Dialogic Blockchain Serie #1

Wie funktioniert eine Blockchain? Teil 1: Fingerabdruck

Ein Fingerabdruck ist einzigartig. Wenn Sie den Fingerabdruck einer Person haben, können Sie leicht überprüfen, ob dieser Fingerabdruck zu einer bestimmten Person gehört. Wenn Sie nur einen Fingerabdruck haben, ist es (ohne zuvor gesammelte Liste von Fingerabdrücken) praktisch unmöglich, die Person nur anhand des Fingerabdrucks zu identifizieren, ohne alle Fingerabdrücke aller Personen durchzugehen. Mathematisch gesehen können Sie auch den Fingerabdruck einer Informationsquelle bestimmen.

Hash

Ein solcher digitaler Fingerabdruck, auch bekannt als Hash, bildet die Grundlage einer Blockchain. Um zu verstehen, warum digitale Fingerabdrücke so wichtig sind, ist es wichtig zu verstehen, wie sie funktionieren.

Jeder kann den digitalen Fingerabdruck einer Informationsquelle bestimmen, indem er eine (komplexe) mathematische Berechnung durchführt. Dabei spielt es keine Rolle, wie lang die Information ist (genauso wie Fingerabdrücke von Menschen nicht spezifisch von ihrer Länge abhängen!). Wenn Sie die Information und den Fingerabdruck haben, können Sie leicht überprüfen, ob sie zusammengehören.

Bei Bitcoin, einer Blockchain für finanzielle Transaktionen, wird die sogenannte ‘SHA-256’-Hashmethode verwendet. Sie können den SHA-256-Fingerabdruck eines Textstücks beispielsweise selbst hier berechnen. Der Hash des Textes "Tommy" lautet beispielsweise:

5bee7cef227fe327178bd04bb7cc75ba9a36f1b8867ba1025430761a226539e9.

Nun ändern wir den Großbuchstaben in einen Kleinbuchstaben: Was ist der Hash von “tommy”?

044f4b3501cd8e8131d40c057893f4fdff66bf4032ecae159e0c892a28cf6c8e

Auch wenn sich nur ein Buchstabe unterscheidet, ist der Fingerabdruck völlig anders! Nicht unlogisch: Der Fingerabdruck von dir und deinem Bruder oder deiner Schwester wird, auch wenn ihr euch sehr ähnelt, ebenfalls komplett verschieden sein.

Wenn ich Ihnen nur den Hash “044f4b..” von oben geben würde, dann wäre die einzige Methode, herauszufinden, zu welchem Text er gehört, das Durchprobieren aller möglichen Texte. Erst nach vielen Versuchen würden Sie herausfinden, dass der Fingerabdruck zum Text "tommy" gehört. Mathematiker nennen die Fingerabdruckmethode deshalb one-way: Den Fingerabdruck einer Information zu berechnen ist einfach, aber die Information bei einem Fingerabdruck zu finden, ist praktisch unmöglich.

Proof of work

Die Zufälligkeit der Hashes ermöglicht es, sie für eine interessante Anwendung zu verwenden. Wie Sie oben gesehen haben, sind die Buchstaben und Zahlen im Fingerabdruck sehr zufällig. Mathematisch gesehen ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Fingerabdruck eines bestimmten Textstücks mit einer ‘0’ beginnt, 1 zu 16. Wenn ich Sie bitte, einen Text zu finden, dessen Hash mit einer ‘0’ beginnt, werden Sie im Durchschnitt sechzehn Texte ausprobieren müssen (und wenn Sie Pech haben, mehr!). Wenn ich Sie um einen Hash bitte, der mit zwei Nullen beginnt, kostet Sie das im Durchschnitt 16 x 16 = 256 Versuche; denn wenn die erste Zahl eine ‘0’ ist, besteht nur eine Chance von 1/16^e, dass die zweite Zahl null ist.

Die Anzahl der Nullen, mit denen ein Hash beginnt, gibt also Auskunft über die Anzahl der Texte, die Sie (im Durchschnitt) ausprobieren mussten, bevor Sie auf diesen Hash gestoßen sind. Ein solcher Hash kann also als eine Art ‘Beweis der Arbeit’ (proof of work) verwendet werden. Wenn Sie mir einen Text zeigen, dessen Hash mit zwei Nullen beginnt, weiß ich, dass Sie ungefähr 256 Mal einen Hash berechnen mussten.

Nun zurück zur Blockchain: Was bringen uns diese Fingerabdrücke? In der Blockchain werden nur neue Blöcke akzeptiert, wenn Sie nachweisen können, dass Sie eine bestimmte Menge an Rechenleistung erbracht haben. Das verhindert, dass jeder einfach Blöcke hinzufügen kann: Rechenleistung kostet Geld und das Rechnen selbst kostet Zeit. Da es sehr teuer ist, immer mehr Rechenleistung als die anderen Teilnehmer zu haben, ist es praktisch unmöglich, die Kontrolle über eine Blockchain allein zu erlangen!