Kryptografisch abgesicherte Verkettung

In einer Blockchain (englisch für Blockkette) werden Informationen in einzelnen Blöcken gespeichert. Jeder Block stellt eine abgeschlossene Informationseinheit dar, zum Beispiel eine finanzielle Transaktion. Diese Informationseinheiten werden nicht wie in einer Datenbank abgelegt, sondern miteinander verkettet: Jeder Block enthält seine eigenen Daten und eine Zusammenfassung des vorhergehenden Blocks. Diese wird technisch mit Hashfunktionen realisiert, wodurch die Zusammenfassung, der sogenannte Hash-Wert, des vorherigen Blocks deutlich kürzer ist als der Block selbst. Dadurch ist es möglich, jederzeit zu prüfen, ob ein Block in der gesamten Kette verändert wurde. Denn wenn ein beliebiger Block überschrieben oder manipuliert wird, passt sein Inhalt nicht mehr zum Hash-Wert, den der nachfolgende Block gespeichert hat. Durch diese Eigenschaft der Verkettung ist es einfach, nachträgliche Manipulationen der gespeicherten Daten zu verhindern.

In der Regel werden Blockchains als dezentrale Speicher genutzt, sodass eine Vielzahl von Akteuren Informationen in dieselbe Blockchain einspeisen und jeder Akteur eine Kopie der gesamten Kette vorhält. Wird ein Block hinzugefügt, muss jede Kopie auf den neusten Stand gebracht werden. Dadurch entfällt eine zentrale Speicherung oder Regulierung. Der Kerngedanke einer verteilten Blockchain ist die Unabhängigkeit von einer zentralen Autorität und die Bestimmung und Validierung des Inhalts durch die Nutzer. Ein Beispiel hierfür sind die Kryptowährungen, deren Transaktionen durch die währungsbesitzenden Akteure abgewickelt werden und nicht durch eine Bank.

Doch wie wird geregelt, wer den nächsten Block erstellen und der Kette hinzufügen darf? Dies wird meist durch den sogenannten Proof of Work bestimmt: Ein Akteur, der Informationen in die Blockchain geben oder einen neu angehängten Block validieren möchte, muss erst eine gewisse Arbeitsleistung erbringen, um sich dieses Recht zu verdienen. Meist handelt es sich hierbei um die Lösung einer komplexen Rechenaufgabe. Wer die Aufgabe löst, darf den nächsten Block an die Kette anhängen. Dies stellt nicht nur einen Kontrollmechanismus dar, sondern auch einen Schutz vor Angriffen: Um beispielsweise eine fehlerhafte Transaktion in die Blockchain einer Kryptowährung schmuggeln zu können, muss im Vorfeld mit erheblichem Rechenaufwand die aktuelle Aufgabe gelöst werden. Die Kontrolle der Blockchain hängt also davon ab, wie schnell komplexe Rechenaufgaben gelöst werden. Es existieren große Rechenzentren, die nur damit beschäftigt sind, das Recht zum Schreiben des nächsten Informationsblocks zu erwerben. Aufgrund des immensen Stromverbrauchs ist diese Art der Blockchains in jüngerer Zeit zunehmend in die Kritik geraten.

Die Kryptowährung Ethereum geht seit September 2022 einen anderen Weg und verfährt nach der Methode Proof of Stake. Hier gilt nicht die geleistete Rechenarbeit als Maß der Berechtigung, sondern die Menge der gehaltenen Kryptowährung. Das Lösen komplexer Rechenaufgaben entfällt und somit muss kein Strom verbraucht werden, um die Transaktionen der Kryptowährung fortzuschreiben. Dieser Ansatz legt die Kontrolle der Währung allerdings in diejenigen Hände, die am meisten von ihr besitzen. Wer nur eine geringe Menge Ethereum besitzt, wird gegenüber Großinvestoren benachteiligt. Dennoch ist der Ansatz des Proof of Stake für solch große Blockchains wie Ethereum ohne Zweifel ökologischer.

 

Autor Dr.-Ing. Thomas Hupperich ist Juniorprofessor für IT-Sicherheit am European Research Center for Information Systems (ERCIS) des WWU-Instituts für Wirtschaftsinformatik.

 

Dieser Artikel stammt aus der Unizeitung wissen|leben Nr. 7, 16. November 2022.

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