Ratgeber

Die Vorteile der Blockchain-Technologie

Die Weltbank hat die nach eigenen Angaben erste Blockchain-Anleihe herausgegeben. (Grafik: LuckyStep/ Shutterstock)

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Smart Contracts, Blockchain, wie bitte?! Unser Gastautor erklärt anschaulich, was es mit der Blockchain-Technologie auf sich hat und welche Vorteile sie gegenüber herkömmlichen Datenbanken mit sich bringt.

Eines der am meisten diskutierten Themen der IT-Branche ist derzeit die Blockchain-Technologie, besonders oft werden Smart Contracts genannt. Diese sind zwar noch nicht in unserem täglichen Leben angekommen, einige Industrie- und Servicekonzerne haben die Blockchain-Technologie aber bereits als eine der Kerntechnologien für die nächste Industrierevolution entdeckt und kooperieren zum Beispiel in Form von Hyperledger unter dem Dach der Linux-Foundation. Unternehmen, die diesen Trend frühzeitig aufgreifen, haben die Möglichkeit, neue innovative digitale Geschäftsmodelle zu entwickeln. Und trotzdem gehen die Meinungen auseinander, ob Blockchains in klassischen IT-Infrastrukturen mittelfristig überhaupt eine Berechtigung haben.

Bei Blockchains, oft auch als „Distributed Ledger Technologies“ (wörtlich: Verteilte-Logbuch-Technologie, kurz DLT) bezeichnet, handelt es sich um verteilt gespeicherte Daten, deren Inhalte mithilfe eines innovativen Konsensprotokolls über ein Netzwerk synchronisiert werden.

So mancher IT-Entscheider stellt sich zurecht die Frage: Für welche Anwendungsfälle macht der Einsatz von DLT tatsächlich Sinn? Technologisch ähneln sie am Ehesten Datenbanken. An den Blockchain-Enthusiasten liegt es zu zeigen, in welchen Anwendungsfällen die Technologie ihre Vorteile am besten ausspielen kann. Denn nur so kann die Technologie den Sprung vom Hype-Thema zum neuen Standard schaffen.

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Wir wollen in diesem Artikel die Möglichkeiten aufzeigen, die sich durch den Einsatz von DLT anstelle einer Datenbank ergeben. Wir gehen dabei auf die technologischen Unterschiede ein und betrachten wichtige Aspekte für den Betrieb einer Blockchain. Um zu verstehen, welche Vorteile die Blockchain mitbringt, braucht ihr ein wenig Hintergrundwissen.

Was steckt hinter der Blockchain Technologie?

Blockchains und Datenbanken teilen ein wichtiges Kriterium: Sie speichern Daten und stellen Schnittstellen zur Verfügung, mit denen diese Daten gelesen und geschrieben werden können.

Der wohl größte Unterschied wird vor allem bei der Betrachtung der Architektur sichtbar. Klassische Datenbanken orientieren sich typischerweise an Client-Server-Architekturen mit zentraler Eingriffsmöglichkeit. Blockchain-Netzwerke dagegen bestehen aus gleichberechtigten Server-Nodes, die kontinuierlich und unabhängig voneinander die gemeinsame Datenbasis pflegen.

Nehmen wir einmal an, ihr seid Teil eines weltweiten Netzwerks, in dem Teilnehmer miteinander Transaktionen durchführen möchten. Die Stärke der Blockchain: Die Netzwerkteilnehmer kommen ohne Mittelsmann zu einer Einigung, ob eine geplante Transaktion durchgeführt wird oder nicht. Dafür pflegt jeder Teilnehmer des Netzwerks ein eigenes Logbuch aller Transaktionen. Dieses Logbuch wird gemeinhin als „Distributed Ledger“ bezeichnet. Zulässig sind nur Transaktionen, denen mindestens die Mehrheit der Teilnehmer zustimmt. Dazu mehr anhand des Beispiels im nächsten Abschnitt. Die verteilte Speicherung macht die Blockchain-Technologie außergewöhnlich manipulationssicher. Zusätzlich betreiben einige Teilnehmer des Netzwerks eine spezielle Software für die Buchführung, das sind die sogenannten „Miner“.

Transaktionen mit eingebautem Vertrauen. Ein Beispiel:

Zur besseren Veranschaulichung verwenden wir Software-Lizenzen als Beispiel für den Tausch digitaler Güter.

Um eine Software-Lizenz zu übertragen, veröffentlicht ihr eine Nachricht im Blockchain-Netzwerk, die folgenden Inhalt enthält: „Hier Teilnehmer A; sende 1 Software-Lizenz mit der ID 123-456 an Teilnehmer B.“ Die für die Sicherheit zuständigen Miner werden für jede selbst dokumentierte Transaktion belohnt; deshalb beginnen sie ab diesem Zeitpunkt sofort mit den damit verbundenen Rechenaufgaben und senden diese in Form eines „Blocks“ mit den darin enthaltenen Transaktions-IDs an das Netzwerk. Im Nachgang prüfen weitere Nodes im Netzwerk, ob die Buchführung der Transaktion zu ihrer Kopie des Logbuchs passt: Das bedeutet, das geprüft wird, ob ihr als Teilnehmer A die digitale Software-Lizenz mit der ID 123-456 überhaupt besitzt.

Je mehr Blöcke in der virtuellen Kette an unseren Block angehängt werden, desto größer ist die Sicherheit, mit der die Daten weiterverarbeitet werden können. Im Fall von Bitcoin ist das nach etwa sechs Blöcken der Fall. Die Summe der Blöcke und darin enthaltenen Transaktionen pflegen die Nodes in einer lokalen Buchführung und gleichen diese laufend mit dem dezentralen Netzwerk ab.

In unserem Beispiel wird die Summe der Transaktionen im Ledger den Transfer der Lizenz dokumentieren. Am Ende hat Teilnehmer A eine Software-Lizenz weniger, Teilnehmer B eine Software-Lizenz mehr.

Das Beispiel macht einen zentralen Vorteil der Blockchain-Technologie deutlich: Es ist möglich, eine digitale Lizenz ohne zentralen, vertrauenswürdigen Vermittler zwischen verschiedenen Teilnehmern zu übertragen. Diesen Vorgang könnt ihr revisionssicher belegen.

Was hätte das mit herkömmlicher IT bedeutet?

Wenn wir unser Beispiel, der Transfer von Software-Lizenzen zwischen verschiedenen Nutzern, mit einer Datenbank abbilden möchten, benötigen wir zusätzlich zur klassischen Datenbank mindestens eine weitere Komponente, die eine Identifizierung der Lizenzen und Teilnehmer umsetzt. Innerhalb eines Unternehmens wird diese Anforderung üblicherweise durch eine PKI und Zertifikate umgesetzt. Mit Einsatz der DLT-Technologie können wir diesen Aspekt nahezu ignorieren. Digitale Assets wie Software-Lizenzen können hier immer eindeutig einem Besitzer zugeordnet werden. Das steht auf der Habenseite.

Auf der Verlustseite: Der dezentral hergestellte Konsens der Blockchain ist zwar sicher, aber auch langsam, und die Architektur der verteilten Blockchain-Anwendungen komplexer als das bekannte Client-Server-Modell. Deswegen bleiben Datenbanken auf Basis klassischer Infrastrukturkomponenten für alle Anwendungsfälle wesentlich besser geeignet, in denen ihr auf das eingebaute Vertrauen verzichten könnt. Dann braucht es jedoch im Wettbewerbskontext oft eine neutrale dritte Instanz, die die Korrektheit von Daten in Transaktionen verifiziert. Das übernehmen häufig Clearing-Gesellschaften.

Status quo am Beispiel Clearing-Systeme

Gerade in Branchen mit starken B2B-Integrationen, etwa im Energiesektor, gehören Transaktionen von digitalen Gütern – oder Geld – zwischen Teilnehmern zum Tagesgeschäft. Hier kommen Clearing-Gesellschaften ins Spiel. Unter „Clearing“ wird laut Wikipedia das Feststellen gegenseitiger Forderungen, Verbindlichkeiten und Lieferverpflichtungen verstanden. Das „Feststellen“ übernehmen dabei Clearing-Gesellschaften, die als „Central Counterparty“ Transaktionen für die verschiedenen Parteien abwickeln.

Da es beim Clearing in den meisten Fällen um die Abrechnung von Verbindlichkeiten und Einnahmen geht, sind diese Prozesse aus nahe liegenden Gründen aufwendig durch Individual-Software oder die Integration entsprechender Netzwerke umgesetzt. Die Komplexität liegt dabei darin, die unterschiedlichen Datenformate und Protokolle der Teilnehmer eines Clearing-Systems miteinander sprechen zu lassen, und das fehlende Vertrauen zwischen den einzelnen Parteien herzustellen. Hierbei müssen und wollen die Teilnehmer in der Regel der Clearing-Gesellschaft vertrauen. Oftmals wird der vor knapp 30 Jahren geschaffene EDI-Standard mehr oder weniger aufwendig implementiert. Die technische Dienstleistung, das damit verbundene Risiko und die Dienstleistung des „Vertrauens herstellen“ lassen sich die Gesellschaften natürlich entlohnen. Das Stichwort Vertrauen bringt DLT als neuen Standard ins Spiel: Sie könnten sich als Alternative zu bestehenden Lösungen etablieren.

Die Blockchain als neuer Standard

Die folgenden Eigenschaften zeichnen die Blockchain hierfür besonders aus:

Schnittstellen: Kommerzielle Anbieter wie Corda oder IBM Hyperledger, aber auch öffentliche DLT Netzwerke wie Ethereum und Bitcoin, bieten zahlreiche direkte und indirekte Schnittstellen für die Kommunikation mit der Blockchain an.

Hohe Sicherheit: Alle abgelegten Daten sind unveränderlich und damit revisionssicher. Kommerzielle Angebote bieten Zusatzfunktionen wie Identitätsmanagement und ermöglichen damit zum Beispiel Blockchains mit Zugriffsbeschränkungen („Permissioned Blockchains“).

Standardisierung: Die Ablage der Daten (zum Beispiel einer Rechnung als PDF-Datei) erfolgt je nach Anforderung zentral oder dezentral, aber nicht direkt auf der Blockchain. Referenziert werden die Daten über Prüfsummen, die selbst nur wenig Platz in Anspruch nehmen und bei denen das Format der referenzierten Datei für die Verarbeitung der Transaktion selbst keine Rolle spielt.

Smart Contracts: Ein Smart Contract ist Code, der in einem Public Ledger hinterlegt wird. Smart Contracts ermöglichen die programmatische Verarbeitung von Informationen durch vorab definierte Aktionen, die im Smart Contract hinterlegt sind. (Christoph Niemann gibt darüber hinaus Code-Beispiele.) So kann zum Beispiel eine Ladesäule über einen Smart Contract die Zahlung eines Elektroautos ohne menschliche Interaktion verarbeiten und dafür den Akku des Autos aufladen. Vorstellbar wäre auch, dass ein Haus selbstständig geeignete Hausratsversicherungen vergleicht und am Ende der Laufzeit zum günstigsten Anbieter wechselt.

Zum Schluss folgt ein Überblick über die innovativsten Blockchain-Projekte und was sie auszeichnet.

A Hitchhiker’s Guide through the Blockchain-Universe

Ihr habt einen Anwendungsfall für DLT gefunden oder wollt ohne direkten Projektbezug erste praktische Erfahrungen mit der Technologie sammeln: Wo fängt man an? Und welches Blockchain-Framework eignet sich am besten für das Projekt? Mittlerweile existieren dutzende unterschiedliche Blockchain-Protokolle. Viele basieren auf der Bitcoin-Codebasis oder haben sich zumindest einige der zugrunde liegenden Konzepte angeeignet.

Ein bekannter Treiber ist die Enterprise Ethereum Alliance: Hier arbeitet ein Zusammenschluss aus verschiedenen Unternehmen bereits an der Standardisierung und Stabilisierung der Komponenten, um sie für den Enterprise-Einsatz fit zu machen. Und es gibt mittlerweile weitere Anbieter und unabhängige Frameworks. Im Folgenden eine Übersicht über die innovativsten Projekte und ihre wichtigsten Merkmale.

Bitcoin

Fokus Tech-Stack Anwendungsfälle
Sicherheit und Dezentralisierung stehen im Mittelpunkt von Bitcoin. Es gibt Bibliotheken und Tools in allen beliebten Programmiersprachen. Revisionssichere Ablage von Daten und der Transfer von Werten sind Stärken von Bitcoin.

Ethereum

Fokus Tech-Stack Anwendungsfälle
Bei Ethereum geht es um den Aufbau eines Ökosystems für dezentrales Computing. Bibliotheken und Tools in vielen Programmiersprachen wie JavaScript, Go, Java. Autonome Organisationen und Smart Contracts zur automatischen Verarbeitung von Transaktionen. Zum Beispiel könenn Waschmaschinen einen Wartungstermin vereinbaren und dafür bezahlen.

IOTA

Fokus Tech-Stack Anwendungsfälle
IOTA bietet kostenlose Transaktionen und ist auf Skalierung für das stark wachsende Machine-to-Machine-(m2m)-Ökosystem im Internet-of-Things-(IoT)-Kontext ausgelegt. Python, JavaScript, Go, Java; Micro-/Nano Transaktionen im IoT-Umfeld. Ein Beispiel sind Autos, die eine Zapfsäule bezahlen.

Hyperledger

Fokus Tech-Stack Anwendungsfälle
Blockchain für Unternehmen. Open-Source-Projekte unter der Schirmherrschaft der The Linux Foundation. Kommerzielle Anbieter wie IBM bieten gehostete Lösungen. Bibliotheken und Tools in allen relevanten Programmiersprachen. Java, JavaScript; Projekte, in denen der Zugriff auf den Ledger eingeschränkt werden soll („permissioned“). Zum Beispiel ein Blockchain-Netzwerk aus vorher festgelegten Teilnehmern.

Bigchain DB

Fokus Tech-Stack Anwendungsfälle
Bigchain DB ist eine skalierbare und hochperformante Datenbank, die auf dem DLT Prinzip basiert. Python, JavaScript; Verarbeitung und Offenlegung jeglicher digitalen Vorgänge in der Blockchain, zum Beispiel Transaktionen oder Verwertungsketten. Ein Beispiel der so genannte „Digital Twin“ oder der Transfer von Software-Lizenzen.

Ein Ausblick in die Zukunft

Die Details der Blockchain-Transaktion im obigen Beispiel zeigen vor allem eins: Datenbanken sind einer Blockchain in vielen Fällen überlegen. Das gilt ganz besonders für Anwendungsfälle, in denen es auf Skalierbarkeit, hohe Datendurchsätze und die Abbildung von Berechtigungen auf Datensätze ankommt. Der dezentrale Konsens der Blockchain ist sicher, man bezahlt ihn jedoch mit Langsamkeit, und die Architektur der verteilten Blockchain-Anwendungen ist, wie schon erwähnt, komplexer als das bekannte Client-Server-Modell.

Einige IT-Lösungen im B2B-Umfeld, etwa bei Lieferketten, könnten durch eine Blockchain-Lösung jedoch einfacher implementiert werden als bisher. Hier bringt die Blockchain neuartige Ansätze ins Spiel, die mit dem bislang verfügbaren Technologie-Stack nur mit viel mehr Aufwand umgesetzt werden konnten. Daher werden DLT-Frameworks aus unserer Sicht Einzug in immer mehr IT-Projekte halten – und möglicherweise in Anwendungsfällen brillieren, die wir noch gar nicht auf dem Schirm haben.

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Ein Kommentar
Paul
Paul

Schöner Beitrag, gibt ein guten Überblick.
Bei NetFederation nennen wir die Blockchain auch gerne die Internet Datenbank.

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