Joe Martin - Bitcoin, Blockchain & Co. — Die Wahrheit und nichts als die Wahrheit (überarbeitete Ausgabe 2021/22)

Wenn also Alice 5 BTC (also Bitcoin) an Bob senden möchte, dann ist das eine einfache Transaktion. Alice besitzt mehr als 5 BTC und sendet 5 BTC an Bob. Der sendet nun 3 BTC an Carol und 1 BTC an Dave. Das sind dann zwei weitere Transaktionen. Das Bitcoin-System sammelt nun alle diese Transaktionen und packt sie in einen Datenblock.

Dieser Block hat eine bestimmte maximale Größe und wird von spezialisierten Computern zusammengepackt und gebündelt. Das System ist so ausgelegt, dass jeweils ein Block ungefähr alle zehn Minuten erstellt wird. Genau das wirkt als die zuvor erwähnte Bremse und bringt weitere Vorteile mit sich. Dazu später mehr.

Jetzt wird dieser Datenblock nicht einfach nur so gebündelt, also zum Beispiel wie eine Zipdatei, sondern es werden kryptografische Verfahren genutzt, die es ermöglichen, diesen Block mathematisch mit einer absolut eindeutigen Kennung zu versehen. Diese Kennung ist das Ergebnis einer Berechnung aus den Daten des Blocks, die man auch „Hash“ nennt.

Dieser Hash ist ein sehr spannendes, mathematisches Werk, welches auf der sogenannten Falltür-Mathematik beruht. Wie es genau funktioniert, ist für Mathematiker sehr spannend, die mit glasigen Augen davon berichten — eine faszinierende Methode.

Für den Nicht-Mathematiker ist es ausreichend, wenn er versteht, dass die betreffenden Formeln nur in eine Richtung berechenbar sind. Wenn man also normalerweise x berechnen kann, wenn 2+x=5 ist, dann ist das keine Falltürformel, weil sie in beide Richtungen funktioniert. Ein Hash-Algorithmus funktioniert hingegen nur in eine einzige Richtung: vorwärts.

Selbst wenn man das Ergebnis der Rechnung und den dazuge-hörigen Rechenweg kennt, kann man nicht zum Ausgangswert zurückrechnen.

Das hört sich fantastisch an und ist in der Tat faszinierend. Wie schon gesagt, es ist für den mathematischen Laien genug, dieses Phänomen zu kennen und anzuerkennen, um das gesamte System zu verstehen. Wer mehr darüber wissen möchte, kann die ent-sprechende Mathematik leicht im Internet recherchieren.

Die Transaktionen werden also in einem Datenblock zusammen-gefasst und durch einen kryptografischen Algorithmus mit einem Hash-Wert versehen. Dieser Hash-Wert kann nicht verändert werden und aus ihm kann man auch nicht auf die Ausgangswerte rückschließen. Wenn man an den Transaktionsdaten, aus denen der Datenblock besteht, auch nur eine einzige, winzige Stelle verändert, also zum Beispiel an einer einzigen Stelle ein Komma einfügen würde, dann ergäbe das einen vollkommen anderen Hash-Wert.

Es folgt ein echtes, berechnetes Beispiel, das veranschaulicht, wie eine einzelne Änderung ein vollkommen anderes Hash-Ergebnis liefert.

Wenn man zum Beispiel den SHA 256 Hash von folgendem Satz erzeugt: „Ich bin Satoshi Nakamoto“ wird daraus:

c8bb907d49983cfd5b1db28be3fe3c2c5ade3a2b2995bd56f8b4203f74345caa

Wenn man auch nur ein einziges Zeichen ändert, zum Beispiel einen Punkt ans Ende setzt, dann ändert sich der 256 Hash gravierend. Aus: „Ich bin Satoshi Nakamoto.“ wird:

80cd76ffd0af98e2fbe066cda10847e7edbaa4caabb4fbf14d317b9cbbc4c963

Die beiden Hashes haben genau gar nichts miteinander zu tun.

Dieser Hash und die Tatsache, dass er sich durch minimalen Aufwand so wesentlich ändert, ist eine der Grundlagen der Daten-integrität — auch als „die Wahrheit“ bekannt — der Blockchain-Technologie und der Krypto-Währung Bitcoin.

Nakamoto hat im Bitcoin-System verfügt, dass der Datenblock nicht nur die jeweiligen aktuellen Transaktionen enthält, sondern auch den Hash des jeweils vorherigen Blocks. Nur wenn sich die Hash-Werte verketten lassen, also wenn der neue Block sich mit dem Hash-Wert des Vorgängerblocks zusammenrechnen lässt, darf der nächste Datenblock an den Vorgänger angehängt werden. So entsteht eine schlüssige Blockchain aus Daten, in der die

Informationen unveränderlich und gegen Manipulationen geschützt sind. Darin liegt eine wichtige Sicherheitsfunktionen gegenüber herkömmlichen Systemen, die die Blockchain so zukunftsweisend und zukunftsträchtig macht.

Da dies eine sehr kritische und wesentliche Funktion ist, wird sie hier nochmals zusammengefasst:

Ein Hash-Wert ist ein mathematisch errechneter Wert, der sich schon bei minimalen Modifizierungen der Daten innerhalb eines Datenblockes massiv verändert. Auch wenn man den Ergebniswert und den Rechenweg kennt, kann man die Formel unmöglich zurückrechnen und die Ausgangsdaten extrahieren.

Jeder Datenblock wird aus den Transaktionsdaten und dem Hash-Wert des letzten Blocks zusammengerechnet und damit kann ein Block nur an den Vorgänger angehängt werden, wenn diese Rechnung stimmt. Der Trick bei dieser Mathematik besteht im Wesentlichen darin, dass die Berechnung dieses Wertes zwar sehr aufwendig sein kann, es aber für einen Dritten sehr leicht möglich ist, zu erkennen, dass richtig gerechnet wurde. Man kann also, ohne dass man die Rechnung wieder auflöst, erkennen, dass das Ergebnis richtig ist. Wie gesagt, faszinierend.

Blocks werden unter dieser Prämisse, einer nach dem anderen, aneinander gehängt und ergeben dadurch eine Blockchain.

Wenn man sich vorstellt, dass zum Beispiel fünf Blocks mit jeweils tausend Transaktionen in jedem Datenblock existieren, dann wurde Block 2 aus den Transaktionen dieses Blocks plus des Hash-Wertes von Block 1 errechnet. Block 3 wurde aus den Transaktionen in Block 3 und dem Hash-Wert von Block 2, der seinerseits wieder von dem Hash-Wert von Block 1 abhängt, errechnet. Man merkt schon, wo die Reise hingeht.

Wenn nun eine Transaktion aus dem ersten Block verändert wird, dann ergibt sich aus dieser Änderung ein völlig anderer Hash-Wert für diesen ersten Block. Gravierend anders.

Block 2 hat dann falsch gerechnet, weil der zweite Block ja den Hash des ersten Blocks in der Formel berücksichtigt. Da sich dieser aber geändert hat, kann das Ergebnis nicht mehr stimmen. In der Folge muss nun auch für Block 2 ein neuer Wert errechnet werden. Das Gleiche gilt für die ganze Kette nach vorne.

Alle Blocks erhalten also einen neuen Hash-Wert, weil eine Variable, der Hash des Vorgängerblocks, in der komplexen Hash-Formel für den nächsten Block geändert wird. Dadurch ändern sich alle folgenden Hash-Werte zwingend. Ein genialer Gedanke, der einer der Schlüssel zum Erfolg der Blockchain ist. Aber ist das ausreichend?

Das alles ist bisher reine Mathematik, die nichts nützt, weil man ja doch Daten ändern kann. Das führt nur dazu, dass die Hash-Werte der Blocks sich verändern. Sie verändern sich zwar in völlig andere, also nicht nur ein bisschen, sodass es nicht auffallen würde, sondern sie ändern sich massiv und die Daten entsprechen nicht mehr Wahrheit. Was aber niemand sehen kann.

Transaktionen und Aufzeichnung aus der Vergangenheit wurden gefälscht. In einer manipulierten Blockchain auf unseren Com-putern sind nicht mehr die ursprünglichen Daten hinterlegt. Die Historie wurde geändert. Das Grundstück gehört jetzt jemand anderem. Das kann es also noch nicht sein.

Natürlich hat Nakamoto auch dieses Problem gelöst, indem er zusätzlich ein sogenanntes „Peer-to-Peer-Netzwerk“ vorgesehen hat. Ein Peer ist eine Person, ein Individuum oder — in der technischen Welt — eine Maschine in einem Netzwerk. In der Übersetzung aus dem Englischen wird ein „Peer“ als ein „Gleich-rangiger“ oder „Ebenbürtiger“ bezeichnet.