Peer to Peer Network in Bitcoin

Peer-to-Peer-Architektur kann auf vielfältige Weise entwickelt und genutzt Bitcoin definierte Satoshi Nakamoto es als ein “Peer-to-Peer Electronic Cash System. Prominente Beispiele sind das Lightning Network, Ethereum Plasma, und.
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Potenziale sehen Befürworter zudem im Rechtswesen, in der Energiewirtschaft sowie in der öffentlichen Verwaltung. Wir erklären Ihnen, wie Blockchains funktionieren und warum die Technologie Prozesse wie den Werteaustausch im Internet in Zukunft schneller, flexibler und kosteneffizienter gestalten könnte. Bei einer Blockchain handelt es sich um eine dezentrale Datenstruktur in Form einer kontinuierlich erweiterbaren Aneinanderreihung von Datenblöcken, die Transaktionen in zeitlicher Reihenfolge nachvollziehbar und unveränderlich aufzeichnen.

Stellen Sie sich die Datenblöcke einer Blockchain wie Glieder einer Kette vor, die in unveränderbarer Abfolge ineinander greifen. Realisiert wird eine solche Verkettung durch kryptografische Verfahren , die sicherstellen, dass neue Datenblöcke hinzukommen können, ohne dass ältere ersetzt oder verändert werden. Eine Blockchain wird im Laufe der Zeit somit immer länger. Eine Modifikation bereits abgespeicherter Informationen ist nicht möglich. Ein zentrales Anwendungsgebiet der Blockchain-Technologie ist die Dokumentation von Transaktionen.

Veranschaulichen lässt sich dies an folgendem Beispiel:. Paul hat sich einen neuen Hut gekauft und möchte seine alte Mütze über eine Kleinanzeigenseite im Internet verkaufen. Beide einigen sich auf einen Preis von 10 Euro. Die Transaktion Mütze gegen Geld stellt Paul und Hugo jedoch vor ein Problem: Paul möchte Hugo die Mütze erst dann zuschicken, wenn er das Geld erhalten hat. Hugo jedoch ist es zu unsicher, in Vorleistung zu gehen. Was, wenn Paul am Ende nicht liefert? Ein Mittelsmann muss her. Um das Problem zu lösen, könnten sich Paul und Hugo an einen Bezahlanbieter wenden.

Eigenschaften

Dieser wickelt die Transaktion für beide Parteien transparent und sicher ab, dokumentiert den Vorgang und verlangt dafür Gebühren. Ein solcher Ablauf ist heute das Standardverfahren. Transaktionen in Blockchain-Netzwerken werden nicht von Drittparteien verifiziert, sondern durch ein gemeinschaftlich geführtes, fälschungssicheres Buchführungssystem, das Distributed Ledger. Schon heute stehen mit Bitcoin und Ethereum Blockchain-Anwendungen zur Verfügung, die Transaktionen wie die zwischen Paul und Hugo unterstützen. Um diese in Anspruch nehmen zu können, müssen Paul und Hugo lediglich der entsprechenden Community beitreten.

In der Regel genügt es, die Client-Software herunterzuladen und lokal auf dem Rechner zu installieren. Sowohl Pauls als auch Hugos Rechner werden damit zu Knoten eines Blockchain-Netzwerks. Bis zur Erfindung der Blockchain-Technologie beruhten Transaktionen im Internet auf dem Vertrauen in vermittelnde Instanzen.

Möchte ein Kunde Waren eines Onlinehändlers erwerben, müssen beide Parteien einem zentralen Mittelsmann vertrauen — beispielsweise einem Bezahlanbieter oder einer Bank. Voraussetzung ist die Gewissheit, dass dieser die gewünschte Transaktion korrekt ausführt. Problematisch wird eine solche Struktur jedoch dann, wenn der Mittelsmann durch seine zentrale Stellung in eine Machtposition gelangt, eigene Interessen vertritt und Transaktionen entsprechend zu steuern versucht. Ereignet hat sich eine solche Einflussnahme beispielsweise im Jahr , als der Bezahlanbieter PayPal das Konto der Enthüllungsplattform WikiLeaks sperrte.

Um das Internet demokratischer zu gestalten, arbeitet die kryptografische Community daher bereits seit Jahren an Netzwerkanwendungen nach dem Peer-to-Peer-Prinzip P2P , die Transaktionen ohne vermittelnde Instanz ermöglichen.

Peer to Peer (P2P)

Für Aufsehen sorgte unter anderem das kollaborative Filesharing-Protokoll BitTorrent, das ohne zentralen Server auskommt und einen weltweiten Datenaustausch unter anonymen Nutzern ermöglicht. Hinderlich für einen Werteaustausch im Internet jedoch ist das fehlende Vertrauen unter anonymen Nutzern. Als Lösungsvorschlag brachte der Computerwissenschaftler und ehemalige Juraprofessor Nick Szabo bereits die Blockchain-Technologie ins Gespräch. Seiner Ansicht nach beruhen Verträge sowohl auf gegenseitigem Vertrauen der Geschäftspartner als auch auf einem beiderseitig anerkannten rechtlichen Rahmen.

Zu Problemen käme es jedoch dann, wenn eine unterschiedliche Auffassung über die Auslegung bestimmter Paragrafen herrscht oder ein Geschäftspartner den anderen des Vertragsbruchs bezichtigt. Verträge der Zukunft sollten Szabo zufolge daher softwarebasiert sein. Aufgegriffen wurde dieser Ansatz von einem unbekannten Hacker, der sich Satoshi Nakamoto nennt.

Nakamoto kombinierte etablierte Technologien wie P2P, Hashing und Verschlüsslung und präsentierte ein kryptografisches Verfahren, das es ermöglicht, Datensätze irreversibel und fälschungssicher miteinander zu verketten. Auch die erste Anwendung der Blockchain-Technologie, die Peer-to-Peer-Währung Bitcoin, stammt aus Nakamotos Feder. Der Kryptowährung folgten weitere Anwendungen wie Ethereum, Ripple, TradeBlock und Dash.

Was ist eine Blockchain? Definition & Funktionsweise - IONOS

Die Blockchain-Technologie basiert auf dem Distributed-Ledger-Konzept. Technische Grundlage ist ein Computernetzwerk nach dem Peer-to-Peer-Prinzip. Lösungen zur Konsensbildung und Validierung greifen auf kryptografische Verfahren und Ansätze der Spieltheorie zurück. Bei einem Distributed Ledger auf Deutsch: verteiltes Kontobuch handelt es sich um ein öffentliches, dezentral geführtes Hauptbuch. Der Inhalt des Ledgers in der Regel eine Aneinanderreihung von Transaktionsdaten, die beispielsweise Kontobewegungen belegen wird in einem Computernetzwerk gemeinschaftlich erstellt. Eine Kopie des Datenbestands liegt auf jedem Knoten des Netzwerks vor.

Überweist Hugo Paul das Geld für die Mütze mithilfe einer Blockchain-Anwendung, wird diese Transaktion im Distributed Ledger gespeichert und ist fortan für alle Teilnehmer der entsprechenden Anwendung nachvollziehbar. Statt einer realen Währung wie Euro oder Dollar kommen in Blockchain-Netzwerken in der Regel digitale Währungsäquivalente wie Bitcoin , Ether , Litecoin oder Dash zum Einsatz. Das Distributed-Ledger-Konzept wird auf Basis von Peer-to-Peer-Netzwerken realisiert, die eine Kommunikation unter gleichrangigen Rechnern ermöglichen. Veränderungen am Datenbestand werden nur dann vorgenommen, wenn die am Netzwerk beteiligten Knoten zu einem Konsens kommen.

Digitale Werte werden in Blockchain-P2P-Netzwerken nicht von A nach B übertragen.


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Stattdessen halten sämtliche Teilnehmer eine Kopie aller Transaktionsdaten in anonymisierter Form vor, aus der zweifelsfrei hervorgeht, wer welchen digitalen Wert zu welcher Zeit besitzt. Bei Änderungen des Datenbestandes wird jedes Replikat auf jedem beteiligten Knoten mit der neusten Version der Blockchain synchronisiert. Die Teilnehmer interagieren mit der Blockchain über eine Clientsoftware, die sowohl das Konsensverfahren als auch die Replikation des Datenbestandes regelt. Akzeptiert die Mehrheit der beteiligten Rechner die Änderung, wird der neue Zustand der Blockchain von allen Teilnehmern übernommen.

Ein Rechner, der Änderungen an der Blockchain vornehmen möchte, muss somit nachweisen, dass er berechtigt ist, den gemeinsamen Datenbestand zu ändern. Damit unterscheidet sich das Peer-to-Peer-Prinzip vom Client-Server-Modell, bei dem ein zentraler Server Verwaltungsaufgaben für mehrere Clients ausführt.

Während der Server einer Client-Server-Architektur in der Regel von einer Autorität beispielsweise von einem Dienstanbieter verwaltet wird, kommen Peer-to-Peer-Netzwerke ohne zentrale Administration aus.

Blockchain

In Rahmen von Blockchain-Anwendungen stellen P2P-Verbindungen sicher, dass alle Teilnehmer Zugriff zur gemeinsam verwalteten Transaktionsdatenbank erhalten und mit dieser nach denselben Regeln interagieren können. Das P2P-Prinzip ist somit die Grundlage für die transparente Verwaltung von Datentransaktionen in einem Blockchain-Netzwerk, dabei jedoch zwangläufig mit zwei Herausforderungen verbunden: Manipulation und Inkonsistenz.

Bezogen auf das oben angeführte Beispiel bedeutet das Folgendes: Möchte Hugo die Transaktion eines digitalen Währungsäquivalents im Wert von 10 Euro veranlassen, um Pauls Mütze zu kaufen, muss die jeweilige Blockchain-Anwendung sicherstellen, dass der gewünschte Betrag tatsächlich Paul gutgeschrieben wird — und zwar nur einmal und nicht zwei- oder dreimal. Um Datenmanipulation zu verhindern und die Konsistenz des gemeinsam verwalteten Datenbestandes zu gewährleisten, greifen ausgereifte Implementierungen des Distributed-Ledger-Konzepts wie Bitcoin oder Ethereum auf Konsensverfahren und Validierungsmechanismen zurück.

Sowohl bei der Konsensbildung als auch bei der Verkettung anonymisierter Datenblöcke macht sich die Blockchain-Technologie kryptologische Hash-Funktionen zunutze. Transaktionsdaten werden in Blockchain-Netzwerken in Form von Datenblöcken gespeichert, die durch Hash-Werte miteinander verkettet sind. Dabei enthält jeder Block Daten zu mehreren Transaktionen, die anonymisiert aufgezeichnet werden.

Jeder Teilnehmer des Blockchain-Netzwerks kann somit einsehen, welche Transaktionen getätigt wurden, nicht jedoch von wem. Die Verkettung der einzelnen Datenblöcke erfolgt durch Hash-Werte, die die Blockchain-Software mittels Hash-Funktionen aus den Transaktionsdaten ableitet. Mit dem weiteren Klick laden Sie das Video von YouTube. In diesem Fall kann YouTube Cookies setzen, auf welche wir keinen Einfluss haben. Die Web-Demo stellt visuell dar, wie sich Transaktionsdaten mithilfe kryptografischer Hash-Funktionen unveränderbar verketten lassen.


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    6. Es handelt sich um eine Vereinfachung eines Hashing-Mechanismus, der unter anderem bei Bitcoin zum Einsatz kommt. Für das folgende Beispiel gehen wir davon aus, dass eine fiktive Blockchain um einen neuen Datenblock erweitert werden soll, der Daten zu drei Transaktionen beinhaltet. Aus den aufgeführten Nutzdaten lässt sich mithilfe einer Hash-Funktion auch Hash-Algorithmus genannt ein eindeutiger Hash-Wert ableiten.

    Wendet man beispielsweise den Hash-Algorithmus SHA eine Variante des SHAAlgorithmus an, ergibt sich für die Zeichenfolge folgender Hash:. Ein Hash-Wert ist eine Art Fingerabdruck der Ausgangsdaten. Eine bestimmte Zeichenfolge ergibt immer denselben Hash-Wert — vorausgesetzt es wird dieselbe Hash-Funktion angewendet. Diese ist auf den jeweiligen Hash-Algorithmus zurückzuführen und beträgt in unserem Beispiel Zeichen. Darauf, wie die Ableitung eines Hash-Werts im Detail funktioniert, gehen wir an dieser Stelle nicht ein.

    Eine ausführliche Beschreibung des Hash-Algorithmus SHA-2 finden Sie auf der Website der Universität Oldenburg. Eine Einführung in die Grundlagen der Kryptografie bietet unser Artikel Verschlüsselungsverfahren im Überblick. Ein Teilnehmer, der die Blockchain um einen neuen Datenblock erweitern möchte, muss somit den Hash-Wert des vorhergehenden Blocks kennen. Selbiger geht in die Hash-Wert-Berechnung des neuen Blocks ein und verbindet diesen untrennbar mit der Blockchain. Dabei fungiert der Nonce-Wert als eine Art Stellschraube, die es ermöglicht, das Ergebnis der Hash-Wert-Berechnung zu modifizieren.

    Wie funktioniert P2P?

    Zur Anwendung kommt dieser Mechanismus im Rahmen eines Konsensverfahrens, das als Proof-of-Work bezeichnet wird. Blockchains werden in Peer-to-Peer-Netzwerken von gleichwertigen Rechnern ohne zentrale Kontrollinstanz gemeinschaftlich verwaltet. Zu den gängigsten Konsensverfahren dieser Art gehört Proof-of-Work und Proof-of-Stake.

    Das Proof-of-Work-Verfahren ist das mit Abstand am häufigsten genutzte Konsensverfahren.