Was ist die Blockchain? Grundlagen, Anwendungen und Potenziale

Die Blockchain soll den Zahlungsverkehr revolutionieren, aber auch ganz andere Bereiche wie das digitale Rechtemanagement, die Logistik oder gar das Grundbuchamt. Jan Tißler erklärt in diesem Beitrag, was die Blockchain eigentlich ist und warum Fachleute so begeistert davon sind. In einem Interview erklärt Blockchain-Experte Stephan Zimprich außerdem, wofür die Technologie heute schon gut ist, wo derzeit am meisten passiert und wie er die Zukunft einschätzt.

(Illustration: © enzozo, Fotolia.com)

Wer es sich lieber erzählen lässt: Ich habe auch ein Video zum Thema produziert, das die wesentlichen Punkte zusammenfasst.

Um es am Anfang einmal auf den Punkt zu bringen: Die Blockchain ist ein System, um Transaktionen dezentral zu verwalten. Dabei lassen sich bestimmte Aktionen und Vorgänge automatisieren. Warum das etwas Besonderes ist und wie sich das in der Praxis anwenden lässt, schauen wir uns in diesem Artikel an.

Nehmen wir uns als erstes einmal einige der genannten Begriffe vor. „Transaktionen“ können mit einer Form von Währung wie Bitcoin zu tun haben, müssen sie aber nicht. Es geht vielmehr generell darum, Daten nachweisbar von A nach B zu transferieren, ohne dass dabei Kopien entstehen.

Eine wichtige Besonderheit der Blockchain ist, wie die Informationen gespeichert werden. Hier erklärt sich auch der Name „Block-Kette“: Die Transaktionen werden in Blöcken abgespeichert und diese Blöcke wiederum enthalten eine verschlüsselte Information über die vorhergehenden Blöcke. Daraus ergibt sich eine Kette, die bis zum allerersten Block zurückreicht. Stellen Sie sich das wie ein Hauptbuch vor, in dem Transaktionen festgehalten werden und jede Seite (= Block) eine Prüfsumme der vorherigen Seiten enthält. Dieses Hauptbuch existiert im Fall der Blockchain rein digital und wird dezentral mehrfach vorgehalten.

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Die Informationen dieser Verkettung (Prüfsumme) werden mit einem komplizierten kryptographischen Prozess erzeugt, der hier nicht näher erläutert werden soll. Wichtig ist nur zu wissen: Auf diese Weise wird die Blockchain gegen Manipulationen geschützt. Der Aufwand für eine direkte Manipulation der Blockchain ist schlichtweg zu groß.

Eine weitere wesentliche Besonderheit der Blockchain ist das oben genutzte Wörtchen „dezentral“. Das meint, dass sie ohne einen zentralen Vermittler auskommen kann, also ohne eine Person, Firma oder Institution, die die Transaktionen speichert und beglaubigt. Stattdessen werden die Informationen im Netz verteilt vorgehalten und trotzdem können sich die Nutzer sicher fühlen, dass alles mit rechten Dingen zugeht.

Eine weitere und noch recht neue Besonderheit ergibt sich aus der digitalen Natur der Informationen. So kann eine Information zugleich spezifische Handlungsanweisungen enthalten. Nehmen wir einmal das Beispiel, dass die Transaktionen in einer Blockchain eine Art Zahlungsmittel repräsentieren. Dann könnte man beispielsweise festlegen, für welche Zwecke der Betrag verwendet werden darf oder ob er nach einem bestimmten Datum wieder an den Absender zurückgeht. Theoretisch ließe sich dies unter anderem in Unternehmen für Budgets nutzen. Oder eine staatliche Stelle könnte so festlegen, dass ein Wohnungszuschuss tatsächlich nur für Miete ausgegeben werden kann. Wie Stephan Zimprich im Interview mit mir noch erklärt hat, ist nicht zuletzt das digitale Rechtemanagement ein interessantes Anwendungsfeld (siehe dazu unten).

Interessant ist die Blockchain deshalb außerdem als Grundlage für eine Währung im Internet der Dinge: Denn Maschinen könnten wissen, wer bezahlt hat und dass bezahlt wurde. Ein menschlicher Eingriff wäre nicht mehr notwendig. Hier kommen außerdem „Smart Contracts“ ins Spiel: Wer zum Beispiel auf dem Dach seines privaten Hauses Solarstrom erzeugt, könnte Überschuss automatisiert anbieten und verkaufen.

Das „Ethereum“ Projekt hat die Blockchain um solche Automatiken erweitert. Das wird bisweilen als „Blockchain 2.0“ bezeichnet.

Entstehung: Am Anfang war der Bitcoin

Screenshot Blockchain.info

Aber woher kommt die Blockchain überhaupt? Ihr Ursprung liegt bei einem lange diskutierten Problem digitaler Währungen: Wie stellt man sicher, dass eine „digitale Münze“ tatsächlich nur einmal ausgegeben wird? Durch die dezentrale Blockchain braucht es dafür keine Institution in der Mitte mehr, die die Transaktionen überprüft, freigibt und damit sicherstellt, dass niemand manipuliert und betrügt.

Warum „dezentral“ so wichtig und revolutionär ist, wird vielleicht deutlich, wenn man eine Parallele zur analogen Welt zieht. Wer in einem Laden etwas mit seiner Kredit- oder Bankkarte bezahlt, hat mindestens einen Mittelsmann dazwischen, oftmals sogar mehrere. Die verdienen an jeder Transaktion mit und nicht zuletzt ist genau nachvollziehbar, wer was wann an wen bezahlt hat. Zudem braucht es Konten, damit die Transaktion überhaupt erfolgen kann. Anders ist das mit Bargeld: Das wechselt direkt seinen Besitzer – vom Portmonee zur Ladenkasse. Niemand ist dazwischen. Niemand zweigt Gebühren ab. Niemand hat Macht über den Bezahlprozess. Niemand muss die Personen mit Namen kennen, die das Geld ausgegeben und eingenommen haben. Selbst Konten sind nicht notwendig, damit Bargeld funktioniert.

Der Erfinder der Blockchain nennt sich Satoshi Nakamoto, aber er oder sie hat sich noch nie öffentlich zu erkennen gegeben. Es gab immer mal wieder Meldungen, die Person hinter der Blockchain sei enttarnt. Aber das scheint bis heute nicht der Fall zu sein.

Wie die Blockchain funktioniert, kann man hingegen bis ins letzte Detail nachschauen und nachlesen. Insofern ist zwar ihr Erfinder ein Enigma, nicht aber ihre Funktionsweise.

Klar wurde jedenfalls bald: Eine Blockchain lässt sich nicht nur für eine Kryptowährung wie Bitcoin verwenden, sondern auch für andere Anwendungsfelder. Und im nächsten Schritt kamen mit Ethereum die Automatisierungen hinzu.

Anwendungsfelder für die Blockchain

Ich habe am Anfang des Artikels von „Transaktionen“ gesprochen. Dabei kann es um Informationen gehen, die einer Währung entsprechen. So wird es bei Bitcoin und anderen „Kryptowährungen“ gehandhabt. Letztlich aber geht es um ein glaubwürdiges, dezentrales Verzeichnis zum Datenaustausch zwischen den Nutzern des Systems.

Das lässt sich natürlich auch andernorts anwenden. Denken Sie beispielsweise ans Grundbuch: Wem welches Stück Land oder welches Gebäude gehört, ist eine Information. Wird die Immobilie verkauft, ist das eine Transaktion. Das ließe sich per Blockchain dezentral protokollieren.

Wenn ich einen Vertrag schließe, ist auch das ein Austausch von Informationen: A tut etwas für B. B tut im Gegenzug etwas für A. Die schon genannten „Smart Contracts“ via Blockchain könnten das im nächsten Schritt sogar vollautomatisch umsetzen.

Diese Gedankenspiele sollen nur einmal deutlich machen: Bitcoins sind nur eine Anwendung der grundlegenden Ideen hinter der Blockchain. Sie hat vielmehr das Potenzial, in vielen weiteren Feldern genutzt zu werden, dabei Intermediäre überflüssig zu machen und Vorgänge zu automatisieren. Und deshalb sind manche Experten so angetan davon.

Stephan Zimprich nennt im Interview unten weitere Themen und Bereiche, die zum Teil bereits heute aktiv untersucht und ausprobiert werden. Dazu gehören das digitale Rechtemanagement, die Logistik, aber natürlich auch das Finanzwesen.

Sicherheitsbedenken rund um die Blockchain

Während das grundlegende Konzept der Blockchain in hohem Maße sicher ist, lauert der Teufel in der praktischen Umsetzung. In den vergangenen Jahren hat es beispielsweise mehrere Zwischenfälle mit Kryptowährungen gegeben. Stets waren da aber mangelhafte Sicherheitsvorkehrungen oder schlampige Programmierung bei Anbietern und Dienstleistern die Ursache.

Ein anderes Problem betrifft nicht nur die Blockchain, sondern jede Anwendung, die auf Verschlüsselung setzt: Quantencomputer. Ihr Funktionsprinzip ist grundsätzlich anders als das digitaler Computer, wie wir sie heute nutzen. Während ich auf die Details hier nicht eingehen will, ist eine Information wichtig: Für einen Quantencomputer wäre es deutlich einfacher, gängige Verschlüsselungen zu knacken. „Ich habe die Befürchtung, dass wir uns hier gerade ein Kartenhaus bauen“, warnte deshalb Konstantinos Karagiannis in seinem Vortrag „Hacking Blockchain“ auf der RSA Conference in San Francisco. „In drei Jahren könnten Quantencomputer aus öffentlich verfügbaren Informationen den privaten Schlüssel eines Nutzers ermitteln und dann als dieser Nutzer auftreten.“ Diese Probleme sollten jetzt gelöst werden, bevor die Blockchain im großen Stil angewendet wird. Erste Überlegungen zu neuen Verschlüsselungsverfahren gibt es bereits.

Blockchain ist nicht gleich Blockchain

Wie eingangs schon erwähnt: Das revolutionäre Potenzial der Blockchain liegt im Wörtchen „dezentral“. Es gibt aber zugleich zahlreiche Experimente mit so genannten Private oder Permission-based Blockchains. In dem Moment handelt es sich vereinfacht gesagt um eine andere Form der Datenbank, denn es gibt dann doch wieder einen Betreiber. Eine solche Blockchain kann sicherlich manche Anwendungen vereinfachen und effizienter gestalten. Sie hat aber nicht das „disruptive“ Potenzial, das viele Experten mit der Blockchain verbinden. Insofern macht es einen erheblichen Unterschied aus, ob eine öffentliche oder private Blockchain genutzt wird.

Experten-Interview mit Stephan Zimprich

  • Leiter der Kompetenzgruppe Blockchain im eco – Verband der Internetwirtschaft e. V.
  • Siehe blockchain.eco.de

UPLOAD Magazin: Das Konzept der Blockchain ist schon viele Jahre alt. Warum ist sie gerade jetzt in aller Munde?

Stephan Zimprich: Worüber wir im Moment sprechen ist nicht die Blockchain von 2009, die ich als Blockchain 1.0 bezeichnen würde. Sie war die Grundlage für Bitcoin und ist sowohl eine sehr einfache und geradlinige Implementierung als auch eine geradlinige Idee. Ich glaube, dass die Entwicklungen rund um das Projekt Ethereum der Grund dafür sind, dass das Thema gerade jetzt so aufschlägt – was ich als Blockchain 2.0 bezeichnen würde. Das ist die Implementierung einer relativ einfachen Programmiersprache innerhalb der Blockchain, mit der Smart Contracts möglich werden. Sie können also mehr damit machen, als mit einer reinen Kryptowährung, zum Beispiel bestimmte Abfolgen und Logiken implementieren und Ereignisse automatisieren. Das ging mit der 1.0-Variante nicht. Da konnte man im Prinzip nur Transaktionen von A nach B abbilden. Jetzt kann man mit einer Art Excel-Makro-Sprache gewisse automatisierte Verhaltensweisen programmieren.

Können Sie noch weitere Beispiele für praktische Anwendungen nennen, die Sie besonders interessant finden?

Rechtemanagement ist ein Thema vieler Startups. Stellen Sie sich vor, dass Sie sich ein Musikstück herunterladen, bei dem Ihr Recht zur Privatkopie über eine Blockchain eingebaut ist. Sie können es also an fünf Freunde verteilen, aber dann weiß das Musikstück selbst, dass Ihr Kontingent ausgeschöpft ist. Gleichzeitig ließen sich die Abrechnung der Tantiemen für die Künstler innerhalb einer Blockchain organisieren, ohne dass es dazu eine Verwertungsgesellschaft bräuchte. Es würde sich stattdessen selbst organisieren. Auch die Auszahlungen könnten theoretisch selbstständig erfolgen. Kurz gesagt: Alles um das Thema Digital Rights Management ist ein großes Feld mit vielen, vielen Anwendungsfällen. Ob das dann so umgesetzt wird, ist natürlich die zweite Frage.

Ein weiteres Anwendungsgebiet mit viel Potenzial ist Logistik. Der Hafen von Rotterdam hat beispielsweise im letzten Jahr ein Projekt gestartet, um Frachtpapiere in der Blockchain abzubilden. Das Ziel ist es, den kompletten Prozess zu digitalisieren. Das ist ein ambitioniertes Projekt und deswegen ist es so spannend.  Es wäre ein großer Effizienzgewinn für die Hafenwirtschaft weltweit, wenn das funktioniert.

Grundsätzlich ist außerdem die Thematik E-Government ein Blockchain-Thema. Man könnte Grundbücher mit einem Blockchain-System ersetzen. Man kann Bürgerverzeichnisse über Blockchain abbilden. Immer wenn Transaktionen dokumentiert werden müssen, ist das ein ideales Anwendungsszenario.

Oder nehmen Sie das Thema Energiewirtschaft. Da gibt es die Idee einer vollständig dezentralen Energievermarktung und -erzeugung. Da steht im Vordergrund, dass man nicht mehr auf der einen Seite einen großen Erzeuger und einen großen Netzbetreiber hat und auf der anderen Seite die Kunden, die nur abkaufen können. Stattdessen könnte sich jeder Solarpaneele aufs Dach schrauben und überschüssigen Strom automatisch über einen Smart Contract anbieten. Natürlich braucht es noch immer jemanden, der die Infrastruktur betreibt. Aber die Transaktionen könnte man über die Blockchain abbilden.

Wo sehen Sie hingegen die Nachteile? Wo funktioniert eine Blockchain eher nicht?

Überall wo es um Geschwindigkeit geht. Damit scheiden im Moment beispielsweise Anwendungsszenarien im Online-Marketing aus wie Targeting oder Bidding-Systeme. Die müssen im Bereich von Millisekunden funktionieren. Davon sind wir im Moment meilenweit entfernt.

Sprechen wir eigentlich bei diesen Beispielen vor allem von Private Blockchains, bei denen es am Ende doch wieder einen zentralen Betreiber gibt? Oder spielt auch die Public Blockchain eine Rolle?

Es ist so: Wir haben derzeit viel Bewegung bei Startups und da liegt ein Schwerpunkt auf Public Blockchains. Aber dort, wo im Moment große Summen investiert werden und sich Konsortien zusammenfinden, sind es Private oder Permission-based Blockchains. Das sind also Infrastrukturen, die einen Betreiber haben und bei denen es Geldgeber gibt, die das Ganze sowohl technologisch als auch infrastrukturell kontrollieren. Wenn man das Blockchain-Thema ernst nimmt, sind das gar keine „richtige“ Blockchains. Das wird nicht die große Revolution werden. Die Revolution steckt im rein dezentralen Konzept.

Alles was dezentral und öffentlich ist, kann Institutionen wie Banken überflüssig machen. Davor haben die natürlich wiederum Angst. Deshalb besetzen sie das Feld frühzeitig und sind im Bereich der Standardisierung sehr aktiv. Sie möchten schnell Modelle entwickeln, bei denen sie auf dem Thema sitzen und ihre Rolle als Intermediär behalten können. Durch die Effizienzgewinne einer Permission-based-Blockchain können Sie im Wettbewerb dann ihre Produkte vielleicht günstiger anbieten, sodass sie ihre starke Stellung im Wettbewerb behalten.

Wie stehen Sie denn zum Thema Regulierung und Blockchain? Braucht es da nicht Regelungen?

Die Frage ist aus meiner Sicht falsch herum gestellt. Regulierung ist in den meisten Ländern Technologie-agnostisch. Ein Beispiel: Im Finanzsektor ist ein „Zahlungsdienst“ anhand bestimmte Merkmale definiert. Das ist unabhängig davon, ob die Technologie dahinter auf der Blockchain basiert oder nicht. Man unterfällt dann der Regulierung. Das heißt, die Blockchain ist bereits reguliert, wenn es ein Geschäftsmodell gibt, das in einen regulierten Bereich fällt.

Die Frage ist also eher: Müssen wir die Regulierung nicht ändern oder vielleicht auch einmal ein Stück zurückschrauben, damit die Blockchain als Technologie nicht im Keim erstickt wird? Das ist im Moment die viel größere Gefahr. Ich kann derzeit das dezentrale Potenzial gar nicht realisieren, weil es unter der bestehenden Regulierung nicht möglich ist. Ich kann beispielsweise nicht auf den Zahlungsdienstanbieter verzichten, der nach dem Gesetz bestimmte Verpflichtungen hat. Genauso wenig kann ich im Moment ein dezentrales Transaktionssystem rund um Stromerzeugung und -vermarktung aufsetzen, weil das bisherige Regulierungssystem vorsieht, dass es einen Bilanzkreisverantwortlichen und einen Regelungskreisverantwortlichen gibt. Das wäre mit einer Blockchain aber nicht mehr der Fall und schon kann ich das nicht umsetzen.

Deshalb sollte man eher darüber nachdenken, wo man die Regulierung locker lassen kann. Wir brauchen Sandboxes, in denen man einmal ausprobieren und über ein paar Jahre schauen kann, ob etwas im kleinen Maßstab funktioniert.

Wie ist denn da die Diskussionslage gerade? Ist das schon angekommen bei den verantwortlichen Stellen?

Ja, wir sind im Austausch mit dem Bundesministerium für Wirtschaft. Wir hatten beispielsweise ein Gespräch im Dezember, bei denen sie mehrere Externe aus verschiedenen Bereichen eingeladen hatten. Das Thema ist auf jeden Fall angekommen. Deutschland ist aufgrund seiner Größe immer ein wenig langsamer als zum Beispiel die skandinavischen Länder. Die sind ein bisschen Technologie-affiner aber eben auch kleiner und haben dadurch zugleich kürzere Wege, sodass sie schneller Projekte auf die Straße bringen können.

Dann schauen Sie doch bitte zum Schluss einmal in Ihre Glaskugel: Welche Rolle spielt die Blockchain in fünf Jahren?

Ich würde viel Geld darauf setzen, dass es in ein bis drei Jahren viele Systeme gibt, Permission-based oder Private, die Unternehmensprozesse verbessern und effizienter gestalten. Da kann man jetzt schon Brief und Siegel darunter setzen. Da geht im Moment so viel Geld in die Entwicklung rein und das Commitment ist so stark, dass es mich schon sehr überraschen würde, wenn da nichts herauskäme.

Aber der Rest ist tatsächlich ein Blick in die Glaskugel, denn das hängt von vielen Faktoren ab. In den regulierten Bereichen wie Finanzen, Wirtschaft, Versicherung, Energiewirtschaft ist es sicherlich sehr viel schwieriger, weil die Regulierung im Moment sehr wenig Spielraum lässt. Hier muss sich also der Gesetzgeber bewegen und das wird eher nicht kurzfristig passieren. Deswegen bin ich da nicht ganz so optimistisch.

Vorsichtig wäre ich auch in Bereichen, in denen wir bestehende Systeme wie Grundbücher oder Ämter ersetzen und überflüssig machen wollen. Die Beharrungskräfte sind gigantisch. Das sind Systeme, die sich zum Teil über mehr als 100 Jahre entwickelt haben, die wird man nicht von heute auf morgen ersetzen. Da glaube ich nicht, dass wir innerhalb von wenigen Jahren gewaltige Umwälzungen sehen.

Optimistischer bin ich in allen nicht-regulierten Bereichen. Digital Rights Management ist ein Beispiel, wo man relativ freihändig agieren darf. Da könnten wir sogar im Bereich der dezentralen Public Blockchains Projekte sehen, die Marktbedeutung erlangen können.

Auf der anderen Seite ist es mal ganz gut sich vor Augen zu führen, dass das Internet als Technologie auch schon deutlich über dreißig Jahre auf dem Buckel hat. Bis das richtig durchgestartet ist, hat es auch mehr als zwanzig Jahre gebraucht.

Blockchain im Video erklärt

Die wesentlichen Punkte dieses Beitrags finden sich ebenfalls in diesem Video:

Artikel vom 18. April 2017