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2021 | Buch

Entwickeln Sie Ihre eigene Blockchain

Ein praktischer Leitfaden zur Distributed-Ledger-Technologie

verfasst von: Daniel Hellwig, Goran Karlic, Prof. Dr. Arnd Huchzermeier

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Über dieses Buch

​Dieses Buch bietet eine umfassende Einführung in die Blockchain- und Distributed-Ledger-Technologie. Es ist ein Leitfaden für Praktiker und enthält detaillierte Beispiele und Erklärungen, wie sich eine Blockchain von Grund auf neu aufbauen und betreiben lässt. Durch seinen konzeptionellen Hintergrund und praktische Übungen ermöglicht dieses Buch Studenten, Lehrern und Krypto-Enthusiasten, ihre erste Blockkette zu starten, wobei Vorkenntnisse der zugrunde liegenden Technologie vorausgesetzt werden.
Wie baue ich eine Blockchain auf? Wie präge ich eine Kryptowährung? Wie schreibe ich einen Smart Contract? Wie starte ich ein Initial Coin Offering (ICO)? Dies sind einige der Fragen, die dieses Buch beantwortet. Ausgehend von den Anfängen und der Entwicklung früher Kryptowährungen werden die konzeptionellen Grundlagen für die Entwicklung sicherer Software beschrieben. Die Themen umfassen u. a. Konsens-Algorithmen, Mining und Dezentralisierung.
„Dies ist ein einzigartiges Buch über die Blockchain-Technologie. Die Autoren haben die perfekte Balance zwischen Breite der Themen und Tiefe der technischen Diskussion gefunden. Aber das wahre Juwel ist die Sammlung sorgfältig kuratierter praktischer Übungen, die den Leser schon ab Kapitel 1 durch den Prozess des Aufbaus einer Blockchain führen.“ Volodymyr Babich, Professor für Betriebs- und Informationsmanagement, McDonough School of Business, Georgetown University
„Eine ausgezeichnete Einführung in die DLT-Technologie für ein nicht-technisches Publikum. Das Buch ist vollgepackt mit Beispielen und Übungen, die das Erlernen der zugrunde liegenden Prozesse der Blockchain-Technologie für alle, vom Studenten bis zum Unternehmer, erheblich erleichtern.“ Serguei Netessine, Dhirubhai Ambani Professor für Innovation und Entrepreneurship, The Wharton School, University of Pennsylvania

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Blockchain-Grundlagen

Frontmatter
1. Blockchain-Grundlagen
Zusammenfassung
Eine Blockchain ist ein Verzeichnis von Informationsblöcken (z. B. Transaktionen, Verträge etc.), die aufeinander aufbauend über ein Computernetzwerk verteilt gespeichert werden. Sie ist nicht einfach nur ein Algorithmus, sondern ein komplexes technologisches Konstrukt und Freigabeprotokoll, das eine dezentralisierte Vermittlung von Daten zwischen den Teilnehmern ermöglicht. Die revolutionären Eigenschaften der Blockchain ergeben sich daraus, dass sie Daten auf einzigartige Weise sicher speichern kann – sofern sie entsprechend implementiert und verwendet wird –, nämlich dezentralisiert und ohne darauf angewiesen zu sein, dass die Netzwerkteilnehmer sich gegenseitig vertrauen müssen (im Folgenden wird das englische Wort „trustless“ mit „vertrauensfrei“ übersetzt). So wie das Transmission Control Protocol und das Internet Protocol (TCP-IP), in den 1970er-Jahren an der DARPA (Held 2003) erfunden, erstmals den dezentralen Austausch von Informationen (d. h. das Internet) möglich machten, so ermöglicht eine Blockchain die dezentralisierte Übertragung von Vermögenswerten. Die aus der Blockchain resultierende Innovation ergibt sich nicht aus einem grundlegend neuen Technologieansatz, sondern aus der Anwendung etablierter Methoden der Informationstechnologie auf das Problem der Informationsübertragung, wie kryptografisches Hashing, asymmetrische Verschlüsselung und Peer-to-Peer-Netzwerkarchitektur.
Daniel Hellwig, Goran Karlic, Arnd Huchzermeier
2. Kryptowährungen
Zusammenfassung
Eine Kryptowährung existiert ausschließlich im digitalen Bereich, um dort als Tauschmittel zu dienen. Einträge von Einheiten in einer dezentralisierten Konsensus-basierten Datenbank (Blockchain) – Token oder Krypto-Token genannt – bilden das Gefüge der Kryptowährung. Wie der Name schon sagt, stützt sich das den Kryptowährungen zugrunde liegende Konstrukt in hohem Maße auf Kryptografie, um zu gewährleisten, dass Transaktionen verifiziert werden können und sicher sind, und um das Angebot an neuen Einheiten zu kontrollieren. Bereits während des Technologiebooms in den 1990er-Jahren ebneten Pionierunternehmer mit ersten Versuchen von kryptobasierten digitalen Währungen den Weg für Bitcoin. DigiCash, ein von David Chaum im Jahre 1989 gegründetes Unternehmen, hatte einen erheblichen Anteil an den frühen Entwicklungen (Tapscott und Tapscott 2018). Chaums Unternehmen war einzigartig in seinem Streben, Transaktionen zu anonymisieren, und war dadurch ein Wegbereiter von dem, was noch kommen sollte (Chaum 1983). Doch Chaum war seiner Zeit voraus, sodass DigiCash, so wie die meisten anderen frühen Versuche, nicht überleben konnte.
Daniel Hellwig, Goran Karlic, Arnd Huchzermeier
3. Konsensmechanismen
Zusammenfassung
Eines der wertvollsten Merkmale einer Blockchain ist die Konsistenz der gespeicherten Daten und damit die Sicherheit, die sie im Hinblick auf diese bietet. Die Konsistenz wird durch Konsensmechanismen erreicht – der gängigste Mechanismus ist zurzeit der Proof-of-Work-Mechanismus (PoW) von Bitcoin.
Daniel Hellwig, Goran Karlic, Arnd Huchzermeier
4. Smart Contracts
Zusammenfassung
Eines der interessantesten und beachtenswertesten Themen, die im Ökosystem der Blockchain auftauchen, ist der Smart Contract. Ein Smart Contract ist ein Computerprogramm, dessen Code in einer dezentralisierten Blockchain-Struktur gespeichert ist und das digitale Vermögenswerte direkt steuert, ohne auf einen Dritten als Vermittler angewiesen zu sein (siehe Abb. 4.1). Das Programm stellt selbstständig fest, ob die Vertragsbedingungen erfüllt wurden (z. B. durch den Abruf externer Daten wie Wetterinformationen als Informationsbasis für Flugversicherungverträge oder Zinssätze für Finanzinstrumente unter Verwendung vordefinierter Programmierschnittstellen (APIs) als Quelle) und führt den Vertrag (z. B. einen Werttransfer) entsprechend aus. Smart Contracts können rechtliche Prozesse, die derzeit extrem papierlastig, langwierig und teuer sind, vereinfachen oder sogar vollständig automatisieren.
Daniel Hellwig, Goran Karlic, Arnd Huchzermeier
5. Privatsphäre und Anonymität
Zusammenfassung
Bitcoin ist im Hinblick auf die Rückverfolgbarkeit der Transaktionen die transparenteste Zahlungsmethode der Welt: Jede Transaktion im Netzwerk kann bis zu ihrem Ursprung zurückverfolgt werden, und jedes Konto, das jemals mit Bitcoin oder einem Teil davon verbunden war, ist in ähnlicher Weise rückverfolgbar. Obwohl jeder sehen kann, wie und wann Bitcoins bewegt wurden, ist die Identität des Inhabers entsprechender Konten unbekannt (Tapscott und Tapscott D 2018). Daher ist Bitcoin technisch gesehen eher eine pseudonymisierte als eine anonyme Währung – ein Unterschied, der in diesem Kapitel behandelt wird. Zum Vergleich: Stellen Sie die Rückverfolgbarkeit von Bitcoin-Transaktionen denen realer Finanzsystemen gegenüber, wo die Eröffnung eines Bankkontos eine eindeutige und streng regulierte Identitätsprüfung erfordert, die Herkunft der Gelder jedoch grundsätzlich weder von privaten noch von öffentlichen Instanzen nachvollzogen werden kann.
Daniel Hellwig, Goran Karlic, Arnd Huchzermeier

Grundlagen der Kryptografie

Frontmatter
6. Blockchain-Kryptografie: Teil 1
Zusammenfassung
Die Kryptologie ist die Wissenschaft von der Ver- und Entschlüsselung von Informationen und den dazu eingesetzten Methoden. Kryptografie (aus dem griechischen „kryptós“ für geheim oder verborgen und „gráphein“ für Schrift) ist eine Untergruppe der Kryptologie, die die Schaffung von Methoden zur Verschlüsselung von Informationen beschreibt, sodass sie von Unbefugten nicht verstanden werden können. Die Steganografie bezieht sich auf Methoden zur Verschleierung des Kommunikationskanals, über den kryptografisch verschlüsselte Nachrichten gesendet werden. Die Kryptoanalyse, eine weitere wichtige Sparte der Kryptologie, befasst sich mit Methoden zur Entschlüsselung von kryptografisch verschlüsselten Informationen ohne die Zustimmung der Person, die die ursprüngliche Nachricht verschlüsselt hat. Während also ein Kryptograf Informationen so verändert, dass sie unverständlich erscheinen, macht der Kryptoanalytiker diese Informationen, meist ohne Erlaubnis, wieder verständlich.
Daniel Hellwig, Goran Karlic, Arnd Huchzermeier
7. Blockchain-Kryptografie: Teil 2
Zusammenfassung
In Kap. 6 wurde das Konzept der symmetrischen Kryptografie vorgestellt. Wie der Name schon sagt, verwendet das Schema der symmetrischen Verschlüsselung denselben Schlüssel sowohl für die Ver- als auch für die Entschlüsselung. Der Schlüssel ist dem Absender und dem Empfänger der Nachricht bekannt, muss aber für jeden anderen unbekannt bleiben. Um geheim zu kommunizieren, benutzt der Sender eine umkehrbare kryptografische Funktion, um einen Klartext m mit dem Schlüssel k zu verschlüsseln, und sendet dann den daraus resultierenden Chiffretext c an den Empfänger. Der Empfänger erhält den Chiffretext c und verwendet den Schlüssel k mit der inversen Funktion, wodurch der Klartext m wiederhergestellt wird. Der sicherste Weg für Sender und Empfänger, den Schlüssel auszutauschen, sodass dieser für Außenstehende verborgen bleibt, ist ein persönliches Treffen, eine Besonderheit, die eine große Schwäche der symmetrischen Verschlüsselungsmethoden darstellt. Die in Abschn. 6.​2 vorgestellte Caesar-Chiffre ist ein Beispiel für eine solche symmetrische Verschlüsselungsmethode.
Daniel Hellwig, Goran Karlic, Arnd Huchzermeier

Anwendungen aus der realen Welt

Frontmatter
8. Blockchain in Aktion: Praxisanwendungen
Zusammenfassung
Da wir uns dem Ende der Untersuchung von Funktionsweise und Details der Blockchain nähern, halten wir es für sinnvoll, einen Überblick über die Fälle zu geben, in denen sich diese Technologie als vorteilhaft und gut in der Ausführung erwiesen hat. Wie es oft bei potenziell disruptiven Innovationen der Fall ist, erfolgt die praktische Umsetzung nur langsam, da die Akteure die Technologie zuerst kennenlernen und in Erfahrung bringen müssen, wie sie deren Potenzial am besten nutzen können. Blockchain-Lösungen haben zwar bisher noch nicht den Massenmarkt erreicht, jedoch gibt es vielversprechende Anzeichen dafür, nicht zuletzt von führenden Vertretern aus der Technologiebranche, dass sich eine neue Phase im Innovationszyklus ankündigt. Beispielsweise veröffentlichte Facebook im Juni 2019 sein Libra-Whitepaper (The Libra Association 2019), mit der Absichtserklärung, eine eigene Kryptowährung mit gleichem Namen hervorzubringen. Im US-Kongress fanden bereits Anhörungen statt, bei denen zahlreiche Abgeordnete Facebooks Motive und die Art des Projekts selbst in Frage stellten: Die Aussicht auf eine globale dezentralisierte Währung, die von keiner Regierungsbehörde kontrolliert wird, ist gleichermaßen spannend wie beängstigend.
Daniel Hellwig, Goran Karlic, Arnd Huchzermeier
Backmatter
Metadaten
Titel
Entwickeln Sie Ihre eigene Blockchain
verfasst von
Daniel Hellwig
Goran Karlic
Prof. Dr. Arnd Huchzermeier
Copyright-Jahr
2021
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-62966-6
Print ISBN
978-3-662-62965-9
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-62966-6