Wie wird ein Datenblock in einer Blockchain gesperrt?

Obwohl die Blockchain-Technologie für einige ausschließlich wegen ihrer Beziehung zu Kryptowährungen wie Ether oder Bitcoin bekannt ist, ist sie nichts anderes als eine elektronische Reihe von gebundenen und nachgewiesenen Aufzeichnungen.

Zu den Vorzügen dieses digitalen „Hauptbuchs“ gehört, dass es fälschungssicher ist und sofort online aktualisiert werden kann. Diese Eigenschaften machen die Technologie ideal für die Datenüberprüfung, den Datenzugriff und die Identitätssicherung, die als die typischsten Anwendungsfälle der Blockchain gelten.

Da es sich bei der Blockchain um ein verteiltes Ledger handelt, ermöglicht sie viele spezifische Sicherheitsmaßnahmen gegen das “Sperren” von Datenblöcken, so dass die Integrität und Unveränderlichkeit gewahrt bleibt. Diese Fähigkeit wird häufig von Blockchain-Entwicklungsagenturen genutzt, um Sicherheitsprotokolle für ihre Kunden zu verstärken.

Aber wie wird ein Datenblock in einer Blockchain gesperrt? Und was bedeutet es eigentlich, Daten auf der Blockchain zu sperren?

Was ist ein Block in der Blockchain?

Ein Block ist buchstäblich ein digitaler Container, der eine bestimmte Datenmenge enthält. Jeder Block hat mehrere obligatorische Bestandteile, die ihn innerhalb der Kette funktionsfähig machen.

Zuerst gibt es den Block-Header, der die Zeit enthält, zu der der Block erstellt wurde, und einen Hash (einen speziellen Code), der ihn mit dem vorherigen Block verbindet.

Durch das schrittweise Hinzufügen jedes Blocks an den nächsten entsteht eine Kette, bei der jede Veränderung eines Blocks alle anderen ebenfalls betrifft.

Innerhalb des Blocks befinden sich die Transaktionsdaten, die Aufzeichnungen von Überweisungen, Tauschvorgängen oder anderen Aktionen innerhalb des Netzwerks sein könnten.

Wie Daten zu einem Block hinzugefügt werden

Haben Sie sich jemals gefragt, wie jeder zusätzliche Block, der zur Blockchain hinzugefügt wird, die Integrität der gesamten Kette stärkt? Tatsächlich ist es gar kein Geheimnis.

Sobald Daten in eine Blockchain aufgenommen werden, durchlaufen sie einige Schritte, die immer gleich sind. Zunächst stellen die Computer im Netzwerk, bekannt als Knoten (Nodes), Transaktionen zusammen und verifizieren sie.

Anschließend überprüfen Miner oder Validatoren jede Transaktion, um Fehler oder Betrug, wie beispielsweise doppelte Ausgaben, zu verhindern und sicherzustellen, dass sie den Blockchain-Vorgaben entspricht.

Wenn die Transaktionen verifiziert sind, werden sie in einem Muster/Rahmen namens Merkle-Baum positioniert. Diese Struktur kombiniert Paare von Transaktionszusammenfassungen zu einer einzigen Hauptzusammenfassung, die als „Root“-Hash bezeichnet wird.

Der Merkle-Baum sorgt für Ordnung und ermöglicht es, alle Transaktionen im Block zu überprüfen, ohne zu viel Platz zu beanspruchen. Nach diesen Schritten sind die Daten bereit, in die Blockchain versiegelt zu werden.

Hashing: Das digitale Schloss

Hashing ist eine Methode, um Daten mithilfe eines sicheren Algorithmus (SHA-256) in einen einzigartigen, festen Hash umzuwandeln. Dieser Hash fungiert als digitaler Fingerabdruck für die Daten, und selbst eine winzige Änderung in den Aufzeichnungen würde einen völlig anderen Hash erzeugen.

Zum Beispiel nimmt SHA-256 die Eingabedaten und erstellt einen 256-Bit-Hash, der jeden Block-Hash individuell macht.

Dieser einzigartige Hash „versiegelt“ den Block und schützt die Daten. Da jede Änderung der Daten zu einem neuen Hash führen würde, ist es leicht zu erkennen, ob jemand versucht, einen Block zu ändern.

Proof of Work (PoW) oder Proof of Stake (PoS): Der Konsensmechanismus

Konsensmechanismen sind Methoden, mit denen sich die Knoten in einem Netzwerk auf die Richtigkeit von Informationen einigen. Man kann sich das wie eine Gruppe von Freunden vorstellen, die entscheiden, ob sie eine Party besuchen oder nicht.

Die Gruppe könnte abstimmen, einer könnte die Entscheidung basierend auf den Meinungen der anderen treffen, oder sie könnten sich abwechseln. All dies sind unterschiedliche Wege, um zu einer gemeinsamen Entscheidung zu kommen.

Dasselbe gilt für die Blockchain. Verschiedene Konsensmechanismen folgen jedoch unterschiedlichen Pfaden:

Proof of Work (PoW): Sicher, aber energieintensiv

Beim Proof of Work kämpfen die Teilnehmer darum, komplexe mathematische Rätsel mit ihren Computern zu lösen. Der Erste, dem dies gelingt, darf einen neuen Block hinzufügen und eine Belohnung einstreichen.

PoW ist äußerst ressourcenintensiv, da es viel Energie benötigt. Trotzdem schützt es das Netzwerk vor Personen mit Sabotageabsichten.

Um einen Block zu ändern, müsste ein Hacker die Arbeit für diesen und alle nachfolgenden Blöcke erneut erledigen, was die Manipulation der Daten sehr unattraktiv macht.

Proof of Stake (PoS): Ressourcenfreundlich, aber riskanter

Proof of Stake geht einen anderen Weg. Bei diesem Mechanismus werden Validatoren basierend auf der Menge an Vermögenswerten ausgewählt, die sie besitzen und als Einsatz „wägen“.

Je mehr Coins ein Validator hält und setzt, desto wahrscheinlicher wird er ausgewählt, um die Gültigkeit des nächsten Blocks zu bestätigen.

Diese Methode ist viel ressourcenschonender als PoW, da sie nicht von hohen Rechenleistungen abhängig ist.

PoS schützt das Register, indem es Validatoren dazu zwingt, ihre eigenen Vermögenswerte zu riskieren, was einen starken Anreiz schafft, sich an die dezentralisierten Prinzipien zu halten und ehrlich zu handeln.

In Verbindung mit Smart Contracts kann PoS automatisierte Transaktionen ermöglichen, die nur wenig menschliche Aufsicht erfordern.

Verknüpfung von Blöcken durch Hash-Pointer

Die Sicherheit der Blockchain ergibt sich aus der Verknüpfung der Blöcke durch Hash-Pointer, die jeden Block mit dem eindeutigen Hash des vorhergehenden Blocks verbinden und so eine robuste, unveränderliche Kette schaffen.

Unveränderlichkeit bedeutet, dass, wenn jemand versucht, die Daten in einem Block zu ändern, auch der Hash verändert wird, was die Verbindung zum nächsten Block bricht und zeigt, dass eine Manipulation stattgefunden hat.

Diese verknüpfte Kette von Hashes bildet die Grundlage der Sicherheit in einer Blockchain, da sie eine unzerbrechliche Abfolge schafft, die jeden Block an seinem Platz hält und jede Änderung der Daten äußerst erschwert.

Digitale Signaturen und Sicherheit

Digitale Signaturen bestätigen, dass Transaktionen echt und genehmigt sind. Jedes Mitglied einer Blockchain besitzt zwei Schlüssel: einen privaten Schlüssel, mit dem es Transaktionen signiert, und einen öffentlichen, mit dem andere die Echtheit der Transaktion überprüfen können.

Kurz gesagt, nur die Person mit dem privaten Schlüssel kann eine Transaktion initiieren, und die digitale Signatur beweist, dass sie echt ist.

Durch die Nutzung digitaler Signaturen schützt die Blockchain die Daten und bestätigt die Identitäten aller Beteiligten, was jedem ausgeführten Vorgang eine starke Sicherheit und Vertrauensbasis hinzufügt.