Kryptowährungen wären nicht möglich ohne die spezielle Blockchain-Technologie, denn der digitale Zahlungsverkehr läuft ohne Zentralisierung über kryptografisch verschlüsselte Übertragungsprotokolle. Bei einer Kryptowährung gilt der Besitz eines kryptologischen Schlüssels als Nachweis am Eigentum des Guthabens. Dieses Guthaben ist ebenfalls kryptologisch signiert und scheint in einer gemeinschaftlichen Buchhaltung in Form der speziellen Speicherform auf, den sogenannten Blockchains. Dabei handelt es sich um eine kontinuierlich erweiterbare Liste von Datensätzen oder Blöcken. Diese sind wiederum mittels kryptografischer Verfahren miteinander verkettet und dienen sowohl der Datenhaltung als auch der Buchhaltung.
Blockchain-Technologie
Blockchains dienen auch dazu, ein Buchführungssystem dezentral zu führen und zu dokumentieren. Der erste Block, mit dem eine Kryptowährung startet, wird als Genesis-Block bezeichnet und die Blockchain baut darauf auf. Das Grundprinzip ist, dass alle späteren Transaktionen auf den früheren Transaktionen aufbauen und diese als richtig bestätigen, indem sie die Kenntnis der früheren Transaktionen beweisen. Durch diese Datenkette wird es unmöglich gemacht, die Existenz oder den Inhalt der früheren Transaktionen zu manipulieren oder zu löschen, ohne gleichzeitig alle späteren Transaktionen ebenfalls zu zerstören. Als zusätzliche Absicherung enthält jeder Block auch einen kryptografisch sicheren Hashwert oder Streuwert des vorhergehenden Blocks, einen Zeitstempel und alle Transaktionsdaten.
In den Blöcken der Blockchains haben viele Teilnehmer zugleich Zugriff. Diese Technologie erlaubt es daher mehreren Parteien innerhalb der Chain, Datenbanken zu erstellen und zu verwalten. Die Dezentralisierung entsteht dabei durch das Speichern der Daten über das “Peer-To-Peer” Netzwerk. Dies dient dazu, alle Teilnehmer miteinander kommunizieren zu lassen. Jede Nachricht, die ein Teilnehmer in dieses Netz sendet, ist für alle anderen verfügbar. Dieses Konzept kennt man auch als Distributed-Ledger-Technologie oder dezentral geführte Kontobuchtechnologie.
Grundlagen der Blockchains
- Verkettungsprinzip: Jede Blockchain ist eine verkettete Folge von Datenblöcken
- Dezentrale Speicherung: Blockchains sind verteilte Register, wobei alle Beteiligten eine eigene Kopie speichern und fortschreiben
- Konsensmechanismus: Bei allen Beteiligten muss eine identische Kette entstehen, was durch Konsens der Validatoren (bei Bitcoin sind dies die Miner) über ein algorithmisches Verfahren zur Abstimmung (Konsensprotokoll) erfolgt.
- Manipulations- und Betrugssicherheit durch kryptografische Verfahren in der Kette der Blöcke
- Transparenz und Basisdemokratie, denn alle in Blockchains gespeicherten Daten sind von allen Beteiligten einsehbar.
- Unbestreitbarkeit: Die digitale Signaturen sind in der Blockchain speicherbar und weisen fälschungssicher alle Transaktionen nach, sodass Teilnehmer dies nicht abstreiten können.
Erstellung neuer Blöcke
Die Blockchains lassen neue Blöcke oder Neuemissionen über ein Konsensverfahren entstehen und jeder Datenblock bildet eine neue Seite der gemeinsamen Peer Buchhaltung. Das populärste Konsensverfahren ist die Proof-of-Work-Methode, die vor übermäßigem Gebrauch und Spam schützt. Hier erhält der Teilnehmer nur dann Einfluss auf das Gesamtsystem, wenn er Rechenaufgaben löst und damit aufgewendete Rechenleistung nachweist. Es bestehen jedoch zahlreiche andere Formen, wie etwa Proof of Capacity, Proof of Burn, Proof of Activity oder Proof of Stake über eine gewichtete Zufallsauswahl beruhend auf Vermögen oder Teilnahmedauer.
All jene, die einen neuen Block hinzufügen möchten, dürfen dort neben den zu bestätigenden neu angefallenen Transaktionen auch eine Transaktion aus dem Nichts auf das eigene Konto eintragen. Somit erhalten sie den an diesen Block gebundenen, vom jeweiligen Regelwerk vorgegebenen Teilbetrag der Neuemission. Daher sind Teilnehmer an Blockchains bestrebt, derartige neuen Blöcke zu erstellen und zu veröffentlichen.
Mining und Hashfunktion
Für das Erstellen neuer Blöcke oder für Coin Mining (Schürfen) ist es nötig, verschiedene gestellte Rechenaufgaben (Hashwerte) möglichst effizient zu lösen. Dazu benötigt man spezialisierte Hardware für hohe Rechenleistungen zum Errechnen der Hashwerte im Rahmen eines vorher festgelegten Schwierigkeitsgrads.
Hashwerte haben eine Einwegfunktion und müssen eine allgemein anerkannte Bedingung erfüllen, beispielsweise einen Grenzwert unterschreiten. Dazu enthält jeder Block einen Wert, den sogenannten Nonce, dessen einzige Funktion darin besteht, solange verändert zu werden, bis der Hashwert des gesamten Blocks die vorgegebene Bedingung erfüllt. Da es sich um eine Einwegfunktion handelt, ist es nicht möglich, den Nonce direkt zu errechnen.
Meist ist es bei Kryptowährungen auch der Fall, dass man vorher eine begrenzte Anzahl an Währungseinheiten festlegt, ebenso wie die Herstellungsrate von Neuemissionen. Eine einzelne Partei hat also nicht die Möglichkeit, die Produktion von Währungseinheiten zu beschleunigen, zu beeinträchtigen oder in irgendeiner Weise zu missbrauchen.
Transaktionsgebühren
Völlig gratis ist auch die Benutzung von digitalen Währungen nicht. Transaktionsgebühren auf sinnlose Überweisungen von Kleinstbeträgen dienen dazu, Angriffe auf den Betrieb einer Kryptowährung durch Überlastung zu vermeiden. Transaktionsgebühren werden erhoben, indem der Ersteller eines neuen Blocks darin die Übertragung des vereinbarten Betrags auf sein eigenes Konto mit eintragen darf. Die Transaktionsgebühren bilden damit neben Neuemissionen einen Anreiz, sich an der Erstellung neuer Blöcke in den Blockchains zu beteiligen.
Da Blockgrößen in Blockchains begrenzt sind, kann es passieren, dass Transaktionen länger warten müssen. Der Vorgang lässt sich beschleunigen, wenn ein Teilnehmer freiwillig im Überweisungsauftrag eine erhöhte Transaktionsgebühr einträgt. Die anderen Teilnehmer bauen diese Transaktion dann bevorzugt in ihre neuen Blöcke ein.