Blockchain ist eine Art einer breiteren Klasse von Datenspeicher- und Synchronisationstechnologie, die als Distributed Ledger Technology (DLT) bezeichnet wird. Das Hauptmerkmal der gesamten Klasse der Distributed-Ledger-Technologie ist das Fehlen einer zentralen Kontrolle. Jeder Knoten in einem verteilten System (bestehend aus zugehöriger Software und der Registry selbst) nimmt unabhängig von anderen Knoten Einträge in seiner Version der Registry vor und synchronisiert sich mit ihnen innerhalb eines Peer-to-Peer-Netzes. Eine Besonderheit der Blockchain als eine Art verteiltes Register besteht darin, dass die Datensätze in einer inkrementellen Blockchain unter Verwendung kryptografischer Algorithmen miteinander verknüpft werden, daher der Name (Blockchain).
Die Blockchain ist also eine dezentrale Datenbank, in der alle Datensätze in Blöcken gesammelt und durch Kryptografie miteinander verknüpft werden. Zusätzlich zu den Datensätzen (oder Transaktionen) selbst und der Blockkennung enthält der Block die Hash-Summen des aktuellen und des vorherigen Blocks. Sie sind das Ergebnis der Berechnung von kryptographischen Hash-Funktionen. Die Hash-Funktionen in einer Blockchain sorgen in Verbindung mit ihrer verteilten Architektur dafür, dass die gesamte Kette der Blöcke und Transaktionen unveränderlich und unumkehrbar ist.
Neben den Hash-Funktionen spielen bei der Blockchain auch eine Reihe mathematischer Regeln und Funktionen, der sogenannte Konsensalgorithmus, eine wichtige Rolle. Der Hauptzweck des Konsensalgorithmus besteht darin, die Blockchain zu erstellen und mit allen Teilnehmern des Netzwerks zu synchronisieren. Die Blockchain-Datenbank wird von einer unbegrenzten Anzahl von Blockchain-Netzteilnehmern in speziellen Knoten des Netzes (den sogenannten Konsensknoten oder Mining-Knoten) gespeichert.
Die Teilnehmer sind nicht im Voraus bekannt und können sich jederzeit anschließen oder abmelden. Ein Konsensalgorithmus sorgt dafür, dass sich alle Teilnehmer des Netzes auf den aktuellen Stand der Datenbank einigen. Die Arbeit, neue Transaktionen zu Blöcken zusammenzufassen und Hash-Funktionen zum Schutz der Blockchain zu berechnen, wird ebenfalls von Konsensknoten erledigt, die in der Regel mit einem digitalen Vermögenswert (z. B. einer Kryptowährung, mit der Sie auf Trading Plattform handeln können) belohnt werden. All diese Merkmale, einschließlich der wirtschaftlichen Motivationsmechanismen für Blockchain-Teilnehmer, haben zur Entwicklung spezieller Konsensalgorithmen geführt, die sich von den konsensbasierten verteilten Systemen unterscheiden, die vor der Einführung der Blockchain verwendet wurden.
Durch die Kombination der Eigenschaften eines verteilten Registers mit einer Blockchain-basierten Datenstruktur, die auf kryptografischer Konnektivität beruht, setzt Blockchain zwei der drei Schlüsselaspekte der Informationssicherheit effektiv um: Informationsintegrität und Zugänglichkeit. Die dezentrale Topologie und die kryptografischen Mechanismen machen die böswillige Manipulation von Informationen extrem kostspielig und schwierig, und die Informationen selbst bleiben für alle Teilnehmer zugänglich, wenn sich die Größe des Blockchain-Netzwerks erheblich ändert. Das traditionelle Modell eines dezentralisierten öffentlichen Blockchain-Netzwerks, das aufgrund seiner Architektur und Ideologie für Transparenz sorgt und der Zensur widersteht, lässt jedoch den dritten Aspekt der Informationsgesellschaft – den Datenschutz – nicht zu. Aus diesem Grund und wegen Problemen mit der Skalierbarkeit hat sich das private Blockchain-Modell durchgesetzt.
Eine private Blockchain zeichnet sich in erster Linie durch ein Netzzugangsmodell aus, bei dem genau definierte Teilnehmer das Recht haben, Änderungen am Register vorzunehmen. Außerdem ist der Zugang zum Lesen von Registrierungseinträgen in der Regel eingeschränkt. Eine private Blockchain unterscheidet sich ideologisch von einer öffentlichen Blockchain. Ein solches Netz hat einen Betreiber und kann nicht mehr dezentralisiert, sondern nur noch verteilt sein. Eine private Blockchain ermöglicht jedoch die Vertraulichkeit von Aufzeichnungen, da der Zugang nun gemäß den Sicherheitsrichtlinien gewährt wird. Solche Netze werden immer häufiger als Infrastruktur für Unternehmens- und Regierungsaufgaben eingesetzt.
Es gibt ein hybrides Blockchain-Modell, das beide Ansätze kombiniert. Private Netzwerkdatensätze oder deren Metadaten können zusätzlich in einer öffentlichen Blockchain gespeichert werden, was zusätzliche Fehlertoleranz für das gesamte Register bietet.
Aus der Sicherheitsperspektive sollte die Blockchain nicht als eigenständige Technologie bewertet werden, sondern eher als Infrastrukturschicht für ein bestimmtes Szenario – eine Datenbank für ein Unternehmensinformationssystem, eine Ausführungsumgebung für eine dezentrale Anwendung oder einen intelligenten Vertrag usw. Die Analyse zahlreicher Vorfälle im Zusammenhang mit Blockchain-Lösungen zeigt, dass der anfälligste Teil oft nicht das Blockchain-Netzwerk ist, sondern die damit verbundenen Komponenten und Informationssysteme.
Die Geschichte der öffentlichen Blockchain ist untrennbar mit Kryptowährungen verbunden. Als technologisches Phänomen im Allgemeinen erlangte die Blockchain mit der ersten Kryptowährung, Bitcoin, an Popularität. Wie das zugrunde liegende Szenario, das die Technologie in ihrer heutigen Form geformt hat, entwickeln Kryptowährungen und verwandte Finanzinstrumente die Technologie aktiv weiter und beheben die architektonischen Beschränkungen der frühen Implementierungen. Andererseits hat Kapital schon immer die Aufmerksamkeit von Angreifern auf sich gezogen, und öffentliche Blockchain-Netzwerke, die digitale Vermögenswerte generieren und bereitstellen, sind ständig einer Vielzahl von Angriffen ausgesetzt. Die häufigsten Angriffe haben keine direkten Auswirkungen auf Blockchain-Netzwerke. Sie zielen darauf ab, Vermögenswerte zu stehlen, auf die mit einem privaten Schlüssel zugegriffen wird.
Ein privater Schlüssel wird vom Nutzer generiert und ermöglicht den Zugriff auf eine Adresse in der Blockchain, unter der das digitale Gut gespeichert werden kann. Da der Nutzer den Wert des privaten Schlüssels kennt, ist er tatsächlich Eigentümer des ihm zugewiesenen digitalen Vermögenswerts und kann über diesen verfügen. Der öffentliche Schlüssel wird als Adresse der Blockchain oder der Brieftasche sowie zur Authentifizierung der Signaturen von Informationen in anderen Blöcken durch andere Teilnehmer des Netzwerks verwendet. Mit einigen Annahmen kann man sagen, dass das Paar aus öffentlichem und privatem Schlüssel die Blockchain-Wallet ist.