Eine Blockchain ist eine Datenstruktur, die Datensätze, Blöcke genannt, enthält, die auf kryptografisch sichere Weise miteinander verknüpft sind. Es ist ein verteiltes, öffentlich vereinbartes Transaktionsbuch und die grundlegende Technologie von Kryptowährungen wie Bitcoin.
Wie Blockchain funktioniert
Eine Blockchain ist eine spezielle Art von verketteter Liste. Jedes Listenelement enthält seine eigenen Informationen und einen Zeiger auf das nächste Element in der Liste. Wenn Sie nach einem verknüpften Listenelement suchen, durchlaufen Sie es Element für Element, verwenden die Informationen dieses Elements, um das nächste Element zu finden, und wiederholen dann den Vorgang. Dieser Prozess ist eine nützliche Methode, um Daten zu strukturieren, zum Teil, weil Sie zwei Listen zusammenfügen können, indem Sie einen einzigen Zeiger ändern.
Blockchains sind ein wenig anders, weil sie eher rückwärts als vorwärts verlinken. Wenn ein neuer Block erstellt wird, zeigt er auf den vorhergehenden Block.
Weitere Merkmale einer Blockchain:
- Ein Block enthält eine Reihe von Transaktionen. Eine “Transaktion” ist eine vereinbarte Änderung von Daten von einem Zustand in einen anderen. Bei den Daten kann es sich um herkömmliche Dateidaten oder spezialisierte Daten wie den Besitz von Währungen handeln.
- Die Transaktionen in einem Block sind „atomar“, was bedeutet, dass sie nicht in kleinere Sätze unterteilt werden können. Entweder wurden alle Transaktionen durchgeführt oder gar nichts.
- Der erste erstellte Block wird Genesis-Block genannt. Der Genesis-Block ist der einzige Block ohne Vorgänger – jeder andere Block ist schließlich mit dem Genesis-Block verbunden. Der Abstand eines Blocks vom Genesis-Block wird als „Blockhöhe“ bezeichnet, da Blockchains oft als vertikal von unten nach oben aufgebaut dargestellt werden.
- Jeder Block nach dem Genesis-Block enthält einen Zeiger auf seinen vorherigen (“übergeordneten”) Block und einen Hash des Headers dieses Blocks. Dieser Hash hat kryptografische Eigenschaften, die ihn unvorhersehbar und einzigartig machen. Ihre mathematischen Qualitäten machen die Blockchain fälschungssicher.
- Um die Kette zu durchlaufen, müssen Sie am neuesten Block beginnen, der als „Spitze“, „Kopf“ oder „Oberkante“ der Kette bezeichnet wird. Dann durchqueren Sie die Kette rückwärts, einen Block nach dem anderen.
- Ein Block kann nur auf einen vorherigen “Elternblock” zeigen. Mehrere Blöcke können jedoch auf denselben übergeordneten Block verweisen, wodurch eine Verzweigung in der Kette entsteht, die als Fork bezeichnet wird.
- Neue Blöcke werden an der Spitze der Kette oder der Spitze einer Gabel hinzugefügt.
Warum Blockchain nützlich ist
Blockchain ist als Distributed-Ledger-Technologie oder DLT effektiv. Ein verteiltes Hauptbuch wird offen mit allen Teilnehmern geteilt – es gibt keine privaten Transaktionen. Die kryptografische Verifizierung von Block zu Block schafft bei diesen Transaktionen eine Vertrauenskette.
Diese Eigenschaften machen die Blockchain zu einer dezentralisierten, maßgeblichen Informationsaufzeichnung. Bei einer Kryptowährung ermöglicht eine Blockchain den Eigentümern, Werte untereinander zu transferieren, ohne dass ein zentrales Bankinstitut die Überweisung vermitteln muss.
Was ist in einem Block
Im Allgemeinen enthält ein Block:
- Ein Block-Header, der identifizierende Informationen über den Block enthält.
- Ein Transaktionszähler, der die Anzahl der eindeutigen Transaktionen im Block darstellt.
- Die Transaktionen.
Ein Blockheader enthält im Allgemeinen:
- Eine Versionsnummer der Software oder Regeln, die die Blockchain regeln.
- Ein kryptografischer Hash des Headers des vorherigen Blocks.
- Ein kryptografischer Hash der Wurzel (Merkle-Baumwurzel) der Transaktionen des Blocks. Die Transaktionen selbst werden nicht im Header gespeichert, aber diese Wurzel ist für diese Transaktionen eindeutig und wird benötigt, um sie zu rekonstruieren.
- Ein Schwierigkeitsziel, das beim Generieren nachweisbarer kryptografischer Arbeit (Arbeitsnachweis) für diesen Block verwendet wird.
- Ein Zeitstempel.
- Eine Nonce – eine Zahl, die nur einmal verwendet werden darf.
Gabeln
Ein Fork kann erstellt werden, weil ein anderer Satz von Regeln auf zukünftige Transaktionen angewendet wird oder weil der Blockchain neue Funktionen hinzugefügt wurden. Es ist wie bei einer Weggabelung: Die Aufzeichnung von Transaktionen verläuft in zwei verschiedene Richtungen.
Ein Fork kann auch rückwirkend erstellt werden, wenn die Transaktionsgültigkeit in Frage gestellt wird, um von einem bekannten gültigen Punkt in der Blockchain fortzufahren.
Temporäre Forks sind ein natürlicher Nebeneffekt der verteilten Verarbeitung, die auf einer Blockchain durchgeführt wird. Ein solcher Fork kann auftreten, wenn zwei oder mehr Miner den Abbau eines Blocks ungefähr zur gleichen Zeit beenden.
Wenn sich die Regeln für Transaktionen ändern, kann ein „harter“ oder „weicher“ Fork erstellt werden. Bei einem Soft Fork sind die neuen Regeln abwärtskompatibel, sodass neue Regelblöcke von alten Regelblöcken als gültig angesehen werden. Bei einem Hard Fork sind die alten und neuen Regeln nicht kompatibel, und keiner der Forks sieht die Blöcke des anderen als gültig an.
Bergbau
Vertrauen in die Blockchain aufzubauen, erfordert viel Arbeit. Um die Vertrauenskette zu erstellen, führen Teilnehmer, die als „Miner“ bezeichnet werden, die kryptografische „Arbeit“ durch, um Transaktionen in der Kette zu verifizieren. Bergleute nutzen die CPU- und GPU-Leistung ihres Computers, um komplexe, sich wiederholende kryptografische Hash-Funktionen zu berechnen. Der Prozess wird Mining genannt, weil er bei der Suche nach etwas Wertvollem viel verteilte Arbeit erfordert.
Das Mining erfordert einen leistungsstarken Computer und viel Strom, sodass das Mining einer Blockchain in der realen Welt mit erheblichen Kosten verbunden ist. Um das Schürfen zu fördern, belohnt das System die Person, deren Computer erfolgreich „einen Block schürft“. Miner konkurrieren miteinander, um diese Belohnung zu erhalten.
Was eine Belohnung ausmacht, variiert je nach Zweck der Blockchain. In einer Kryptowährungs-Blockchain wird der Miner, der einen Block löst, mit einem festgelegten Betrag der Währung belohnt. Beispielsweise beträgt die Prämie für das erfolgreiche Mining eines Bitcoin-Blocks 25 Bitcoins.
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