Was die Blockchain so sicher macht

Früher fügten Kettenschmiede Kettenglieder aus gebogenen Eisenstäben zu untrennbaren, tonnenschweren Ankerketten zusammen, die selbst Orkanen trotzten. Die Bitcoin-Blockchain ist im Prinzip wie eine solche massive, geschmiedete Ankerkette.

Doch sie wird nicht von nur einem Kettenschmied angefertigt. Bei der Blockchain geht vielmehr jedes Glied bzw. jeder Block durch die Hände unzähliger Kettenschmiede. Sie prüfen jeden Block auf seine Fehlerlosigkeit, bevor er fest mit der Kette verbunden wird.

Sobald ein Block an die Blockchain angehängt wurde, wird es unmöglich, ihn auszutauschen – oder irgendeinen anderen vornedran. Die Kettenschmiede der Blockchain sind die Nodes und die Miner. Die Blockchain ist gleichzeitig wie ein öffentliches Kassenbuch, in das jeder hineinsehen kann. In jedem Block der Blockchain stehen unveränderlich Transaktionen, die mit Bitcoins durchgeführt wurden.

Zusammengenommen stehen auf der Blockchain vom ersten Block an alle jemals durchgeführten Transaktionen. Die Blöcke sind fest miteinander verbunden, die Transaktionen können nicht verändert werden. Wie die Blöcke algorithmisch miteinander verkettet werden, ist im Bitcoin-Protokoll, dem Bitcoin-Regelwerk, festgelegt.

Ein Hash ist wie ein Fingerabdruck

Für jeden Block wird ein Identifikationscode generiert, der den Block eindeutig codiert. Dieser Code wird „Hash“ genannt. Jeder Block in der Blockchain wird über einen Hash identifiziert, der mithilfe einer speziellen Rechenvorschrift – dem kryptographischen Hash-Algorithmus SHA-256 – gebildet wird.

Der Hash ist eine zufällige Folge von 64 Buchstaben und Zahlen, von der nicht auf den Inhalt des Blockes geschlossen werden kann. Würde in einem Block nur ein Zeichen geändert, änderte sich sein Hash komplett. Der Hash kennzeichnet den Block genauso eindeutig wie der Fingerabdruck den Menschen.

Wird ein neuer Block mit geprüften Transaktionen an die Blockchain angehängt, wird dazu in den Block der Hash des Vorgängerblocks eingebettet. Er erscheint in der Kopfzeile des Blockes. Dann wird der Hash für den neuen Block errechnet.

So verweist jeder Block auf seinen Vorgängerblock, auch Elternblock genannt. Die Blockchain wächst wie eine solide Ankerkette. Diese reicht bis hin zum ersten Block der Blockchain, dem „Genesisblock“. Damit sind die Transaktionen im Block unveränderlich und die Blöcke miteinander verkettet.

Die Nadel im Heuhaufen

Das Bitcoin-Protokoll gibt vor, dass ein gültiger Hash mit einer bestimmten Anzahl von Nullen beginnen muss. Derselbe Block ergibt aber immer denselben Hash. Deshalb enthält jeder Block noch eine durchlaufende Nummer. Sie wird nach jedem ungültigen Hash geändert, um den Block leicht zu verändern und damit einen neuen Hash zu erzeugen.

Das geht so, bis ein Hash durch Ausprobieren gefunden wurde, der die vom Protokoll vorgegebenen Kriterien erfüllt. Die Miner im Bitcoin-System bilden Milliarden mal Milliarden Hashes am Tag auf der Suche nach einem solchen Hash. Es ist wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen.

Das macht die Blockchain so sicher

Blocks linked in a chain, by reference to the previous block header hash

Die Suche nach einem gültigen Hash erfordert enorme Rechenleistung und ist für die Miner sehr energieaufwendig. Ein Miner nimmt diese Arbeit aber auf sich, weil er vom System mit Bitcoins (BTC) dafür belohnt wird. Gleichzeitig sichert der hohe Energieverbrauch das System Bitcoin. Denn falls auch nur eine Transaktion im gehashten Block ungültig war, wird der Block von allen anderen Minern nicht anerkannt. Dann hätte er seine Rechenleistung vergeblich investiert.

Auch der Aufwand, einen Block in der Blockchain zu verändern wäre enorm. Denn alle Hashes nach dem veränderten Block müssten neu ermittelt werden. Theoretisch wäre dazu die Rechenleistung von mindestens 51 Prozent des gesamten Netzwerkes notwendig. Ein einzelner Miner könnte dies gar nicht bewerkstelligen. Eine Manipulation der Blockchain ist somit nur theoretisch möglich, aber praktisch nicht umsetzbar.

Dieser Zusammenhang ist somit das wesentliche Sicherheitsmerkmal des Bitcoins. Er gibt die Sicherheit, dass die auf einem Block gelisteten Transaktionen nicht mehr rückgängig gemacht werden können. Die Bitcoin-Blockchain macht eine zentrale Schaltstelle, wie beispielsweise eine Bank, überflüssig.

Denn es wird vom Netzwerk für das Netzwerk auf Grundlage der unlösbaren Verkettung der Blockchain betrieben. Im Hinblick auf die uns bisher bekannten Finanz- und Bezahlsysteme stellt der Bitcoin erstmals ein Bezahlsystem dar, das unabhängig von einer zentralen Autorität funktioniert. Das Ausmaß seines Potentials kann nur erahnt werden.

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Quellen

Antonopoulos, A. M. (2017). Mastering Bitcoin: Programming the Open Blockchain (zweite Auflage). Sebastopol, California: O’Reilly Media.

Dash Project 2017-2019. (2019). Dash Developer Guide: Find detailed information about the Dash protocol and related specifications, unter: https://dash-docs.github.io/en/developer-guide#block-chain (aufgerufen am 24.03.2019).

Lopp, J. (2016). Bitcoin’s Security Model: A Deep Dive, unter: https://www.coindesk.com/bitcoins-security-model-deep-dive (aufgerufen am 24.03.2019).

Narayanan, A., Bonneau, J., Felten, E., Miller, A., & Goldfeder, S. (2016). Bitcoin and Cryptocurrency Technologies: A Comprehensive Introduction. Princeton, New Jersey: Princeton University Press.