Folge 3.2: Blockchain-Technik

kryptokabinett.at ist ein Podcast/blog der sich an Anfänger und Neueinsteiger richtet.

Hallo! Und Willkommen!

Das ist die Nachlese der dritten Folge des kryptokabinett.at-Podcasts zum Thema Blockchain:

https://kryptokabinett.blogspot.com/2017/11/folge-3-blockchain-in-der-dritten-folge.html

In diesem zweiten Post zur 3. Folge des Podcasts gibt es grundlegende Infos zur Konsensus-Technik bzw den Vor- und Nachteilen der Blockchain:

WAS IST PROOF OF WORK (POW)?

Proof of work bedeutet auf deutsch Arbeitsnachweis und generell in der Informatik versteht man darunter die Methode eine Aufgabe bereitzustellen die der User lösen muss um weiter zukommen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Proof_of_Work

(Dazu gehören z.B. auch die Captchas - die lustigen Bilder die man einordnen muss – oder auf denen fast unleserliche Buchstaben stehen um sich in diverse Online-dienste einlocken zu können)

Man verwendet POW unter anderem auch dafür DOS-Angriffe oder Massenmailversand zu unterbinden.

Der Proof of work bei Bitcoin sieht so aus das zu einer vorgegebenen Zeichenkette ein Hash-Wert gefunden werden muss, bei dem die ersten x Bits Nullen sind.

Durch die Wahl der Anzahl x dieser Null-Bits lässt sich die Schwierigkeit und damit auch die Dauer der Berechnung steuern. Dies wurde deshalb eingeführt um der technologischen Entwicklung im Hardwarebereich standzuhalten.

Kurz gesagt: je mehr Nullen gefordert werden desto schwieriger wird die Ermittlung des Hash-Wertes.

Zusätzlich existiert noch ein frei wählbarer Wert, die Nonce (ein Rundenzähler), um sicherzustellen, dass überhaupt eine Lösung gefunden werden kann.

Aber:
...Es gibt auch noch andere Methoden außer POW:

POS (Proof of Stake) hier erfolgt die Prüfung durch den Besitz an den Tokens:

Bei dieser Methode muß man eine gewisse Anzahl an Coins besitzen und Halten um am Konsens teilzunehmen und man erhält dafür ebenfalls einen Reward.

Mehr zu POS, POW und anderen Methoden werde ich noch in Folge-Podcasts erklären.

Da es Bitcoin schon fast zehn Jahre gibt stellt sich natürlich die Frage:

In dieser Zeit sind jedes Jahr immer stärkere Rechner auf den Markt gekommen – sollte da die Berechnung nicht schneller gehen?

Nein!

Es wird die Zeit der letzten Blocks immer bewertet und somit mit der laufenden Steigerung der Hardeware wird auch das kryptologisch-mathematisches Verfahren erschwert – die oben erwähnte Anzahl der Nullen bei dem zu ermittelnden Hash sorgt dafür das die Zeitdauer für die Berechnung immer ziemlich gleich bleibt (ca. 10 min).

Wozu überhaupt die vielen Miner?

...würde es nicht reichen wenn ein zentraler Rechner das alles übernimmt?

Natürlich würde es ausreichen wenn nur ein zentraler Rechner diese Aufgabe übernimmt. Doch gerade das dezentrale Wesen des Bitcoinsystems das erst durch das Internet möglich wurde ist eben auch ein Sicherheitsmerkmal von Bitcoin.

Ein einzelner Rechner kann sehr leicht gehackt werden oder einfach ausfallen , und damit könnten die Blockchain zerstört werden.

Es wäre auch möglich - wenn man die Mehrheit über die Rechner des Netzwerks erhält (die sogenannte 51%-Attacke) - die Blockchain rückwirkend zu verändern und somit zu fälschen und der Sicherheitsaspekt den die Dezentralität verspricht wäre somit weg.

Wenn also tausende Rechner über die Welt verteilt diese Aufgabe übernehmen, wird das Bitcoin-System sehr sicher und gegen Ausfälle und Angriffe jeder Art abgesichert.

Daher ist das Bitcoin-System dezentral!

Jetzt kommt zusätzlich ein Anreiz aus dem spieletheoretischen Bereich hinzu: ...was bringt es einem Miner sich ständig im Wettrennen gegen andere Miner und der ständig stärker werdenden Hardware-Technik zu befinden? Es gibt zwar altrusitische Gründe - aber ihr könnt es euch sicherlich schon denken:

Es gibt etwas zu gewinnen!

Immer wenn ein Miner einen Block erschaffen und dann in die Blockchain eingefügt wird erhält dieser Miner nun eine Belohnung: derzeit sind das 12,5 Bitcoin (Stand Anfang Nov. 2017 also ca. 70.000€)

Mining war in den Anfangstagen von Bitcoin noch sehr leicht. Es reichte ein einfacher Home-PC auf dem die Mining-Software lief. Doch mit der Zeit wurde die Aufgabe immer schwieriger und man führte die Berechnung auf den viel rechenstärkeren Grafikkarten aus und zuletzt wurden nur mehr noch sogenannte ASIC-Rechenkarten eingesetzt die speziell für das Bitcoinmining entwickelt worden sind.

Ein Faktor ist auch der Stromverbrauch der mit der steigenden Anzahl an Rechner die die Miner einsetzen ein erheblicher Kostenfaktor ist und daher rechnet sich das Mining nur mehr noch in Ländern mit geringen Stromkosten (China,…)

Die Blockchain kann aber noch mehr als Bitcoin:

Im Prinzip kann Blockchain wie eine Datenbank genutzt werden – interessant ist das beispielsweise in der Logistik oder im Supplychain-Management, aber auch in der Fertigung oder auch im 3D-Druck bei der sicheren Übertragung von Produktionsplänen.

Blockchain ist überall dort interessant, wo es um Nachvollziehbarkeit und Rückverfolgbarkeit von Produkten und Dienstleistungen geht

Es gibt bereits Start-ups, die auf diesen Eigenschaften aufbauend und in Kombination mit Machine-Learning-Technologien Fehlerketten in der Produktion, beispielsweise bei Automobilherstellern, besser analysierbar machen

Im Umfeld von sogenannten Industrie-4.0-Produktion hat die Blockchain-Technologie als Basis-Informationsinfrastruktur das Potenzial, den neuen Herausforderungen besser gewachsen zu sein als die bestehenden Lösungen.

Vorteile der Blockchain-Technologie:

Direkte Transaktion ohne Mittelsmann

Der größte Vorteil besteht in der direkten Transaktion zwischen Parteien. Es gibt also keinen Dritten im Bunde, der wie ein Schiedsrichter, zum Beispiel eine Bank, oder Treuhänder, wie der Bezahldienst Paypal, die Verlässlichkeit der Akteure prüft.

Doch warum sollte man das bewährte Treuhänder-Modell umgehen wollen?

Der Mittelsmann nimmt einem ja gerade die Arbeit ab, das Gegenüber auf Herz und Niere zu prüfen.
Aber: Kann man denn dem Schiedsrichter auch wirklich trauen? Auch große Banken sind vor Manipulationen nicht sicher, wie zahlreiche Berichte in der Vergangenheit gezeigt haben.

Nachträgliche Änderungen ausgeschlossen:

Die Parteien können ihren Deal selbst regeln und versiegeln, so dass die Transaktion zwar sicht- aber dafür auch unveränderbar bleibt. Dieses Prinzip fordert quasi ehrliches Verhalten der Akteure ein.

Das „Einfrieren“ der Transaktionen erfordert eine andere Technologie als bisher: Bitcoin zum Beispiel hält die Rechenkapazität einer Kleinstadt vor, um seine Transaktionen digitale zu verwahren.

Andere Technologien nutzen einen Proof-of-stake-Algorithmus. Jedes Prinzip hat seine eigenen technischen bzw. ökonomischen Konsequenzen. Kein Wunder also, dass gerade im Hinblick auf den Sicherheitsaspekt viel mit der Blockchain Technologie experimentiert wird.

Aktuell hoffen Dänische und australische Parteien auf eine Nutzung bei Online-Wahlen.

Es gibt Angebote zur notariellen Beurkundung von Dokumenten und sogar die Überlegung, Krankenakten via Blockchain-Technologie zu sichern. Es gibt sogar umstrittene Überlegungen mittels Blockchaintechnik die Autobahnmaut in Deutschland durchzuführen.

Probleme der Blockchain-Technologie

Blockwashing

Eine der größten Herausforderungen im Umgang mit der Blockchain-Technologie wird das sogenante blockwashing sein:

Entwickelt sich eine vielversprechende Technologie, soll diese als Heilsbringer in den unterschiedlichsten Bereichen fungieren. Die Hals-über-Kopf-Methode, um aus der neuen Technologie Kapital zu schlagen, befeuert die frühe Kurve des sogenannten Gartner-Hpye-Zyklus.

Diese führt aber auch zu einem unausweichlichen Zusammenbruch, wenn die Technologie den Erwartungen nicht gerecht wird – das sogenannte Tal der Entäuschungen .

Erst danach kommt es langsam zu einem produktiven Level der Technologie.

Dezentralisierung ist die wichtigste Charakteristik der original Blockchain, muss man sich fragen, was der Einzug der Technologie in Cloud-Strukturen (z.B. bei Microsoft und IBM als sogenannter Blockchain-as-a-Service) für die Sicherheitsleistung bedeuten wird – denn diese Firmen werden auf Dezentralität und damit auf den wichtigsten Aspekt der Blockchaintechnologie verzichten.

Zwar ist alles kryptografisch gesichert, aber betrieben wiederum von einer einzigen Partei. Der ursprüngliche Charakter der Blockchain wird damit ausgehöhlt. Blockchain-as-a-Service negiert damit offen die gesamte Idee des dezentralen und unabhängigen Netzwerks.

Erst wenn es hier zu Problemen kommt – und die werden kommen so sicher wie das Abendrot – dann wird das auch das Image der Blockchain-Technologie schwer beschädigen: Blockwashing

Fehlende Standardisierung

Mit dem Thema Standardisierung wird man sich ebenfalls in Zukunft auseinandersetzen müssen. Es gibt zahlreiche Vorschläge und Lösungsansätze für die Blockchain Technologie. Jede mit ihren Vor- und Nachteilen. Zusammenarbeit kann hier nur die richtige Vorgehensweise sein, um allgemein gültige Standards zu definieren. Die Internationale Organisation für Normung (ISO) hat bereits ein Komitee gebildet, das erste Bemühungen in diese Richtung prüft.

Gute Konzepte, schlechter Code

Ein weiteres kritisches Thema dreht sich um die Sicherheit. Denn nur weil das Blockchainkonzept Sicherheit bietet, bedeutet das noch lange nicht, dass auch die Implementierung sicher ist.

China beispielsweise – interessiert an einer eigenen Kryptowährung – analysierte kürzlich 25 der Top Blockchain-bezogenen Software-Projekte und fand signifikante Sicherheits-Schwachstellen: Stichwort Input-Validation.

FAZIT

Ihr seht die Blockchain ist eine spannende Technik – sie ist nicht nur in Kryptowährungen zuhause sondern es lassen sich noch weitere technische Umsetzungen ermöglichen.

Überall wo Dezentralität, Nachverfolgbarkeit gewünscht und auch Unsicherheit zwischen handelnden Parteien besteht kann die Blockchain-Technologie neue Möglichkeiten bieten.