgewählt. Die Wahrscheinlichkeit ausgewählt zu werden ist an das hinterlegte Kapital geknüpft und steigt logischer weise mit der Menge an hinterlegtem Kapital. Es wird davon ausgegangen, dass dieser Ansatz die Transaktionsgeschwindigkeit im Netzwerk gegenüber einem Proof-of-Work Bum das Zehnfache erhöhen könnte.

Proof-of-Work

Der Proof-of-Work ist ein Konsensmechanismus ist ein Validierungsverfahren zum Hinzufügen neuer Transaktionen zu einer Blockchain. Transaktionen werden über einen bestimmten Zeitraum angesammelt, zu einem Block geformt und mit dem vorherigen Block in der Blockchain verknüpft. Alle Miner des Netzwerk versuchen gleichzeitig eine algorithmisches Rätsel zu lösen. Dies dauert in etwa immer gleich lang, was dann als die Blockzeit des Netzwerksbezeichnet wird. Die Blockzeit, kann allerdings variieren. Um diese Variation gering zu halten wird die Schwierigkeit, die Difficulty, angepasst. Das war errechnet wird, ist ein Hash, der den Block repräsentiert. Hat ein Miner einen richtigen Hash durch ausprobieren gefunden, so wird dieser vom Netzwerk geprüft. Als Belohnung für den geleisteten Rechenaufwand erhält der Miner eine gewisse Anzahl der dem Netzwerk zu grundliegenden Kryptowährung.

Public (permissionless) Blockchain

Eine öffentliche Blockchain ist grundsätzlich für jedermann zugänglich. Der wichtigste Aspekt dabei ist, dass es keinen zentralen Betreiber der Blockchain gibt oder diese überwacht. Jeder kann Transaktionen in dem Netzwerk ausführen, ohne sich anzumelden. Es steht meistens digitale Infrastruktur bereit (Webseiten, Programmcode, usw.), über die zufällige IDs, wie die Public Keys geschaffen werden können. Rechenleistung und Speicherkapazität werden von den Teilnehmern des Netzwerks zur Verfügung gestellt. Dies geschieht oft durch den Proof-of-Work Konsensmechanismus. Durch ist kein Vertrauen mehr zwischen einzelnen Marktteilnehmern erforderlich.

Smart Contract

Ein Smart Contract ist nichts anderes als Programmcode, der auf einer Blockchain gespeichert wird. Der Programmcode kann von den Teilnehmern des Netzwerks aufgerufen werden und wird ausgeführt. Smart Contracts funktionieren nach dem Wenn-Dann Prinzip. Eine oder mehrere Bedingungen müssen erfüllt sein, damit der Smart Contract ausgeführt wird. Abhängig vom jeweiligen Blockchain Netzwerk ist ein Smart Contract nach einmaliger Implementierung nicht mehr veränderbar, was in einem hohen Maße Vertrauen schafft. Diese Art der Verwendung von Programmcode führt dazu, dass Zwischenhändler nicht mehr nötigen sind, weil automatische Transaktionen möglich werden, die keinen menschlichen Eingriff erfordern. Damit werden völlig neue Organisationsformen ermöglicht.

Token

Ein Token ist eine digitale Einheit. Diese digitale Einheit repräsentiert in der Regel eine Währungseinheit einer Kryptowährung. Allerdings sind Tokens nicht darauf beschränkt. Sie können jeden erdenklichen Wert aus der physischen Welt repräsentieren. Was also tokenisiert werden kann, also als ein Token auf einer Blockchain repräsentiert wird, ist nur durch die menschliche Fantasie begrenzt. In der Energiewirtschaft kann das z.B. eine kWh oder ein tausendstel einer PV Anlage sein.