Wie funktioniert die Blockchain? Blöcke, Hashes, Bestätigung

Eine Blockchain ist eine Liste von Datenblöcken, die so miteinander verkettet sind, dass man einen alten Eintrag nicht still ändern kann, ohne alle folgenden Einträge mitzuändern — und ohne dass die anderen Teilnehmer das mitmachen. Bei Bitcoin stehen in diesen Blöcken vor allem Zahlungen. Bei Ethereum stehen dort außerdem Programmaufrufe. Dieselbe Grundidee, verschiedene Inhalte. Wer „die Blockchain“ sagt, als gäbe es nur eine, vermischt Dinge, die sich beim Risiko deutlich unterscheiden.

Der Hash ist ein Fingerabdruck

Ein Hash ist eine kurze Prüfsumme aus beliebigen Daten. Dieselbe Eingabe erzeugt immer denselben Hash. Eine winzige Änderung — ein Satoshi mehr, ein Buchstabe anders — erzeugt einen völlig anderen Hash. Aus dem Hash kommst du nicht bequem auf die ursprünglichen Daten zurück. Du kannst nur prüfen: Passen Daten und Fingerabdruck zusammen?

Jeder Block enthält den Hash des vorherigen Blocks. Dadurch entsteht die Kette. Wer in Block 100 eine Zahlung umschreiben will, ändert den Hash von Block 100. Block 101 verweist aber auf den alten Hash und passt nicht mehr. Man müsste Block 101, 102 und alle folgenden neu bauen. Bei Bitcoin ist dieses Neubauen absichtlich teuer, weil jeder Block einen Arbeitsnachweis braucht.

Was in einem Block steckt

Vereinfacht enthält ein Bitcoin-Block drei Dinge: eine Liste gültiger Transaktionen, den Verweis auf den vorigen Block und einen Nachweis, dass beim Bauen Arbeit geleistet wurde. Die Transaktionen sagen, welche vorherigen Eingänge ausgegeben werden und an welche neuen Adressen der Betrag geht. Nodes, also Rechner mit der prüfenden Software, lehnen Blöcke ab, die die Regeln verletzen: mehr ausgeben als vorhanden ist, die Belohnung zu hoch ansetzen, eine ungültige Signatur mitliefern.

Miner sammeln Transaktionen aus dem Warteraum, dem Mempool, und versuchen, einen Block zu finden, dessen Hash klein genug ist. „Klein genug“ ist die Difficulty. Sie passt sich alle 2016 Blöcke an, ungefähr alle zwei Wochen, damit im Schnitt weiter etwa alle zehn Minuten ein Block kommt — egal ob weltweit mehr oder weniger Geräte rechnen.

Warum man auf Bestätigungen wartet

Kurzzeitig können zwei Miner fast gleichzeitig einen gültigen Block finden. Dann existieren zwei Spitzen. Das Netzwerk baut auf einer davon weiter. Die andere wird zum verwaisten Zweig, ihre Transaktionen wandern zurück in den Warteraum, sofern sie nicht auch in der siegreichen Kette stehen. Deshalb gilt eine einzelne Einbuchung noch nicht als endgültig.

Jede weitere Bestätigung ist ein weiterer Block auf deiner Zahlung. Wer die Geschichte umbiegen will, muss ab dem strittigen Punkt mehr Arbeit nachliefern als der Rest des Netzes ehrlich weiterbaut. Das wird mit jedem Block unwahrscheinlicher. Börsen warten bei großen Summen deshalb länger. Kleine Beträge behandeln manche Händler schon nach einer Bestätigung als praktisch sicher. Sicher im mathematischen Sinn ist auch die sechste Bestätigung nicht. Sie ist wirtschaftlich sehr teuer anzugreifen.

Öffentlich heißt nicht anonym

Bei Bitcoin und Ethereum kann jeder die Beträge und Adressen lesen. Namen stehen nicht im Buch. Sobald eine Adresse aber mit einer Identität verknüpft ist — über eine Börse mit Identitätsprüfung, über eine Wiederverwendung, über einen öffentlichen Spendenaufruf — lässt sich vieles nachverfolgen. Die Blockchain ist deshalb eine schlechte Wahl für Menschen, die echte Vertraulichkeit erwarten. Sie ist eine gute Wahl für Menschen, die eine Abrechnung wollen, die niemand allein frisieren kann.

Nicht jede Kette arbeitet wie Bitcoin

Ethereum und viele neuere Netze ordnen Blöcke nicht über Strom und Rechenrätsel, sondern über hinterlegte Einsätze, Proof of Stake. Wer Blöcke vorschlägt, riskiert seinen Einsatz, wenn er betrügt. Das ändert den Energieverbrauch und die Art der Angriffe. Es ändert nicht die Grundidee der Verkettung. Manche Netze haben außerdem nur eine Handvoll produzierender Betreiber. Dann ist die Kette ein gemeinsames Protokoll unter Bekannten, kein globales Rennen. Dezentral ist ein Maß, keine Medaille, die man sich an die Startseite heftet.

Forks entstehen, wenn sich Teilnehmer über Regeln uneinig sind und beide Versionen weiterlaufen. Bitcoin Cash ist ein historisches Beispiel einer Abspaltung. Für Halter bedeutet das: Software und Börsen entscheiden mit, welche Kette sie als das ursprüngliche Gut anzeigen. Der Name auf einem Logo ist nicht automatisch die Kette, die du meinst.

Was die Konstruktion nicht leistet

• Sie macht Eingaben nicht wahr. Steht ein falscher Preis von einem Oracle in einem Vertrag, speichert die Kette die Falschheit sehr zuverlässig.
• Sie ersetzt keine Datensicherung deiner Schlüssel. Das Buch erinnert sich an die Adresse, nicht an dein Passwort.
• Sie skaliert nicht unbegrenzt. Bitcoin bleibt absichtlich eng. Hohe Nachfrage hebt die Gebühren. Andere Netze opfern dafür Annahmen über Dezentralität oder Stabilität.
• Sie verbraucht bei Proof of Work spürbar Energie. Das ist der Preis des Arbeitsnachweises, kein Versehen, das ein Update nebenbei streicht.

Wer die Mechanik einmal in Ruhe gesehen hat, liest Produktversprechen anders. „Liegt auf der Blockchain“ heißt dann: Es gibt ein verkettetes Protokoll, dessen Betreiber, Gebühren und Ausfallmodi du noch prüfen musst. Der Wallet-Ratgeber zeigt, wo in diesem Bild dein Schlüssel sitzt. Die Risiken zeigen, was trotzdem schiefgeht, obwohl der Hash stimmt.