Moment, was? Jetzt gibt es sogar verschiedene Arten von Blockchains? Ja, die gibt es.
Da die überwiegende Mehrheit unter dem Begriff Blockchain lediglich Bitcoin versteht, ist es von umso größerer Bedeutung, die unterschiedlichen Arten der Blockchain zu kennen und zu wissen, welcher Typ zu welchem Anwendungsfall passt. Welches sind die unterschiedlichen Arten der Blockchain, wodurch unterscheiden sie sich und was sind mögliche Vor- und Nachteile?
Blockchain Grundlagen
Die Blockchain ist derzeit ein dominierendes Tech-Thema. Wir haben die Blockchain und dessen Vorteile in unser Ranking der wichtigsten Tech-Trends aufgenommen.
Seid ihr neu im Bereich Blockchain? Dann empfehlen wir euch unseren Beginner‘s-Guide für eine einfache Einleitung in das Thema. Hier erläutern wir viele Dinge wie die Funktionsweise der Blockchain, entsprechende Anwendungsgebiete wie Smart-Contracts, Cybersicherheit oder Kryptowährungen sowie vieles mehr. Wir freuen uns, euch die Blockchain näherbringen zu dürfen.
Grundlegend muss zwischen vier unterschiedlichen Blockchain-Strukturen unterschieden werden: Public, Private, Consortium und Hybrid. Darüber hinaus muss zwischen genehmigungsfrei und genehmigungspflichtig
(engl.: Permissionless; Permissioned) unterschieden werden. Genehmigungsfreie Blockchains erlauben es einem beliebigen Nutzer, ohne Prüfung oder ähnliches am Netzwerk teilzunehmen, sprich ein Knoten dieses Netzwerks zu werden. Im gegenteiligen Fall, der genehmigungspflichtigen Blockchain, können Nutzer bereits beim Beitritt oder anschließend als Teil des Netzwerks eingeschränkt werden. Auch ist man in der genehmigungsfreien Blockchain anonym, während dies bei der genehmigungspflichtigen Blockchain in der Regel nicht der Fall ist.
Genehmigungsfrei vs. Genehmigungspflichtig
Begutachtet man die Sicherheit, sind genehmigungsfreie Blockchains tendenziell sicherer. Dies liegt daran, dass es viele Knoten gibt, die Transaktionen und die gesamte Datenbank validieren. Absprachen sind dahingehend nahezu unmöglich, wodurch die Blockchain nahezu fälschungssicher ist. Je weniger Knoten in einer Blockchain vorhanden sind, desto einfacher ist es für böswillige Akteure, Absprachen zu treffen. Daher müssen die Verwalter privater Blockchains sicherstellen, dass die Knoten, die Blöcke hinzufügen und verifizieren, äußerst vertrauenswürdig sind. Darüber hinaus ist der Beitritt für Dritte in das System tendenziell einfacher, dies kann ebenfalls von Vorteil sein.
Ein Negativpunkt der genehmigungsfreien Blockchains sind die aufgrund der großen Anzahl von Knoten und der Größe der Transaktionen auftretenden langen Transaktionszeiten sowie der hohe Energieverbrauch. Da der Zugang zum Netzwerk bzw. Rechte im Netzwerk beschränkt sind, gibt es weniger Knoten, was zu einer geringeren Verarbeitungszeit pro Transaktion führt. Hierdurch können genehmigungspflichtige Blockchains effizienter sein.
Die 4 Blockchain-Typen im Überblick
Public Blockchains
Erkennen kann man öffentliche Blockchains an einer dezentralen Struktur sowie dem Merkmal, dass sie von Natur aus erlaubnisfrei sind, es demnach jedem erlaubt ist, sich anzuschließen. Alle Knoten haben das gleiche Recht, auf die Blockchain zuzugreifen, neue Datenblöcke zu erstellen und diese zu validieren. Bitcoin und Ethereum sind die bekanntesten öffentlichen Blockchains. Ein Beitritt ist dabei für Jedermann möglich, auch hat jeder Knoten die gleiche Anzahl Stimmen.
Vorteile:
- Dank der dezentralen Struktur haben es böswillige Akteure schwierig, die Kontrolle über das System zu erlangen. Das Netzwerk ist durch den Prozess des Proof-of-Work bzw. Proof-of-Stake vertrauenswürdig.
- Durch den im Vergleich zu privaten Blockchains einfache Zutritt ermöglicht eine stärkere Ausbreitung des Systems. Davon profitiert das System selbst als auch die Nutzer – Stichwort Netzwerkeffekt. Hierdurch kann das Netzwerk breiter angewandt werden und ist zugleich sicherer, da es schwieriger gehackt werden kann.
- Da die öffentliche Blockchain eine hohe Transparenz aufweist, können gefälschte Transaktionen nicht angezeigt werden oder bestehende verborgen werden.
Eine exzellente Erläuterung zu Proof-of-Work und Proof-of-Stake findet ihr in diesem YouTube-Video. Der Übergang von Proof-of-Work hin zu Proof-of-Stake benötigt nicht nur weniger Energie, sie ist auch sicherer und kann die TPS erhöhen.
Übrigens: Eine allgemeine Gegenüberstellung von Vor- und Nachteilen der Blockchain findet ihr hier bei uns im Blog.
Nachteile:
- Ein Nachteil sind die geringen TPS (Transactions per second) bei öffentlichen Blockchains. Ein Vergleich zwischen öffentlichen Blockchains wie Bitcoin oder Ethereum und dem VISA Netzwerk zeigt den Unterschied: Während Bitcoin und Ethereum jeweils auf 7- bzw. 15 TPS kommen, liegt das VISA-Netzwerk bei 24.000 TPS.
- Die langsamen Verarbeitungsraten der Public Blockchains führen auch zu einer geringeren Skalierbarkeit. Grund hierfür ist, dass das Wachstum des Netzwerks der Fähigkeit des Netzwerks, Transaktionen zu bearbeiten, schadet. Immer mehr Transaktionen stauen sich an und können nicht bearbeitet werden. Mit Proof–of–Stake oder anderen algorithmischen Änderungen kann man die Transaktionen/Sekunde erhöhen, etwas, das derzeit besonders das Ethereum-Netzwerk anstrebt.
- Zuletzt ist der hohe Energieverbrauch als negativ anzusehen. Zwar sind Public Blockchains unglaublich sicher, zugleich ist der Prozess des Proof-of-Work sehr energieaufwendig. Dies ist nicht nur aus ökologischer, sondern auch aus wirtschaftlicher Sicht bedenklich. Eine sehr anschauliche Aufschlüsselung des Energieverbrauchs des Bitcoins mit passenden Beispielen hat die New York Times vergangenes Jahr veröffentlicht.
Was ist Off-Chaining?
Im öffentlichen Hauptbuch der Blockchain gelten Transaktionen erst als gültig, wenn sie dort abgespeichert sind und von einer definierten Anzahl von Teilnehmern authentifiziert und validiert wurden. Bei Off-Chain-Transaktionen hingegen nutzt eine App zwar die Funktionen der Public Blockchain, speichert jedoch die „geheimen“ Daten außerhalb des öffentlichen Bereichs. Die eigentliche Transaktion findet außerhalb der Blockchain statt und kann entweder von einem temporären „Dritten“ oder durch die Definition von Smart Contracts abgewickelt werden.
Dieser Ansatz wird von Unternehmen wie PayPal genutzt, um Transaktionen in Echtzeit durchzuführen, ohne den länger dauernden Prozess durchlaufen zu müssen, der bei herkömmlichen Transaktionen auf der Blockchain erforderlich ist.
Im Gegensatz zur Private Blockchain sind in einer öffentlichen Blockchain nicht alle Teilnehmer bekannt. Teilnehmer können anonym an Governance Entscheidungen teilnehmen, sich DAOs anschließen oder Belohnungen fürs Staking von Tokens erhalten, indem sie sich an Proof-of-Stake oder anderen Konsensverfahren beteiligen. Das Konsensverfahren stellt sicher, dass sich jeder Teilnehmer gemäß dem zugrundeliegenden Protokoll verhält und die Regeln der Blockchain einhält.
Konsensus in öffentlichen Blockchains
In der öffentlichen Blockchain gibt es keine einzelne Person oder Gruppe, die für die Kontrolle verantwortlich ist. Stattdessen erfolgt die Entscheidungsfindung und Verifizierung von Transaktionen durch verschiedene Konsensmechanismen wie Proof-of-Work oder Proof-of-Stake.
Der Konsensus spielt eine wichtige Rolle in der Blockchain, da er sicherstellt, dass alle Transaktionen gültig sind und alle Teilnehmer Zugang zu allen Daten haben. Nur gültige Transaktionen werden in der Blockchain gespeichert und ihre Gültigkeit wird durch den Konsensus bestimmt.
Der Proof-of-Work-Algorithmus (PoW) wird beispielsweise in der Bitcoin-Blockchain eingesetzt und auch andere Blockchains wie Ethereum nutzen mittlerweile PoW sowie andere Technologien. Bei der Erstellung eines Konsenses und der Bestätigung einer Transaktion in der Blockchain arbeitet PoW durch das Lösen einer Rechenaufgabe. Dies erfordert eine hohe Rechen- und Ressourcenleistung der Knoten, was zu erhöhten Strom- und Hardwarekosten führt.
PoS wird unter anderem in Ethereum 2.0 als Konsensusmechanismus verwendet. Im Gegensatz zu PoW soll PoS erheblich weniger Strom- und Ressourcenkosten verursachen, da die Knoten keine hohe Rechenleistung benötigen.
Im PoS-Mechanismus wird nicht die Leistung eines Knotens zur Bestimmung des Konsensus genutzt, sondern eine Zufallsauswahl in Kombination mit einer Gewichtung entscheidet, welcher Knoten das Rechenrätsel lösen darf. Damit bestimmte Knoten Transaktionen in der Blockchain validieren können, müssen sie über eine bestimmte Anzahl von Token oder Coins verfügen.
Private Blockchains
Im Gegensatz zu öffentlichen Blockchains sind private Blockchains durch einen zentralen bzw. nur teilweise dezentralen Charakter gekennzeichnet. Hierdurch können sie vollständig durch eine einzige Organisation kontrolliert werden. Ebendiese zentrale Organisation bestimmt, wer ein Knoten sein darf und wer nicht. Darüber hinaus können sich die Rechte der einzelnen Knoten unterscheiden – welcher Knoten welche Rechte zur Ausführung von Aktionen hat, wird durch die zentrale Organisation entschieden.
Vorteile:
- In der Regel schnellere Validierungszeiten, da weniger Knoten. Die Probleme, die unter anderem das Ethereum-Netzwerk betreffen, kommen hier nicht oder kaum vor. Bei privaten Blockchains sind TPS-Geschwindigkeiten im vier- bis sechsstelligen Bereich möglich.
- Stärkere Kontrolle über das System, hiervon profitieren insbesondere Unternehmen. Möchte man beispielsweise Personen einzeln identifizieren oder bestimmte Dinge steuern können, ist ein privates Netzwerk von Vorteil. Rechte können individuell vergeben werden, so behält man die Kontrolle über das Netzwerk. Hierdurch kann das Netzwerk auch nahezu beliebig skaliert werden – ein weiterer Vorteil.
Nachteile:
- Größter Nachteil einer privaten Blockchain ist das möglicherweise mangelnde Vertrauen in diese. Hier liegt meist kein offenes Hauptbuch vor, somit ist die Sicherheit und Legitimität eines jeden Nutzers nicht unabhängig gesichert.
- Auch das Risiko einer Sicherheitsverletzung ist im Falle von privaten Blockchains höher. Teilweise kann ein einzelner Knoten über die Rechte oder Validierung der Transaktionen anderer Knoten bestimmen. Dies beherbergt Risiken, hauptsächlich im Hinblick auf menschliches Versagen oder böswilliges Verhalten.
Consortium Blockchains
Hierbei handelt es sich um ein sogenanntes halbdezentrales Netzwerk, bei welchem nicht nur eine, sondern mindestens zwei Organisationen das Blockchain-Netzwerk verwalten. Im Hinblick auf die Vor- und Nachteile hat man auch hier eine Mischung beider Netzwerke. Auf der einen Seite liegt eine geringere Sicherheit vor, da Transaktionen erneut nur von wenigen Knoten validiert werden, auf der anderen Seite kann das System jedoch besser skaliert werden und die TPS sind höher. Halbdezentrale Netzwerke werden beispielsweise von Banken oder Behörden genutzt.
Hybride Blockchains
Der hybride Ansatz besteht aus einer Kombination aus einer privaten und einer öffentlichen Komponente. Hier werden die Merkmale beider Arten von Blockchains genutzt. Grundlegend bestehen beim Aufbau hybrider Blockchains zwei Möglichkeiten:
Privates, genehmigungsbasiertes System
Öffentliches, genehmigungsfreies System.
Bei hybriden Systemen können die einzelnen Nutzer kontrollieren, ob und wie Zugriffsrechte vergeben werden, sprich, wer Zugriff auf die in der Blockchain gespeicherten Daten erhält.
Ein zentraler Vorteil des hybriden Netzwerks ist die Flexibilität. So können die Nutzer mehrere öffentliche Blockchains mit einer privaten Blockchain verbinden. Hiermit können gezielt die Vorteile der beiden Netzwerkarten genutzt werden. Eine Transaktion in einem privaten Netzwerk, einer hybriden Blockchain, wird i.d.R. innerhalb dieses Netzwerks überprüft. Sie kann aber auch in eine öffentliche Blockchain gegeben werden, wodurch diese hier überprüft wird. Da hier mehr Knoten zur Verifizierung eingebunden werden, erhöht sich die Sicherheit und Transparenz des Netzwerks.
Warum brauchen wir verschiedene Arten von Blockchains?
Ziele einer Blockchain sind die Durchführung von Transaktionen sowie der Austausch von Informationen über ein sicheres Netzwerk. Nichtsdestotrotz unterscheiden sich die Anforderungen an das Netzwerk, weshalb verschiedene Blockchains notwendig sind. Faktoren, die Unterschiede in Netzwerken verursachen:
- Kontrolle über das Netzwerk
- Notwendigkeit einer öffentlichen Validierung
- Höhe der TPS
- Vertrauenswürdigkeit und Sicherheit
Ein praktisches Beispiel stellen die Anforderungen an die Blockchain und die DLT-Technologie seitens des Ethereum-Netzwerks und des Netzwerks einer Bank dar. Während Ethereum eine möglichst große Menge Nutzer auf dem gesamten Planeten in sein Netzwerk einbinden möchte, hat eine Bank möglicherweise andere Pläne. Eine Bank strebt möglicherweise ein eingeschränktes Netzwerk an, in welchem nur die autorisierten Mitglieder der Bank Zugang zu vertraulichen und sensiblen Informationen haben. Durch die Kontrolle über Rechte- und Zugänge kann die Bank lediglich vertrauenswürdigen Personen den Zugriff auf Ihr Netzwerk gewähren und den Umfang ihrer privaten Blockchain auch geografisch festlegen. Diese Freiheiten existieren mit einer Public Blockchain nicht.
Wichtig ist dahingehend, keinen Arten der Blockchain per se auszuschließen oder für „schlecht“ zu befinden. Jeder Typ hat seine Vor- und Nachteile sowie bestimmte Anwendungsgebiete, in welchen er der Champion ist. Es gilt zu verstehen, wann welcher Typ der Blockchain zur Anwendung kommen kann und sollte, um so bestmögliche und idealerweise fehlerfreie Lösungen bereitstellen zu können.
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Was sind Smart Contracts?
Smart Contracts sind in Unternehmen und Organisationen ein zentraler Anwendungsbereich der Blockchain-Technologie. Sie haben maßgeblichen Einfluss auf die Entscheidung für einen bestimmten Blockchain-Typen, insbesondere bei privaten oder föderierten Blockchains.
Innerhalb einer Blockchain können Smart Contracts entwickelt werden. Dabei handelt es sich um digitale Verträge, die auf Computerprotokollen basieren und Abläufe im Geschäftsleben automatisieren können. Diese intelligenten Verträge sind effizienter und kostengünstiger als manuelle Prozesse.
Smart Contracts nutzen die Vorteile der Blockchain-Technologie und sind deshalb besonders sicher, transparent und verlässlich. Obwohl sie derzeit noch nicht gesetzlich bindend sind, könnten sie aufgrund der fortschreitenden Technologie bald auch rechtliche Gültigkeit erlangen.
Ist Blockchain die Technologie der Zukunft?
Blockchain-Technologie hat das Potenzial, eine wichtige Rolle in der Zukunft zu spielen. Es ermöglicht eine sichere und transparente Aufzeichnung von Transaktionen, was in verschiedenen Branchen wie Finanzen, Gesundheitswesen und Logistik Anwendung finden kann. Die Dezentralisierung der Blockchain bietet auch mehr Sicherheit und Vertrauen, da keine zentrale Instanz Kontrolle über die Daten hat. Obwohl es noch einige Herausforderungen gibt, wie die Skalierbarkeit und die Akzeptanz durch die breite Öffentlichkeit, gibt es bereits zahlreiche Unternehmen und Organisationen, die die Technologie erfolgreich nutzen. Ob Blockchain die Technologie der Zukunft sein wird, bleibt abzuwarten, aber es ist sicherlich eine vielversprechende Technologie, die weiterentwickelt wird und in vielen Bereichen Anwendung finden kann.
Fazit
Dank innovativer Entwicklungen lässt sich die Frage „Welche Blockchains gibt es?“ am besten folgendermaßen beantworten: Es gibt für jedes Problem und jede Anwendung den passenden Blockchain-Typ. Die Digitalisierung hat zu einer wachsenden Bedeutung von Distributed-Ledger-Technologien wie der Blockchain geführt und viele neue Anwendungsmöglichkeiten hervorgebracht.
Unternehmen können frei entscheiden, ob sie eine offene oder geschlossene, permissioned oder permissionless oder konsortiale Blockchain-Lösung benötigen. Es gibt zahlreiche neue Blockchain-Typen mit verschiedenen Konsensusverfahren und innovativen dezentralen Anwendungen, die die Akzeptanz von Blockchain-Technologien steigern.
Es gibt bereits vorgefertigte Frameworks und Infrastrukturen, aber Unternehmen haben auch die Möglichkeit, eine eigene Blockchain mit Open-Source-Technologie oder eigenem Wissen aufzusetzen.
