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So funktioniert das: die Blockchain

Das Bild ist ein Beispiel für ein in Echtzeit generiertes Muster, das Bitcoin-Transaktionen visualisiert. Jede Zeile entspricht einer Transaktion mit einem 32-Byte-Hash. Jedes Byte wird als ein farbiges Quadrat aus einer Palette mit 256 Farben wiedergegeben. Klicken Sie hier, um ein neues Fenster zu öffnen, das die Visualisierung ausführt / Blockchain Aesthetics, Rob Myers, CC BY-SA 4.0

Die Blockchain: einer der größten Hypes der letzten zwei Jahre. Nicht nur die Finanzwirtschaft – praktisch alles, was im weitesten Sinne Transaktionen beinhaltet, soll sie revolutionieren, transparenter und besser machen. Berechtigte Hoffnungen oder zu viel Aufhebens? Was steckt wirklich hinter dem sperrigen Schlagwort?

Blockchain, die Basics: Das Bitcoin-Netzwerk

So viel ist klar: Blockchain ist die Technologie hinter der Kryptowährung Bitcoin. Als eine Art dezentrale, transparente Buchhaltung sorgt sie dafür, dass alle Bitcoin-Transaktionen für alle Beteiligten sichtbar auf allen teilnehmenden Computern gespeichert werden. Nachträgliche Manipulationen können in dem Peer-to-Peer-Netzwerk von jedem entdeckt werden, ein Aufschrei ginge durch die Kette.

Blockchain heißt die Technologie, weil alle Transaktionen in „Blocks“ chronologisch aufgereiht werden. Neue Transaktionen werden – im übertragenen Sinne – in einer Kiste gesammelt, dem Block. Wenn sie voll ist, wird die Kiste versiegelt und mit dem Block davor verbunden. Alle bisherigen Blocks, wie an einer Perlenkette aufgezogen, bilden zusammen die quasi unendliche Blockchain.

Jede Transaktion enthält die Prüfsumme, mit welcher der vorherige Block „versiegelt“ wurde – den Hash. Er stellt den Inhalt der gesamten Kette in kryptografisch komprimierter Form dar. Deshalb müsste man auch alle folgenden Blocks manipulieren, um eine nachträgliche Änderung unbemerkt vorzunehmen. Sobald der neue Block sich einige Blöcke lang in der Chain befindet, ist das extrem unwahrscheinlich bis unmöglich.

Attraktiv ist eine Blockchain-Buchhaltung vor allem, weil es zur Gewährleistung korrekter Transaktionen keine Drittpartei braucht, der man vertrauen muss, die scheitern könnte und die Kosten verursacht – eine Bank beispielsweise. Alles ist für alle überprüfbar, kein Dritter verdient daran.

Micropayment, Smart Contracts und Co.:
Das Potenzial von Blockchains

Die Idee der Blockchain als dezentral verwaltetes und kontrolliertes Register bedroht das Geschäftsmodell der Banken, was zahlreiche Finanzinstitute zu eigenen Großinvestitionen in die Blockchain-Technologie veranlasst hat (siehe Kasten). Aber nicht nur das: Kostgänger einsparen zu können, die an zentralen Schaltstellen sitzen und eigene Interessen verfolgen – das wäre auch jenseits der reinen Zahlungsabwicklung interessant.

Die Bitcoin-Blockchain ist dafür nicht geeignet. Sie hat als Datenbank nur eine einzige Aufgabe: Anzuzeigen, wie viele Bitcoins es gibt, wem (genauer: welcher Bitcoin-Adresse) wie viele davon zugeschrieben sind und unter welchen Bedingungen sie ausgegeben werden dürfen. Für mehr ist sie nicht gemacht, unter anderem, weil sie auf einer Programmierung aus den 1970er-Jahren aufgebaut ist, die insbesondere Speicherplatz sparen sollte.

Neuere Blockchains wie etwa diejenige von Ethereum arbeiten dagegen mit „turing-vollständigen“, also universell programmierbaren Systemen und Programmiersprachen. So kann einer Transaktion jede beliebige Zusatzinformation mitgegeben werden, beispielsweise ein ganzer Vertrag, der „weiß“, wie lange und zu welchen Bedingungen er läuft und sich selbst abschafft, wenn er erfüllt ist: ein „Smart Contract“.

Auch solche Blockchains der zweiten Generation wickeln Zahlungen in einer digitalen Währung ab – bei Ethereum ist es der Ether. Doch der eigentliche Zweck einer Transaktion kann jetzt ein anderer, komplexerer sein als bei der Bitcoin-Blockchain – zum Beispiel eben die Übermittlung eines „smarten“ Vertrags. Zahlung und Lieferung einer Ware oder Leistung werden in einem Vorgang vereint.

Blockchain – einige konkrete Perspektiven

Sind Blockchains beliebig programmierbar und dabei ausreichend sicher, können sie fast unbegrenzt eingesetzt werden. Hier sind einige Möglichkeiten, wie und wo:

Auf dem Energiemarkt

Die Preise an den Energiebörsen sinken, nicht zuletzt dank des Ausbaus erneuerbarer Energien und der steigenden Anzahl dezentral verteilter Produzenten. Auf der Stromrechnung merken Verbraucher und Unternehmen davon allerdings wenig. Sie müssen ihren Strom zumindest mittelbar von den wenigen Großversorgern beziehen, die Preissenkungen selten weitergeben. Denn direkt beim Produzenten um die Ecke zu kaufen, ist bisher nicht möglich: Zu klein sind die Mengen, die Privathaushalte und Kleingenossenschaften liefern können, als dass sich der direkte Handel lohnte: Die Kosten für die Abwicklung wären oft höher als der erzielte Preis.

Blockchains könnten das ändern. Mit ihnen wird der Mittler, dessen Geschäftsmodell die gesicherte Abwicklung des Handels ist, überflüssig. So lohnen sich auch kleine und kleinste Transaktionen. Erzeuger selbst geringfügigster Mengen könnten untereinander Strom handeln – zu einem von ihnen bestimmten Preis. Über Apps ließe sich der gewünschte Strom-Mix automatisiert einkaufen: Ein paar Wattstunden aus der Solaranlage des Nachbarn, sonst Windenergie von den Stadtwerken und wenn beides gerade nicht verfügbar ist Kraftwerkstrom vom Energiekonzern. Es entsteht ein dezentralisierter, freier Strommarkt.

Im Musikvertrieb

Ein weiteres Beispiel für das Potenzial, das der Blockchain-Technologie im Bereich von Micropayments zugeschrieben wird, ist der Musikmarkt. 2015 machte die Sängerin Imogen Heap Schlagzeilen, als sie ihre Single „Tiny Human“ über eine Ethereum-Blockchain vertrieb. Heaps Ziel: die klassischen Verwertungskanäle der Musikindustrie zu umgehen. Denn es kann bis zu zwei Jahren dauern, bis Tantiemen die Künstler erreichen. Über eine Blockchain dagegen können Erlöse sofort an Urheber, Musiker und weitere Beteiligte (ja, auch Labels) verteilt werden, wenn die Musik gekauft, gestreamt oder am Radio gespielt wird.

In der Demokratie

Die Zukunft von Wahlen und Volksentscheiden gehört dem E-Voting, dem elektronischen Wählen und Abstimmen. Warum sollen weiterhin fehleranfällige Lochkartensysteme und Zählmaschinen oder langsame und ebenfalls fehleranfällige Menschen zum Einsatz kommen, wenn es schnell, sicher und fehlerlos geht? Auch bei der Registrierung von Wählern sind die bisherigen Systeme fehleranfällig: Mehrfachregistrierungen, Tiere in der Kartei und tote Wähler gehören fast schon zur Folklore. Und ganz generell stehen Wahlen weltweit immer wieder unter Manipulationsverdacht; Bürger haben bisher keine Möglichkeit zu überprüfen, ob ihre Stimme tatsächlich in ihrem Sinne erfasst wurde.

Das Problem: Bisher gelten auch E-Voting-Verfahren nicht als restlos sicher. Das US-Startup Followmyvote will das mithilfe von Blockchains ändern und Wahlen (wieder) zu mehr Legitimation verhelfen. Wenn der gesamte Wahlvorgang auf allen Computern des dezentralen Netzwerks gespeichert und nachvollziehbar ist, wissen die Bürger, dass ihre Stimme korrekt erfasst und auch nicht nachträglich manipuliert wurde. Die Identifikation erfolgt über einen individuellen elektronischen Schlüssel, was Mehrfachwähler ausbremst. Das ist kostensparend, transparent, fälschungssicher – und bequem noch dazu.

Die Liste ließe sich fast beliebig verlängern, zum Beispiel um an die Chain angeschlossene Hoteltüren, die sich nur über einen Code öffnen, den man bei Bezahlung erhält. Um Medikamente, deren Unversehrtheit und optimale Temperatur beim Transport automatisch überwacht und laufend auf einer Blockchain gespeichert werden. Und, und, und – die Blockchain kann, so scheint es, fast alles.

Die „Banken-Blockchain“

Eine Finanzwelt, die durch eine zentrale, transparente Buchhaltung Banken, Clearingstellen und Co. einspart – das versetzt die etablierten Institute natürlich in Aufruhr. Die Folge: Banken und Versicherungen gehören zu den aktivsten Investoren in die Blockchain-Technologie.

In einer selten gesehenen gemeinsamen Aktion haben sich über 70 der wichtigsten Banken der Welt (darunter Deutsche Bank, Goldman Sachs, Santander, …) im Konsortium R3 zusammengeschlossen. Einige Partner sind in der Zwischenzeit wieder ausgestiegen, aber auch wenn „nur noch“ mehr als 50 der sonst nicht eben kooperationsfreudigen Wettbewerber zusammenarbeiten, bleibt das bemerkenswert.

Bei R3 werden die Möglichkeiten ausgelotet, in der Finanzwelt dezentral angelegte Datenbanken zu nutzen und künftige Innovationen auf einem gemeinsamen „HyperLedger“ – einer Art Meta-Hauptbuch – aufzubauen, sodass sie miteinander kompatibel sind. Diese Plattform namens Corda soll die Vorteile der Blockchain-Technologie mit den hohen Anforderungen an Zugangsbeschränkungen zu den Transaktionen im Finanzbereich zusammenbringen.

Obwohl vielfach von der „Banken-Blockchain“ gesprochen wird, handelt es sich dabei um keine Blockchain. In gewisser Weise führt das Projekt die Blockchain-Kernidee geradezu ad absurdum: Nicht auf Transparenz, sondern auf Vertraulichkeit beruht das Geschäft der Banken heute. Und diese einträgliche Rolle als Vertrauens- und Vermittlerinstanz wollen sie sichern – die Instanz, die Blockchains gerade überflüssig machen sollen.

Den Banken werden keine schlechten Chancen eingeräumt, mit Corda und Co. ihre bedrohte Stellung zu sichern. Neben einer über Generationen etablierten Marktposition im Finanzbereich liegt ihr Vorteil vor allem in dem geschlossenen Kreis der Chain-Teilnehmer: Mit dem energieaufwendigen Proof of Work fällt eines der Hauptprobleme bei der Skalierung von Blockchains weg. Dazu kommt: Banken haben klare Entscheidungsstrukturen. So können sie Probleme bei der Weiterentwicklung der Technologie gezielt angehen.

Blockchain: Was funktioniert (noch) nicht?

Sollen die bunten Visionen der Blockchain-Enthusiasten Realität werden, sind noch einige Hürden zu überwinden:

Blockchains sind langsam

Die Rechner der großen Kreditkarteninstitute können in einer Sekunde mehrere 10.000 Transaktionen verarbeiten. Die Bitcoin-Blockchain bringt es auf höchstens sieben Überweisungen pro Sekunde.

Für dieses Problem ist aber wohl eine Lösung in Sicht. Im Alpha-Stadium erfolgreich, aber noch unsicher ist die Blockchain „Thunder“ angelaufen. Sie schafft 100.000 Transaktionen pro Sekunde.

Offene Blockchains arbeiten ineffizient

Es frisst extrem viel Energie, in einer Blockchain mit unbeschränktem Teilnehmerkreis „Vertrauen“ zwischen den dezentral verbundenen Computern herzustellen: Schon bald wird das immer noch relativ kleine Bitcoin-Netzwerk so viel Strom verbrauchen wie ganz Dänemark. Ethereum soll sogar noch verschwenderischer sein.

Die geschlossene „Blockchain“ der Banken (vgl. Kasten) umgeht dieses Problem: Die Zahl der Teilnehmer ist beschränkt, man kennt sich. Und durch das vorgeschaltete Zugangsprozedere ist eine Vertrauensbasis vorhanden. So ist der Energieverbrauch deutlich geringer. Der Blockchain-Ansatz wird aber geradezu „pervertiert“.

Blockchains fehlen klare Entscheidungsstrukturen

Zwar haben Bitcoin oder Ethereum eine definierte Roadmap, wie und wie weit sich ihre Technologie bis wann entwickeln soll. Aber ist es wirklich realistisch, jetzt schon voraussehen zu wollen, welche Abzweigungen und Entwicklungsstufen in Zukunft wann sinnvoll sein werden? Gerade bei neuen, noch nicht etablierten Technologien wie der Blockchain herrscht oft Uneinigkeit, wie sich das System weiterentwickeln sollte. Es gibt keine klaren Entscheidungsstrukturen, niemanden, der sagen könnte: „So machen wir das jetzt.“

Blockchain – die Fundamentalkritik

Nicht alle Experten stimmen in den vielkehligen Blockchain-Lobgesang ein. Das sind die wichtigsten Kritikpunkte – inhaltlich und an der inflationären Nutzung des Blockchain-Begriffs als Buzzword:

Blockchain: Eine neue Art Datenbank, na und?

Kritiker monieren, dass viele Innovationen, die aktuell mit Blockchains in Verbindung gebracht werden, technologisch auch anders gelöst werden können oder bereits gelöst sind. Die Anwendung von Blockchains sei in vielen Fällen beliebig – wesentliche Triebfeder sei das derzeitige Potenzial, leichter an Fördermittel und Investorengelder zu kommen. Habe sich der Hype gelegt, werde sich zeigen: Blockchains sind interessante Datenbanken neuer Art, aber eben auch nur Datenbanken, die für gewisse Dinge besser und für andere weniger gut geeignet sind als bestehende Datenbanksysteme.

Blockchains sind das Gegenteil von nutzerfreundlich

Spotify und Co. haben den Musikmarkt revolutioniert, weil sie bequemer waren als illegale Downloads. Dagegen ist es weder einladend noch bequem, Transaktionen mit Blockchain zu tätigen. Angesichts der in Sachen Usability zunehmend verwöhnten Kunden bezweifeln viele Kritiker, dass Blockchain-Modelle aufgrund ihrer technischen Anlage jemals „endkundenfähig“ sein werden. Das scheint auch das Beispiel von Imogen Heap zu zeigen: Gerade mal 132 US-Dollar hat sie für „Tiny Human“ über die Ethereum-Blockchain eingenommen. Kein Wunder: Wer den Song erstehen wollte, musste zuerst Bitcoins kaufen und diese in Ether umtauschen, um den (zudem umständlichen und fehlerbehafteten) Kauf- und Download-Prozess überhaupt in Gang zu bringen.

Das Problem der eingeschränkten Skalierbarkeit ist grundlegend

Bis sich Tausende Computer darauf „geeinigt“ haben, dass eine Transaktion korrekt ist, dauert es (verhältnismäßig) lange. Die Hashes, das heißt die Prüfsummen zum Abschließen von Blocks, müssen ausreichend komplex zu errechnen sein, um als verlässliche Prüfsummen („Proof of Work“) gelten zu können – das frisst Energie und Zeit. Und auch das lokale Speichern der ganzen Blockchain wird bei wachsenden Datenmengen eine Herausforderung: Denn viel kleiner als die 80 Bytes, die eine einzelne Bitcoin-Transaktion derzeit groß ist – 640 mal Eins oder Null –, wird es nicht gehen.

Tatsächlich ist die Bitcoin-Blockchain bereits heute an der Grenze der Belastbarkeit. Dieses Problem kann nur überwunden werden, wenn die Zahl der Teilnehmer eingeschränkt wird, so dass der Konsens über die Korrektheit aller Transaktionen nicht mehr über die energiehungrigen Prüfberechnungen erreicht werden muss. Aber damit fiele genau weg, was eine Blockchain ausmacht. Und wer teilnehmen darf, müsste eine zentrale Instanz bestimmen – auf die ja gerade verzichtet werden soll.

Alles Blockchain, oder was?

Nicht alles, was derzeit „Blockchain“ genannt wird, ist auch wirklich eine Blockchain. Eine Blockchain ist eine Datenbank, die in einem dezentral organisierten Peer-to-Peer-Netzwerk einen überprüfbaren Konsens über die Korrektheit von Transaktionen und Daten herstellt, wobei diese Prüfung auf der anspruchsvollen Berechnung der Hashes beruht. Oft fehlt mindestens eines dieser Elemente bei Innovationen, die derzeit als „Blockchain-Technologie“ vorgestellt werden.

Blockchain – vor allem ein technologischer Zwischenschritt!

Was übrig bleibt, ist letztlich nicht viel mehr als ein „dezentrales Register“ oder sogar eine „dezentrale Datenbank“. Eine attraktive Idee, die zweifellos interessante neue Perspektiven öffnet, etwa im Bereich von Micropayment oder transparenten Wahlen. Zumindest teilweise aber scheint es fraglich zu sein, ob eine Blockchain-Lösung überall angebracht ist, wo sie heute als Lösung gehandelt wird, und nicht bessere Vorschläge, die ohne das Zauberwort auskommen, im Wettbewerb unterzugehen drohen. Es dient auch nicht gerade der Übersichtlichkeit, Innovationen, die einzelne Elemente des Blockchain-Ansatzes nutzen, einfach als „Blockchain-Technologie“ zu vermarkten. Auch wenn das teilweise orakelt wird: Die ganz große Revolution mit Auswirkungen, wie sie das Internet auf die Gesellschaft hatte, ist Blockchain eher nicht – ein wichtiger Schritt in der Evolution von Datenbanktechnologien sehr wohl.