Blockchain Technology
Die Blockchain wirft neue Fragen auf. (Symbolbild)

Sie sind heutzutage in aller Munde: die Blockchains. Die ursprüngliche Motivation für ihre Erfindung lag in sozial-ethischen Anliegen begründet, welche sich durch folgende Frage charakterisieren: "Wie lässt sich ein System für den Austausch von Daten und Wertinformationen erschaffen, dem wir vertrauen können?" Die Lösung wurde in einer Kombination von Verschlüsselungstechnik und Dezentralisierung gesucht, die mittlerweile in einer Vielzahl von innovativen Geschäftsmodellen mündete. Die meisten Anwendungen lassen sich im Moment bei den Kryptowährungen und bei den NFTs (Non Fungible Tokens) finden. Doch damit kratzen wir lediglich an der Oberfläche. Es sind nämlich weitaus mehr Möglichkeiten damit verbunden, welche von dezentralisierten Organisationen über politische Online-Demokratien bis hin zu fahrerlosen Autos reichen. Besonders interessant ist, dass durch deren Realisation wiederum neue ethische Fragen entstehen.

Ein Netzwerk aus Ketten

Die erste Blockchain wurde 1991 geboren. Sie gehört also zu den Millennials und ihre erfinderischen Eltern zu den Babyboomern. Das Ziel der Forscher war es ursprünglich, digitale Dokumente mit einem Zeitstempel zu versehen, sodass man die Dokumente später nicht mehr verfälschen oder betrügerisch zurückdatieren konnte. Et voilà, eine Kette aus Informationen (in Blocks unterteilt), welche in einem Netzwerk von Computern geteilt wurde, erreichte dieses Ziel. Die Idee war zwar innovativ, doch in den folgenden Jahren blieb sie kaum beachtet.

Erst ca. zwanzig Jahre später griff Satoshi Nakamoto das Konzept wieder auf, um damit eine digitale Währung zu entwickeln. Dadurch entstand die erste Kryptowährung, wir kennen sie unter dem Namen Bitcoin. Von Herrn Nakamoto hat seither niemand mehr etwas gehört und deshalb ist ein reger Kult um ihn entstanden. In der Vergangenheit kursierten Gerüchte über diverse Personen, denen man zugetraut hätte, dass es sich um Satoshi Nakamoto handeln könnte. Es gab sogar etliche Menschen, die von sich selbst behaupteten, der ominöse Nakamoto zu sein. Heute behaupten viele, dass es sich dabei um ein Pseudonym oder gar um den Namen einer Forschergruppe handelt. Belegbar war bisher nichts – und der Kult dauert weiter an.

Eine (hoffentlich) betrugsresistente Technologie

Bei der Blockchain sollen die Verschlüsselungstechnologie und die Teilnahme einer ganzen Community für den sicheren Austausch von Daten und Wertinformationen sorgen. Damit die Daten bei der Sicherung nicht verfälscht werden können, werden die dazugehörigen Informationen auf einer Kette abgespeichert. Jede neue Transaktion wird als ein weiterer Block auf die Kette geführt. Dieser Block besteht aus einem Datencode, plus einem sog. Hash und dem Hash des vorangehenden Blocks. Jeder Hash ist so etwas wie ein Fingerabdruck, mit dem ein Block identifiziert werden kann. Sobald etwas am Datencode verändert wird, verändert sich damit auch der Hash. Wenn die Hashes also nicht übereinstimmen, dann wissen wir auch sofort, dass jemand die Daten manipulieren wollte.

Das Hashing alleine reicht aber nicht aus, um genügend Sicherheit zu bieten. Man könnte problemlos einen Datenpunkt manipulieren und für die gesamte Kette neue Hashes berechnen. Dann wären die Hashes wieder miteinander im Einklang. Damit dies nicht geschieht, braucht es ein weiteres Sicherheitskonzept. Hier kommt das Konzept des "Proof of Work" ins Spiel. Die Berechnung dieses Mechanismus’ dauert aber so seine Zeit: Bei Bitcoin braucht es ca. 10 Minuten, um das "Proof of Work" zu errechnen, damit ein neuer Block zu der Kette hinzugefügt werden kann. Man müsste dasselbe bei sämtlichen Blocks machen, wenn man einen Datenpunkt manipulieren wollte, was in der Praxis mehr oder weniger unmöglich ist.

Dabei kommt aber noch ein zusätzlicher Sicherheitsmechanismus hinzu, nämlich die Mitarbeit der gesamten Community (sog. "Peer-to-Peer Network"). Jede Person im Netzwerk besitzt eine Kopie des Codes der gesamten Kette. Wenn jemand nun einen neuen Block hinzufügt, dann verifiziert jeder Akteur den Block, um sicherzustellen, dass es nicht verfälscht wurde. Wenn man sich im Netzwerk einig ist, dann fügt jeder Akteur den Block zur eigenen Kette hinzu. Es handelt sich hier also um ein Konsens-Prinzip, da mindestens 50 Prozent der Akteure die Transaktion bestätigen müssen.

Manifestierte Tugenden?

Dieses Prinzip wurde deswegen so erfolgreich, weil es soziale Probleme in der Informationsbewältigung hervorragend bewältigt. Diese lassen sich aber auch hinterfragen. Hier können vier Gründe diskutiert werden:

  1. Automatisches Vertrauen: Man muss sich nicht zuerst vergewissern, ob man einem Gegenüber in einer Transaktion trauen kann. Wenn man mit der Logik des anonymen Systems einverstanden ist, dann laufen alle Transaktionen automatisch und personenunabhängig ab. Es lässt sich aber auch die Frage stellen, ob ein menschliches Gegenüber nicht doch wichtig ist für unser digitales Handeln. Die Entstehung der vielen Kryptobanken mit menschlichen Beratern und Beraterinnen spricht für diese Tendenz.
  2. Betrugsresistenz: Wenn Informationen erst einmal auf der Blockchain sind, dann können sie nicht mehr verändert werden. Das bedeutet, dass Informationen auch nicht mehr gelöscht werden können und somit lassen sie sich nicht korrumpieren. Fraglich ist allerdings, ob dies überall wünschenswert ist. Mittlerweile werden persönliche und sensitive Daten (z.B. medizinische Register) auf der Blockchain gespeichert, doch wenn unsere biometrischen Daten dort erst einmal drauf sind, bleiben sie für immer dort und ein Nutzer oder eine Nutzerin kann nichts mehr dagegen unternehmen. Wollen wir das?
  3. Geteilte Daten und Transparenz: Da jeder Akteur im Besitz der gesamten Blockchain ist, hat auch jede Person theoretisch Zugriff auf alle Daten. Diese Daten können nur mit dem entsprechenden Schlüssel (Private Key) entschlüsselt werden. Sofern jemand aber eine Technologie erfinden würde, um diesen Schlüssel zu knacken, dann würden dieser Person alle Daten der ganzen Welt, die auf der Blockchain abgespeichert sind, zu Füssen liegen.
  4. Resilienz: Es herrscht eine massive Datenreplikation, sodass die Informationen allen Teilnehmenden zur Verfügung stehen. Es gibt keine zentralisierte Instanz mehr – so lautete das Ziel. Damit wird zwar zentralisierte Willkür unterbunden, doch gleichzeitig werden auch alle anderen positiven Regulatorien verunmöglicht. Mit diesem Vorgehen fördert die Blockchain aber kriminelle Machenschaften, denn keine Regierung, Polizei oder anderweitige Institution kann das Netzwerk beeinflussen. Zum aktuellen Anlass des Ukraine-Kriegs lässt sich folgendes feststellen: Viele Experten gehen davon aus, dass Russland Kryptowährungen benutzt, um den finanziellen Sanktionen aus dem Westen auszuweichen. Entsprechende Kursschwankungen direkt vor Kriegsausbruch deuten darauf hin. In diesem Sinne erweist sich die Kryptowährung also als ein zweischneidiges Schwert, denn sie verhindert zwar die Willkür eines Regimes gegenüber einzelnen Bürgern, doch sie unterstützt gleichermassen kriminelle Handlungen.

Der anti-grüne Bitcoin

Kryptowährungen wie z.B. Bitcoin sind zwar durch ihre innovativen Ansätze aufgefallen, doch sie fallen ebenfalls durch ihre erschreckend belastende Umweltbilanz auf. Nachdem Satoshi Nakamoto im Jahr 2009 die ersten Bitcoins geschmiedet hatte, galt sein Modell als Vorbild für die Blockchain-Technologie. Die daraus abgeleiteten Technologien nennt man heute "Blockchains der ersten Generation".

Bereits einige Jahre später kamen die "Blockchains der zweiten Generation" auf, die sich stärker an der Plattformökonomie orientierten. Genauso wie es unterschiedliche Apps auf einem Smartphone gibt, so können auch diverse Applikationen auf einem Blockchain-Netzwerk aufgebaut werden. Technisch wurde dies erstmals 2015 durch die Plattform von Ethereum möglich, welche eine beachtliche Gemeinschaft von Entwicklern auf den Plan gerufen hatte.

Der grosse Unterschied zur ersten Generation liegt hier in der Tatsache, dass die Blockchain nicht mehr nur eine verteilte Datenbank war, sondern ein dezentralisiertes Netzwerk von Applikationen (z.B. Smart Contracts oder NFTs). Das Netzwerk besteht aus einer Vielzahl von Teilnehmenden, die mit ihren Computern ihre Rechenkraft zur Verfügung stellen, um das System am Leben zu erhalten.

Hier wird ein grosses Problem deutlich: Das Computer-Netzwerk ist extrem ineffizient und eine bessere Skalierbarkeit erfordert neue Modelle, die im Moment erst noch in der Erprobungsphase sind. Das sog. "Mining", welches notwendig ist, um das Bitcoin-System zu unterhalten, verzehrt mehr Energie als viele kleine Länder in der gleichen Zeit. Der Energiekonsum liegt ungefähr im selben Ausmass wie dem Verbrauch von Dänemark, Ungarn oder Neuseeland mit deutlich steigender Tendenz. Mit den über 54 Terrawatt in der Stunde können mindestens fünf Millionen Haushalte elektrifiziert werden. Die Stromkosten liegen bei über anderthalb Milliarden US-Dollar pro Jahr und ein Grossteil der Energie stammt aus Kohlekraftwerken in China, was wiederum zu starker Umweltverschmutzung und Treibhausgasen führt. Experten vermuten, dass über 60 Prozent des Bitcoin-Minings im Moment in China stattfindet. Dasselbe Problem trifft in der gesamten Community zu, da jeder neue Block bei allen abgespeichert wird und im Hashing-Prozess alle mitrechnen müssen. Das führt nicht nur zu einem nennbaren Stromverbrauch, sondern auch zu ineffizient langsamen Prozessen. Die Geschwindigkeit wird i.d.R. in TPS (Transactions per Second) berechnet. Die Bitcoin-Geschwindigkeit liegt bei maximal 7 TPS und bei Ethereum liegt sie bei 15 TPS. Zum Vergleich: ein Kreditkarten-Netzwerk läuft auf 24'000 TPS und Facebook oder Instagram laufen auf 175'000 TPS.

Der Kampf um neue Algorithmen

Die "Blockchains der dritten Generation" versuchen im Moment, alternative Lösungswege zu finden. Daran arbeiten Start-ups wie Dfinity, HashGraph, IOTA, EOS, NEO, Lightning Network oder mittlerweile auch Ethereum. Die Idee von Lightning Network zielt darauf ab, zwei Netzwerke zu erschaffen, eine Blockchain und eine Off Chain, die miteinander verschaltet sind. Schnelle und langsame Prozesse sollen somit entkoppelt werden, um den Stromverbrauch zu drosseln und die Geschwindigkeit zu erhöhen. Eine andere Idee kommt von IOTA, wobei hier keine Kette, sondern eher ein Netzwerk von Blocks gezeichnet wird. Dabei soll es keine Miner mehr geben, sondern alle Teilnehmenden beteiligen sich an der Formierung des Konsenses und somit werden alle Personen zu Minern. Dabei entsteht genau das Gegenteil von Bitcoin: Je mehr Mitglieder das Netzwerk hat, desto schneller wird es und nicht umgekehrt.

Die eigentlich bahnbrechende Idee kam allerdings mit dem Versuch, vom "Proof of Work" wegzukommen. Letzteres wurde erstmals 1993 in einem Paper beschrieben und wurde aber erst 1997 in einer weiteren Publikation mit diesem Namen betitelt. Wie bereits erwähnt wurde die Technik erst 2009 von Satoshi Nakamoto mit grösserer Reichweite umgesetzt. Da allerdings alle Knoten eine kryptografische Rechenaufgabe bewältigen müssen und nur die besten Miner die Miner-Belohnungen erhalten, entstanden immer grösser werdende "Mining Farms". Der Grund dafür ist simpel: Der "Proof of Work"-Algorithmus vergibt grössere Belohnungen an Menschen oder Teams mit besseren und grösseren Rechnern. Je höher die Hash Rate, desto höher die Chance, dass man den nächsten Block erstellen und somit die Belohnung für sich in Anspruch nehmen kann.

Damit sind entsprechende Geschäftsmodelle und Kollaborationsformen entstanden. Grössere Netzwerke schlossen sich zu sog. Mining Pools zusammen, sodass sie gemeinsam noch mehr Rechenkraft aufweisen und die Belohnung untereinander aufteilen können. Aus gesellschaftlicher Sicht müsste man somit konstatieren, dass die Missachtung der Umwelt bei Bitcoin viel zu lukrativ wurde.

Dazu gesellt sich noch ein weiteres Problem: Die eigentliche Idee der Kryptowährung wäre nämlich genau umgekehrt: nicht eine Zentralisierung, sondern eine Dezentralisierung der Prozesse. Um dies zu lösen, braucht es also einen neuen Konsens-Algorithmus, der besser als das "Proof of Work" funktioniert.

Ein Lösungsversuch: "Proof of Stake"

2011 wurde erstmals ein alternativer Ansatz diskutiert, der "Proof of Stake". Hier sollen nicht mehr alle Teilnehmenden am Konsens-Prozess beteiligt werden (was energietechnisch extrem ineffizient ist), sondern das System soll per Zufall einen Akteur (oder einige wenige Akteure) auswählen, um die Transaktion zu bestätigen. Damit ändert sich auch die Terminologie etwas: Man spricht nicht mehr von Minern, sondern von Validierern (Validators), und nicht mehr vom Mining, sondern vom Schmieden (Minting/Forging). Die Auswahl der Validierer geschieht allerdings nicht komplett zufällig, sondern besteht aus der Selektionswahrscheinlichkeit, die sich an der Geldmenge bemisst, die ein Akteur ins System investiert.

Auf der einen Seite erscheint dies zwar unfair, denn somit werden Wohlhabende bevorzugt. Doch auf der anderen Seite ist es sicherlich fairer als das "Proof of Work"-Konzept, da hier eine grosse Rechenfarm kaum von kleineren Akteuren überboten werden kann. Zudem wird das Problem der belastenden Ökobilanz abgefedert. Ein grosser Unterschied zum vorherigen Modell lässt sich zudem bei dem Vertrauensvotum festmachen. Wenn ein Akteur gefälschte Transaktionen bewilligt, dann wird der Person Geld abgebucht und so erleidet sie einen finanziellen Schaden. Damit entsteht der Anreiz, dass nur korrekte Transaktionen bewilligt werden. Im "Proof of Stake" sind die Prozesse nun wieder dezentraler organisiert. Im "Proof of Work"-Mechanismus von Bitcoin gibt es nämlich mittlerweile grosse Rechenfarmen, die das System dominieren. Prozentual beteiligen sich folgende Mining Pools am Bitcoin-Markt:

  • BTC.com: 27% der Marktanteile
  • AntPool: 18,7% der Marktanteile
  • SlushPool: 13,1% der Marktanteile
  • BTC.TOP: 9% der Marktanteile
  • ViaBTC: 9% der Marktanteile
  • Rest der Akteure: 23,2% der Marktanteile

Wenn sich also die drei grössten Player absprechen, dann würden sie die Mehrheit der Anteile ausnutzen können und könnten anfangen, gefälschte Transaktionen zu bewilligen (man nennt dies die 51-Prozent-Attacke). So könnte der Bitcoin-Markt einfach manipuliert werden. Dieses Problem wird im "Proof of Stake" abgeschwächt, obschon auch hier jene Personen mit höheren Einsätzen bevorzugt werden. (Damit sollen Anreize für Investitionen ins Netzwerk geschaffen werden.) Die 51-Prozent-Attacke zeigt, dass das ethische Dilemma durchaus auch praktische Konsequenzen hat. Es muss also eine geeignete Mischung zwischen Belohnung der Investitionen und zufälliger Auswahl der Validierer gefunden werden. Zur Lösung dieses Problems wurden diverse Modelle vorgeschlagen (z.B. "Coin Age Based Selection Processes"). Ein weiteres Problem tritt auf, wenn die selektierten Validierer nicht online sind oder die erforderten Berechnungen nicht durchführen. Das kann allerdings einfach durch Back-up-Validierer gelöst werden.

Fazit

Die Blockchain-Welt bedient sich einer jungen und äusserst dynamischen Technologie. Im Grossen und Ganzen könnte man sagen, dass wir uns noch in der Experimentier- und Konzeptfindungsphase befinden. Die ökonomischen, ökologischen und sozialen Probleme, die auftauchen, können durch neue Konzepte gelöst werden, doch diese kämpfen wiederum mit eigenen Schwierigkeiten.

Mittlerweile hat sich "Proof of Stake" stärker durchgesetzt, obschon geläufige Kryptowährungen wie Bitcoin immer noch auf dem alten Vorgehen basieren. Bekannte Beispiele von neueren Anwendungen sind bei Ethereum (mit einem System namens Casper), Peercoin, Lisk und Nxt zu finden. Wir können uns aber sicher sein, dass in den nächsten Jahren immer noch munter weiter experimentiert wird und neue Ideen den Diskurs prägen werden.

Wichtig ist allerdings zu verstehen, dass alle Teilnehmenden am Markt mit ihren Investitionen direkt Einfluss darauf nehmen können, welche der Systeme weiter gefördert werden und welche nicht. Höhere Investitionen implizieren nämlich einen höheren Marktwert des Netzwerks, was wiederum mehr Akteure anzieht – man spricht hier von positiven Feedback Loops. Wenn Sie also demnächst mit Blockchains arbeiten oder in Kryptowährungen investieren möchten, dann können Sie die Welt mitbeeinflussen, indem Sie sich von Ihrem ethischen Gewissen leiten lassen.

Quellen und weiterführende Informationen

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Autor/in
Yoshija Walter

Dr. Yoshija Walter

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