die bank 01 // 2017

DIGITALISIERUNG Hashwert

DIGITALISIERUNG Hashwert der empfangenen Nachricht entspricht. Falls ja, ist der Absender bestätigt (sonst würde die Entschlüsselung fehlschlagen) und auch verifiziert, dass die Nachricht unverändert zugestellt wurde (sonst wäre der Hashwert ein anderer). Solche digitalen Signaturen werden in einer Blockchain verwendet, um Transaktionen zu legitimieren. Sogenannte Miner nehmen die Transaktionen im Netzwerk entgegen, prüfen die Signaturen und fassen sie in einem Block zusammen. Zum Ausführen der Transaktionen muss dieser Block an die bestehende Blockchain angehängt werden. Ein neuer Block referenziert den zuletzt erstellten Block. So entsteht eine Kette von Blöcken, in der alle jemals durchgeführten Transaktionen protokolliert sind. Konsensverfahren Um einen konsistenten, global eindeutigen Stand zu gewährleisten, muss ein neuer Block eine Bedingung erfüllen, bevor er an die Blockchain angehängt werden kann. In der Bitcoin-Blockchain wird dazu das sogenannte Proof-of-Work-Verfahren angewendet. Mithilfe einer Hashfunktion wird der Hashwert des Blocks errechnet. Der Hashwert des Blocks muss mit einer bestimmten Anzahl Nullen beginnen. Miner verändern durch das Erhöhen eines Zählers den Inhalt des Blocks so lange, bis der errechnete Hashwert diese Anforderung erfüllt. Das Netzwerk passt die Komplexität für das Auffinden eines Proof-of-Work dynamisch an. Durchschnittlich wird alle zehn Minuten eine Lösung gefunden, mit der ein Block an die Blockchain angehängt werden darf.Der Miner, der die Lösung gefunden hat, bekommt die Transaktionsgebühren ausgezahlt, deren Höhe ein User in seiner Transaktion bestimmt. Ein neu gefundener Block wird im Netzwerk verteilt, anschließend beginnt die Arbeit am nächsten Block. Alle bisherigen Blöcke werden bei den Minern verteilt im Netzwerk gespeichert. In der Bitcoin-Blockchain gibt es für einen gefundenen Block zusätzlich zu den Transaktionsgebühren eine Belohnung in Höhe von 25 Bitcoins. So wird die Währung initial in Umlauf gebracht und der Aufbau der Mining-Infrastruktur subventioniert. Die Menge dieser zusätzlich ausgeschütteten Bitcoins wird alle 210.000 Blocks halbiert, was im statistischen Mittel vier Jahre dauert. Die im Protokoll festgelegte Obergrenze wird im Jahr 2140 erreicht werden. Anschließend erhalten Miner nur noch die Gebühren der bestätigten Transaktionen. Es wird angenommen, dass zu diesem Zeitpunkt aufgrund ständig steigender Transaktionsvolumen die Gebühren ausreichend sind, um den Betrieb der Mining- Infrastruktur zu finanzieren. Für ein nachträgliches Verändern einer Transaktion müsste der Proof-of-Work für den betreffenden Block erneut erstellt werden. Eine solche Manipulation wäre theoretisch möglich, falls ein Angreifer die Mehrheit an Rechenleistung im Netzwerk besitzt. Im Fall der Bitcoin- Blockchain kann das praktisch ausgeschlossen werden. Ende 2015 war die Rechenleistung der Blockchain 11.000 x schneller als die 500 weltweit schnellsten Supercomputer zusammen. Eine von anderen Blockchains verwendete Alternative zu dieser Form der Konsensfindung ist das sogenannte Proof-of-Stake-Verfahren. Hier bestimmt nicht die Rechenleistung über die Chance einen neuen Block hinzuzufügen zu dürfen, sondern der Anteil (engl. Stake), den ein Miner an der zugrunde liegenden Kryptowährung besitzt. Je größer dieser Stake ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, den nächsten Block zu schreiben zu dürfen. Hier liegt eine einfache Annahme zugrunde: Je höher der Anteil an einer Währung ist, desto geringer ist der Anreiz, manipulierende und dadurch systemschädigende Aktionen durchzuführen, die letztlich den Wert der gehaltenen Währung negativ beeinflussen. Die Kosten für Hardware und Betrieb einer solchen Proof-of-Stake-Blockchain sind deutlich geringer als bei Anwendung des Proof-of-Work-Verfahrens. Deswegen wird dieses Verfahren vor allem bei kleineren Blockchains, z. B. im unternehmensinternen Umfeld, eingesetzt. Grundsätzlich sind Blockchains öffentlich. Jeder kann sich als Miner anschließen, und Transaktionen sind einsehbar. Für einige Anwendungsfälle ist dies unerwünscht. Um den Zugriff einzuschränken, können Blockchains ähnlich wie firmeninterne Intranets in privaten Netzwerken betrieben werden. Zusätzlich gibt es Ansätze, den Zugriff erst nach einer Authentifizierung zuzulassen, sogenannte Permissioned Blockchains. In solchen privaten Blockchains sind die Teilnehmer üblicherweise bekannt und vertrauen sich gegenseitig. Technologische Einordnung Die grundlegenden Prinzipien der Blockchain sind verhältnismäßig leicht zu verstehen. Jedoch ist es nicht ganz einfach, den Begriff auf technologischer Ebene richtig einzuordnen. Für ein besseres Verständnis über den technologischen Kontext einer Blockchain hilft eine Analogie zum Internet: Vereinfacht dargestellt ist das Internet ein Verbund an Rechnern, die über das Internet Protokoll (IP) und darauf aufsetzenden Protokollen TCP und UDP miteinander kommunizieren können. Praktische Relevanz bekommt das Internet aber erst durch darauf aufbauende Protokolle, wie z. B. HTTP, SMTP oder IMAP, die das Aufrufen von Webseiten sowie das Senden und Empfangen von E-Mails ermöglichen. Diese Protokolle bilden das Fundament für Internetseiten, Blogs und E- Commerce und ermöglichten die revolutionären Entwicklungen, die wir heute unscharf unter dem Begriff Internet zusammenfassen. Dabei ist das Aufrufen einer Website oder das Einrichten eines E-Mail-Accounts nicht länger einer Gruppe von Experten vorenthalten. In einem ähnlichen Kontext muss man die Blockchain sehen. Wie moderne Webanwendungen setzt auch die Blockchain auf dem Internet auf, über das ein Peer-to-Peer-Netzwerk aufgebaut wird. Darauf basierende Applikationen haben Zugriff auf ein Trust Layer, eine Vertrauensschicht, in der Transaktionen transparent und unbestreitbar proto- 56 01 // 2017

DIGITALISIERUNG kolliert werden können. Dinge, die in der Blockchain stehen, sind nicht widerrufbare Fakten. In der Regel werden Applikationen Blockchains verwenden, deren Eigenschaften gut zum jeweiligen Anwendungsfall passen. Anwendungen auf der Bitcoin-Blockchain Applikationen, die auf die Bitcoin-Blockchain aufsetzen, können auf das starke Mining-Netzwerk vertrauen, das eine extrem hohe Manipulationssicherheit garantiert. In Bitcoin-Transaktionen können weitere Informationen eingebettet werden, deren zukünftige Verfügbarkeit und Abrufbarkeit auf unbestimmte Zeit gewährleistet ist. Ein einfacher daraus resultierender Anwendungsfall ist der sogenannte Proof-of-Existence. Hier wird die Existenz eines Dokuments zu einem bestimmten Zeitpunkt bestätigt. Dazu wird das zu beglaubigende Dokument, z. B. ein unterschriebener Vertrag, auf die Website hochgeladen. Aus dem Dokument wird ein Hashwert gebildet. Dieser Hashwert wird in eine Bitcoin-Transaktion eingebettet und so in der Blockchain festgeschrieben. Dadurch wird die Existenz des Dokuments zum Zeitpunkt der Transaktion protokolliert. Um festzustellen, wann ein Dokument so beglaubigt wurde, muss der Hashwert des Dokuments im Transaktionsverlauf gesucht werden. Dies kann auch losgelöst von der Existenz des Serviceanbieters geschehen; solange es die Bitcoin-Blockchain gibt, kann der Hashwert eingesehen werden. Einen Schritt weiter geht Colored Coin. Colored Coin implementiert das Open-Asset-Protokoll und verknüpft eine bestimmte Menge Bitcoin mit Vermögensgegenständen, wie z. B. Aktien, Anleihen, Edelmetallen oder Währungen. Zur Übertragung der Vermögensgegenstände reicht ein Transfer der assoziierten Bitcoins. Parteien müssen sich dazu im Vorfeld auf diese Verknüpfung zwischen Bitcoins und Vermögensgegenstand verständigen. Die Entwicklung solcher Anwendungen ist vergleichsweise einfach. Es kann die bestehende Blockchain verwendet werden, und das Ecosystem inklusive Miner ist so weit ausgebaut, dass die Manipulationssicherheit gewährleistet ist. Einer der Nachteile ist, dass Veränderungen an der Bitcoin-Blockchain und den verwendeten Protokollen zu Problemen führen können. So wurde z. B. im Bitcoin-Netzwerk ein sogenannter Anti-Dust-Patch durchgeführt, der einen minimalen Betrag für Transaktionen vorschreibt, der deutlich größer ist als die ursprünglich mögliche kleinste Einheit Satoshi (0.00000001 BTC). So soll das Netzwerk vor einer Überlastung durch eine Flut kleinster Transaktionen geschützt werden. Die Nutzung von Colored Coin wird dadurch teurer, da durch das Transaktionslimit mehr Bitcoins übertragen werden müssen. 01 // 2017 57