Grundlagen der Blockchain-Technologie

23.03.2021 | von Urs Schnider

Bitcoin und andere Kryptowährungen sind aktuell in aller Munde. Die Medien berichten flächendeckend über neue Preisrekorde und so kommt das Thema auch in der breiten Bevölkerung als Diskussionsthema an. Vielen Anlegern sind diese «Währungen» wegen ihren sehr hohen Wertschwankungen allerdings nicht geheuer und werden als reine Spekulationswerte angesehen. Eine Sicht, die in Bezug auf die aktuelle Situation kaum ganz falsch sein kann. Trotzdem ist das Thema von allerhöchstem Interesse. Denn das, was Bitcoin und Co. vereint, ist die Technologie, welche die Erstellung und Sicherung solcher «Coins» oder «Tokens» erst möglich macht; die Blockchain.

Die Blockchain-Technologie wird in den kommenden 10 bis 20 Jahren mit hoher Wahrscheinlichkeit viele Wirtschaftsbereiche und Geschäftsprozesse radikal verändern. Mit dieser Überzeugung verbunden ist unsere Sicht, dass die Technologie auch auf unsere Arbeit als Vermögensverwalter erheblichen Einfluss haben und Anlegern grosse Chancen eröffnen wird. Gerne geben wir Ihnen in einer zweiteiligen Serie einen Überblick über die Grundlagen dieser Technologie (Teil 1) sowie über deren Auswirkungen auf den Umgang mit Vermögenswerten (Teil 2).

Was ist eine Blockchain?

Eine Blockchain ist eine digitale Datei, die Daten von Mitgliedern einer Interessengruppe enthält. Jedes Gruppenmitglied besitzt jederzeit die gesamte Information und muss sich über den Wahrheitsgehalt der Information daher nicht auf andere verlassen (im Unterschied dazu muss man beispielsweise bei einem Bankguthaben – bezüglich der Frage der tatsächlichen Existenz der Gelder – der Bank Glauben schenken). Um der Gruppe beizutreten, verknüpft man sich mit der Gruppe und kopiert die vollständige Datei eines anderen Teilnehmers. Damit alle jederzeit dieselbe Datei haben, «updaten» sich alle bei neuen Informationen regelmässig. Da diese Updates in Zeitblöcken erfolgen und in der Datei aneinandergekettet werden, nennt man eine solche Datei Blockchain. Wichtig dabei ist, dass die Kette (chain) entsteht, indem die Schlussinformation des letzten Blocks immer den Anfang des nächsten Blocks bildet, so dass keine Information nachträglich verändert werden kann, ohne die Kette zu brechen.

Um dies sicherzustellen, wird die ganze in einem Block enthaltene Information zu einem einzelnen Code, einer komplexen Zeichenkombination, zusammengerechnet. Es entsteht ein sogenannter «Hash». Die Liste dieser aufeinanderfolgenden Hashs ist dann die eigentliche Blockchain. Würde auch nur ein Zeichen in der ursprünglichen Information verändert, so entstünde ein vollkommen anderer Hash, was eine solche Manipulation sofort sichtbar machen würde. Das Errechnen eines Hashs wird «Mining» genannt. Die Miner, die die Arbeitsleistung erbringen, werden vom System belohnt, indem ihnen jeweils eine bestimmte Anzahl neuer Bitcoin ausgegeben werden.

Welches sind die Gründe für den Einsatz einer Blockchain?

1. Sicherheit: Die Daten sind dezentral gespeichert (dies im Unterschied zu einer Server-Lösung, bei der Daten in einzelnen, sehr grossen Rechenzentren gespeichert werden). Durch die Tatsache, dass die exakt gleichen Daten auf Tausenden oder gar Millionen von Computern gespeichert sind, ist es beinahe unmöglich, diese zu manipulieren (zu hacken), da hierfür ja alle Computer gleichzeitigt angegriffen und «gehackt» werden müssten.

2. Datenintegrität: Die Integrität (Korrektheit und Unveränderbarkeit) der vorliegenden Daten spielt bei einer Blockchain eine tragende Rolle. Aus diesem Grund sorgt der Einsatz von Verschlüsselungsverfahren (Kryptographie) für ein sehr hohes Mass an Sicherheit.

3. Zuverlässigkeit: Eine Blockchain ist dezentral organisiert, sodass ein Totalausfall des gesamten Netzwerks eigentlich ausgeschlossen werden kann. Jeder Netzwerkknoten (auch Node genannt) im Netzwerk verfügt über sämtliche Daten, sodass eine Wiederherstellung bei Verlust besonders einfach ist.

4. Transparenz: Jede Transaktion oder Information des Blockchain-Netzwerks wird in einem der Blöcke gespeichert, sodass eine nachträgliche Analyse stets möglich ist. Hierdurch lassen sich Vertragspartner identifizieren und die Auswirkungen von Transaktionen reproduzieren.

Aus diesen Gründen hat «The Economist», eine wichtige Wirtschaftszeitschrift, die Blockchain-Technologie einmal als «eine fantastische Kette des Vertrauens» bezeichnet.

Gibt es denn auch Nachteile, die diese Technologie mit sich bringt?

Wo Licht ist, ist auch Schatten. Nachteile der Technologie sind insbesondere bei der Performance zu finden. Die Tatsache, dass jedes Gruppenmitglied die vollständige Datei auf seinem Rechner hält, führt dazu, dass die gleichen Informationen, anstatt einmal in einer zentralen Datenbank gespeichert zu sein, x-fach abgespeichert werden müssen. Abgesehen vom dadurch zusätzlich benötigten Speicherplatz, braucht die Beglaubigung (Verifikation) der Transaktionen und deren Abgleich (Synchronisation) auf allen Rechnern bei grossen Blockchains viel Zeit. Das ist definitiv ineffizient. Immer wieder zu sprechen gibt auch die Energieintensität der Technologie, deren Komplexität und der Mangel an fertigen Komplettlösungen. Ob die weitere technologische Entwicklung diese Nachteile zum Verschwinden bringen vermag, ist heute noch nicht absehbar.

Welches sind Zweck und Einsatzgebiete der Blockchain?

Blockchains können alle Arten von Daten speichern. Im Falle von Kryptowährungen speichern Blockchains zum Beispiel Transaktionsdaten: Wer besitzt wieviel Kryptowährung, woher stammen sie und an wen wurden sie weitergeleitet?

Blockchains können aber auch für ganz andere Zwecke eingesetzt werden: Sei es die Überwachung einer Lieferkette (wo wurde was wie produziert und transportiert – z.B. auch im Sinne der «Konzernverantwortung»), oder das Identitätsmanagement (sehr aktuell z.B. E-ID), im Gesundheitswesen (Stichwort Patientenakte), bei digitalen Wahlen (Vermeidung von Wahlfälschung), im Energiemarkt (z.B. Abrechnung privater Solaranlagen), für Zertifikate (z.B. Bildungsabschlüsse) etc. Und natürlich Finanz-Transaktionen und allgemein der Umgang mit Vermögenswerten bzw. die Registrierung von Eigentumsrechten (wem gehört ein Stück Land oder ein Anteil an einem anderen wertvollen Gut und wie wurde dieses erworben?).

Nicht zuletzt aufgrund der vielfältigen Anwendungsbereiche geht Marc Andreessen – ein sehr erfolgreicher amerikanischer Softwareentwickler und Unternehmer – davon aus, dass wir in 20 Jahren mit der gleichen Selbstverständlichkeit von Blockchain-Technologie reden, wir heute vom Internet.

Kryptographie – oder wieso sind die Daten sicher?

Deshalb spielt die Kryptographie, d.h. die Verschlüsselung von Informationen, in unserer Zeit eine überragend wichtige Rolle. Beispiel; fast immer, wenn Sie Ihren Webbrowser verwenden, nutzen Sie bereits heute Kryptografie. Kennen Sie das kleine Schlosssymbol, das in der Adressleiste Ihres Browsers erscheint? Das Schlosssymbol bedeutet, dass die Seite gesichert ist. Wenn Informationen in beiden Richtungen zwischen Ihrem Browser und einem Webserver ausgetauscht werden, dann geschieht dies verschlüsselt. Sollten die Daten also auf langen Übertragungswegen im Internet zwischen den beiden Endpunkten abgefangen werden, können sie nicht gelesen werden. Denn die Kryptographie verändert im Grunde Informationen derart, dass sie auf den ersten Blick nicht mehr sinnvoll verstanden werden können.

Wird eine Blockchain also einfach verschlüsselt? Nicht unbedingt. Denn hier muss unterschieden werden, ob der Nutzen (Zweck) der Blockchain in der Sichtbarkeit der Daten liegt (z.B. Kryptowährung oder Lieferketten-Management) oder ob dieser nur durch Geheimhaltung vor der Öffentlichkeit (Patientenakte, Identitätsmanagement) erfüllt wird.

Kryptowährungen also nutzen Kryptographie, aber nicht, um die Daten in der Blockchain zu verschlüsseln. Die Blockchain soll ja offen, frei zugänglich und überprüfbar sein. Mit einem entsprechenden Blockchain-Explorer kann jeder die Blockchain erkunden und jede Transaktion einsehen. Das ist wichtig, um einwandfrei prüfen zu können, wer wem was hat zukommen lassen. Hier liegt der Zweck der Verschlüsselung also offensichtlich nicht in der Verschlüsselung des Inhalts, sondern darin, die Nachricht (Transaktion) zu signieren und, nach Versand an die Blockchain, damit nachzuweisen, dass man sich im Besitz des entsprechenden Private Keys (weiteres dazu nachstehend) befindet. Solche «Nachrichten» lösen dann Transaktionen aus und sorgen für Aktualisierungen des Blockchain-Kontobuchs.

Ganz anders sind die Anforderungen an die Datensicherheit offensichtlich bei Anwendungen wie z.B. im Gesundheitswesen, Identitätsmanagement, digitalen Wahlen usw. Da hier die Daten eben keinesfalls öffentlich eingesehen werden dürfen, werden sie innerhalb der Blockchain verschlüsselt und nur einzelne Berechtigte können diese lesen.

Die Sache mit der Public-Key Verschlüsselung

Ein grundlegendes Problem der Kryptographie ist jedoch, dass sich Kommunikationspartner für den Austausch von Information auf einen gemeinsamen Schlüssel verständigen müssen. Da das Verschicken eines Schlüssels aber mit der erheblichen Gefahr verbunden wäre, dass dieser abgefangen und dann von Unberechtigten benutzt wird, haben kluge Mathematiker die Public-Key-Verschlüsselung (asymmetrische Kryptographie) entwickelt. So heisst die Kryptographie, bei der ein Schlüsselpaar, d.h. ein privater und ein öffentlicher Schlüssel, verwendet wird, um eine Information für den sicheren Transport zu verschlüsseln.

Am Anfang erhält der Teilnehmer einen per Zufallsgenerator erstellten privater Schlüssel, aus dem dann auch der öffentliche Schlüssel errechnet wird. Das Schlüsselpaar funktioniert deshalb nur untereinander und nicht in Kombination mit anderen Schlüsseln. Will ein anderer Anwender diesem Teilnehmer eine verschlüsselte Nachricht schicken, kann er sich dessen öffentlichen Schlüssel aus einem öffentlichen Verzeichnis holen. Sobald der Empfänger die Nachricht erhält, kann er diese mithilfe des privaten Schlüssels entschlüsseln.

Im zweiten Teil dieser kurzen Abhandlung gehen wir auf die Bedeutung der Blockchain für Finanz- und Vermögensmärkte ein. Wir werden sehen, dass Kryptowährungen wie Bitcoin und dergleichen nur einen Teil, vielleicht sogar den weniger wesentlichen Teil, der Einsatzmöglichkeiten abbilden.