{"id":6735,"date":"2019-04-08T12:33:50","date_gmt":"2019-04-08T10:33:50","guid":{"rendered":"https:\/\/dev.wi-lex.de\/index.php\/blockchain\/"},"modified":"2022-03-02T14:31:38","modified_gmt":"2022-03-02T13:31:38","slug":"blockchain","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/wi-lex.de\/lexikon\/informations-daten-und-wissensmanagement\/datenmanagement\/datenbanksystem\/blockchain\/","title":{"rendered":"Blockchain"},"content":{"rendered":"

Nils Urbach<\/a><\/p>\n

\n

Eine Blockchain ist eine verteilte, dezentrale Datenstruktur, welche Transaktionen transparent, chronologisch und unver\u00e4nderbar in einem Netzwerk speichert. Blockchain-Systeme verwenden kryptographische Mechanismen zur netzwerkweiten Verifikation des Systemstatus. Anhand verschiedener Gestaltungsparameter lassen sich unterschiedliche Blockchain-Systeme implementieren, welche jeweils verschiedene, strukturbedingte Eigenschaften aufweisen.<\/em><\/p>\n

Blockchain<\/h2>\n

Eine Blockchain ist eine verteilte, dezentrale Datenstruktur, die Transaktionen transparent, chronologisch und unver\u00e4nderbar in einem Netzwerk speichert [Schlatt et al. 2016]. Sie kann als chronologisch geordnete Kette von Bl\u00f6cken angesehen werden, in der jeder Block Informationen \u00fcber valide Netzwerkaktivit\u00e4t seit dem Hinzuf\u00fcgen des vorherigen Blocks enth\u00e4lt [Bogart und Rice 2015]. Die einzelnen Bl\u00f6cke sind jeweils mittels kryptographischer Hashes miteinander verbunden [Walport 2015], wodurch eine im Nachhinein unver\u00e4nderliche Datenstruktur entsteht. Abbildung 1 zeigt beispielhaft die schematische Struktur einer Bitcoin-Blockchain, in der neben Transaktionen innerhalb des Netzwerks in jedem Block ein sogenannter Block-Header enthalten ist [Antonopoulos 2014]. Der Block-Header enth\u00e4lt unter anderem eine Referenz zum vorherigen Block in der Blockchain, einen Zeitstempel, eine beliebige Zeichenfolge (Nonce), sowie die Wurzel eines Merkle-Baumes, der eine Datenstruktur darstellt, die alle in dem Block enthaltenen Transaktionen \u00fcber Hashes effizient zusammenfasst [Antonopoulos 2014].<\/p>\n

\u00a0\"Blockchain<\/p>\n

Abb. 1: Struktur einer Bitcoin-Blockchain (in Anlehnung an [Tschorsch und Scheuermann 2015])<\/p>\n

Blockchain-Systeme<\/h2>\n
\n
Eine Blockchain ist eine verteilte, dezentrale Datenstruktur, die Transaktionen transparent, chronologisch und unver\u00e4nderbar in einem Netzwerk speichert.<\/div>\n<\/div>\n

Die Blockchain und das zugeh\u00f6rige Peer-to-Peer-Netzwerk<\/a> k\u00f6nnen als Blockchain-System bezeichnet werden. Solche Systeme verwenden Kryptographie und Peer-to-Peer-Prinzipien statt einer zentralen Autorit\u00e4t, um per Konsens eine netzwerkweite Verifikation \u00fcber den Status des Systems zu erreichen [Glaser und Bezzenberger 2015].<\/p>\n

Die generelle Transaktionsverarbeitung eines Blockchain-Systems soll am Beispiel des Bitcoin-Systems verdeutlicht werden (Transfer von Bitcoins). Hierbei sendet zun\u00e4chst ein Netzknoten eine mit einer digitalen Signatur kombinierte Nachricht inklusive Transaktionsdetails an das gesamte Netzwerk [Franco 2015]. Netzknoten, die die Nachricht erreicht, pr\u00fcfen dann unter anderem auf Doppelverwendung der Bitcoins und verbreiten dann die Transaktion sowie das Evaluationsergebnis weiter im Netzwerk [Franco 2015]. Um den Konsens, sprich den gemeinsamen Status der aktuellen Blockchain, zu koordinieren, verwenden die Netzknoten einen sogenannten Proof-of-Work-Mechanismus [Zohar 2015]. Generell soll das Proof-of-Work (PoW) die \u00fcberm\u00e4\u00dfige bzw. missbr\u00e4uchliche Verwendung eines Dienstes verhindern. Das Erbringen eines PoW erfordert einen gewissen Aufwand, eine Art Benutzungsentgelt [Franco 2015]; im Falle von Bitcoin muss dabei ein rechenintensives Problem gel\u00f6st werden [Bonneau et al. 2015]. Dabei muss ein Hash-Wert solange ver\u00e4ndert werden, bis er mit einem bestimmten Muster \u00fcbereinstimmt [Franco 2015].<\/p>\n

Gestaltungsparameter<\/h2>\n

Blockchain-Systeme lassen sich hinsichtlich mehrerer Gestaltungsparameter unterscheiden. Zun\u00e4chst sind Blockchain-Systeme dahingehend einzuordnen, ob sie privat oder \u00f6ffentlich sind [Peters und Panayi 2015]. Hierbei ist ausschlaggebend, durch wen sich die Systeme verwenden lassen, das hei\u00dft, wer Zugriff auf die Daten hat bzw. neue Dateninputs (bspw. Transaktionen) vorschlagen darf [Peters und Panayi 2015]. Ist diese Verwendung jedermann gestattet, handelt es sich um ein \u00f6ffentliches System. Ist sie jedoch auf eine spezifische Benutzergruppe \u2013 bspw. eine Organisation oder ein Konsortium \u2013 beschr\u00e4nkt, ist das Blockchain-System als privat anzusehen [Peters und Panayi 2015].<\/p>\n

Eine weitere m\u00f6gliche Differenzierung unterschiedlicher Systeme besteht darin, ob zur Teilnahme am Verwaltungsprozess der Blockchain eine Genehmigung erforderlich ist [Walport 2015]. Im Bitcoin-System ist dieser Prozess grunds\u00e4tzlich jedermann genehmigungsfrei gestattet [Walport 2015]. Sind die Netzknoten, die eine entsprechende Validierung durchf\u00fchren, jedoch durch ein Konsortium oder eine zentrale Autorit\u00e4t vorher ausgew\u00e4hlt, so handelt es sich um ein genehmigungsbasiertes Blockchain-System [Peters und Panayi 2015].<\/p>\n

Schlie\u00dflich k\u00f6nnen Systeme darin unterschieden werden, auf welche Weise ein Konsens \u00fcber den Systemstatus erreicht wird. Neben dem im Bitcoin-Blockchain-System verwendeten Proof-of-Work existiert eine Vielzahl an Konsensmethoden. Ein alternativer Ansatz ist die Verwendung eines Proof-of-Stake. Die Grundidee ist hierbei, dass die Blockchain vornehmlich durch solche Netzknoten aktualisiert wird, die einen gro\u00dfen Anteil an der W\u00e4hrung oder anderen Werten in der Blockchain h\u00e4lt, wodurch ein Anreiz f\u00fcr eine korrekte Aufrechterhaltung des Systems entsteht [Narayanan et al. 2016]. Weitere Alternativen bestehen in der Verwendung eines Proof-of-Activity [Bentov et al. 2014], eines Proof-of-Publication [Tschorsch und Scheuermann 2015 oder eines Proof-of-Storage [Narayanan et al. 2016].<\/p>\n

Potenziale<\/h2>\n

Aufgrund der disruptiven Eigenschaften von Blockchain-Systemen, wie der Verwaltung durch Netzknoten anstatt einer zentralen Autorit\u00e4t sowie der Unver\u00e4nderbarkeit der Transaktionshistorie, wird der Technologie gro\u00dfes \u00f6konomisches Potenzial zugesprochen [Fridgen et al. 2017]. Dieses Potenzial ist insbesondere auf die Transaktionsverarbeitung und -verifikation in vergleichsweise hoher Geschwindigkeit sowie die Transaktions- und Infrastrukturkostenreduktion durch Umgehung von intermedi\u00e4ren Diensten zur\u00fcckzuf\u00fchren [Schweizer et al. 2017].<\/p>\n

\n

Literatur<\/h3>\n

Antonopoulos, Andreas M.: Mastering Bitcoin: Unlocking Digital Cryptocurrencies. Sebastopol, CA, O\u00b4Reilly Media:2015.<\/p>\n

Bentov, Iddo, Lee, Charles, Mizrahi, Alex and Rosenfeld, Meni: Proof of Activity: Extending Bitcoin\u2019s Proof of Work via Proof of Stake. ACM SIGMETRICS Performance Evaluation Review, 42, 3, 34\u201337, 2015.<\/p>\n

Bogart, Spencer; Rice, Kerry: The Blockchain Report: Welcome to the Internet of Value: 2015. Abgerufen am 02.06.2016, von http:\/\/www.the-blockchain.com\/docs\/The%20Blockchain%20Report%20-%20Needham%20(Huge%20report).pdf.<\/p>\n

Bonneau, Joseph, Miller, Andrew, Clark, Jeremy, Narayanan, Arvind, Kroll, Joshua A. and Felten, Edward W.: SoK: Research Perspectives and Challenges for Bitcoin and Cryptocurrencies. IEEE Symposium on Security and Privacy, May 17-21, San Jose, CA: 2015.<\/p>\n

Franco, Pedro: Understanding Bitcoin: Cryptography, Engineering, and Economics. Chichester, Wiley: 2015.<\/p>\n

Fridgen, Gilbert, Radszuwill, Sven, Schweizer, Andr\u00e9 und Urbach, Nils: Entwicklung Disruptiver Innovationen mit Blockchain: Der Weg zum richtigen Anwendungsfall. In: Wirtschaftsinformatik & Management: 2017.<\/p>\n

Glaser, Florian and Bezzenberger, Luis: Beyond Cryptocurrencies – A Taxonomy Of Decentralized Consensus Systems. Proceedings of the 23rd European Conference on Information Systems (ECIS 2015), May 26-29, M\u00fcnster, Germany: 2015.<\/p>\n

Narayanan, Arvind, Bonneau, Joseph, Felten, Edward W., Miller, Andrew and Goldfeder, Steven: Bitcoin and Cryptocurrency Technologies: 2015. Abgerufen am 02.06.2016, von https:\/\/d28rh4a8wq0iu5.cloudfront.net\/bitcointech\/readings\/princeton_bitcoin_book.pdf.<\/p>\n

Peters, Gareth W. and Panayi, Efstathios: Understanding Modern Banking Ledgers through Blockchain Technologies: Future of Transaction Processing and Smart Contracts on the Internet of Money, in: Tasca, Paolo; Aste, Tomaso; Pelizzon, Loriana; Perony, Nicolas: Banking Beyond Banks and Money: A Guide to Banking Services in the Twenty-First Century. Cham, Springer International Publishing: 2015.<\/p>\n

Schlatt, Vincent, Schweizer, Andr\u00e9, Urbach, Nils und Fridgen, Gilbert: Blockchain: Grundlagen, Anwendungen und Potenziale. Projektgruppe Wirtschaftsinformatik des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Angewandte Informationstechnik, 2016<\/p>\n

Schweizer, Andr\u00e9, Schlatt, Vincent, Urbach, Nils und Fridgen, Gilbert: Unchaining Social Businesses \u2013 Blockchain as the Basic Technology of a Crowdlending Platform. In: 38th International Conference on Information Systems (ICIS), Seoul, South Korea, Dezember 2017<\/p>\n

Tschorsch, Florian and Scheuermann, Bj\u00f6rn: Bitcoin and Beyond: A Technical Survey on Decentralized Digital Currencies: 2015. Abgerufen am 03.06.2016, von https:\/\/eprint.iacr.org\/2015\/464.pdf.<\/p>\n

Walport, Mark: Distributed Ledger Technology: beyond block chain: 2015. Abgerufen am 03.06.2016, von https:\/\/www.gov.uk\/government\/uploads\/system\/uploads\/attachment_data\/file\/492972\/gs-16-1-distributed-ledger-technology.pdf<\/p>\n

Zohar, Aviv: Bitcoin: Under the Hood. Communications of the ACM, 58, 9, 104\u2013113, 2015.<\/p>\n

 <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Nils Urbach Eine Blockchain ist eine verteilte, dezentrale Datenstruktur, welche Transaktionen transparent, chronologisch und unver\u00e4nderbar in einem Netzwerk speichert. Blockchain-Systeme verwenden kryptographische Mechanismen zur netzwerkweiten Verifikation des Systemstatus. Anhand verschiedener Gestaltungsparameter lassen sich unterschiedliche Blockchain-Systeme implementieren, welche jeweils verschiedene, strukturbedingte Read More …<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":568,"featured_media":0,"parent":3860,"menu_order":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","template":"","meta":{"footnotes":""},"class_list":["post-6735","page","type-page","status-publish","hentry"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/wi-lex.de\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/6735","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/wi-lex.de\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/wi-lex.de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/wi-lex.de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/568"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/wi-lex.de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=6735"}],"version-history":[{"count":8,"href":"https:\/\/wi-lex.de\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/6735\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":16800,"href":"https:\/\/wi-lex.de\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/6735\/revisions\/16800"}],"up":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/wi-lex.de\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/3860"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/wi-lex.de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=6735"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}