Was ist die Blockchain?

Die Blockchain ist ein Konzept, das 2008 in einem Artikel von Satoshi Nakamoto vorgestellt wurde. Wer hinter diesem Pseudonym steckt – ob ein einzelner Autor oder eine Gruppe – weiß man bis heute nicht ganz genau. Nakamoto beschrieb in seinem Artikel jedenfalls erstmals die elektronische Währung Bitcoin und auch erstmals die Blockchain als Struktur, auf deren Grundlage Bitcoin funktioniert.

Was ist also die Blockchain?

Ganz einfach gesagt: Eine Datenbank, auf die viele Leute Zugriff haben, die aber niemand unkontrolliert manipulieren kann.

Im Gegensatz zu traditionellen, relationalen Datenbanken (zum Beispiel SQL) gibt es keine zentrale Autorität, die die Blockchain verwaltet und einzelnen Benutzern Berechtigungen erteilt oder entzieht. Stattdessen liegt die Blockchain als identische Kopie auf allen beteiligten Rechnern vor. Jede dieser Kopien enthält alle gültigen Transaktionen, die jemals durchgeführt wurden. Zwischen den Netzwerkteilnehmern stellt ein bestimmtes Protokoll sicher, dass stets Einigkeit (Konsens) darüber besteht, wie der aktuelle Stand der Blockchain aussieht. Auf dieses Protokoll werden wir im nächsten Abschnitt genauer eingehen.

Eine Blockchain kann öffentlich sein, wie beispielsweise die Blockchain von Bitcoin: Jeder (mit genug Speicherplatz und Rechenpower) kann an Bitcoin teilnehmen. Eine Blockchain kann aber auch privat sein, also nur auf Einladung hin zugänglich. Blockchain-Pilotprojekte im Gesundheitswesen arbeiten in der Regel mit privaten Blockchains.

Grundeinheit: Transaktion

Auf der Blockchain werden traditionell Transaktionen gespeichert – im Falle von Bitcoin also die Übertragung von Bitcoin-Einheiten von einem Teilnehmer auf einen anderen. Prinzipiell kann auf der Blockchain aber jede Art von Daten gespeichert werden – auch Informationen über persönliche Identität, Besitz an realem oder geistigem Eigentum, Zugriffsberechtigungen und auch sogenannte Smart Contracts (mehr zu diesen Programmen weiter unten). Allerdings: Zu groß sollte ein Datenpaket, das auf die Blockchain kommt, nicht sein. Da nichts rückwirkend auf der Blockchain geändert oder von der Blockchain gelöscht werden kann, steigt ihre Größe sonst zu schnell an, und die Teilnahme an der Blockchain kostet dann zuviel Speicherplatz und Rechenleistung.

Wegen dieser rückwirkenden Manipulationssicherheit wird die Blockchain in der englischsprachigen Literatur auch mit einem „ledger“ verglichen, einem Hauptbuch in der Buchhaltung. Auch hier können immer nur Datensätze unten angefügt werden. Aber der Vergleich hinkt natürlich insofern, dass ein Buch in der Buchhaltung nicht in zahlreichen, gleichermaßen gültigen Kopien vorliegt. Es ist stattdessen gewissermaßen ein „hyperledger“ – und das spiegelt sich auch im Namen des Linux-Projekts Hyperledger, unter dessen Dach mehrere quelloffene, auf Blockchain basierende Systeme entwickelt werden.

(Als quelloffen oder Open Source wird Software bezeichnet, deren Quellcode, also der von Programmierern geschriebene Urtext, von jedem Interessierten eingesehen werden kann. Quelloffene Software wird oft von einer Community von ehrenamtlichen Programmierern gepflegt und ist oft kostenlos, aber auch manche Firmen legen den Quellcode ihrer kostenpflichtigen Software freiwillig offen.)

Blockchain und Kryptowährungen

Wie funktioniert die Blockchain?Bitcoin war das erste Projekt, das auf Basis der Blockchain lief (und läuft), aber bei weitem nicht das letzte. Eine ganze Anzahl anderer Kryptowährungen folgten: Litecoin, Ether, ZCash und andere.

Kryptowährungen tragen ihren Namen übrigens nicht, weil ihre Transaktionen etwa anonym verlaufen würden, wie Einsteiger häufig annehmen. Vielmehr sind die Transaktionen nur pseudonym – und wenn man lange genug die Transaktionen eines einzelnen Pseudonyms beobachtet, kann man Rückschlüsse darauf ziehen, wer hinter dem Pseudonym steckt. Zum Vergleich können Sie sich vorstellen, Sie könnten alle Kontenbewegungen auf dem Girokonto einer Person sehen, ohne deren Namen zu wissen. Nach ausreichend langer Zeit hätten Sie eine ziemlich gute Vorstellung davon, wem das Konto gehört.

Anonym? Pseudonym?

Ein Weg, um trotzdem Anonymität zu erreichen, ist das häufige Wechseln der Pseudonyme. Ein anderer ist mathematischer Natur: So beruht zum Beispiel die tatsächlich anonyme Kryptowährung ZCash auf einem mathematischen Konzept namens Zero-Knowledge Proofs. Eine herkömmliche Blockchain, die beispielsweise mit dem Protokoll Ethereum läuft, das für Projekte im Gesundheitswesen häufig zum Einsatz kommt, ist jedoch nicht ohne weiteres anonym. In Bezug auf den Schutz der Privatsphäre von Patienten ist es wichtig, das im Hinterkopf zu behalten.

Warum heißen Kryptowährungen aber dann Kryptowährungen? Weil der oben angesprochene Konsensus-Mechanismus, der sicherstellt, dass alle Kopien der Blockchain auf dem gleichen Stand sind, mit kryptographischen Verfahren funktioniert. (Alles hier Gesagte gilt übrigens nicht nur für Kryptowährungen, sondern auch für Blockchains, die keine eigene Währungseinheit haben.)

Schlüssel und Unterschriften

Kryptographie kommt, kurz gesagt, folgendermaßen zum Einsatz: Wer auch immer eine Transaktion auf der Blockchain durchführt, beispielsweise Bitcoin an einen Empfänger schickt, signiert diese Transaktion mit seinem privaten Schlüssel. Der private Schlüssel ist eine einzigartige Zeichenkette, die sein Besitzer stets vor unbefugtem Zugriff geheim halten muss – denn sonst könnte der neue Besitzer des privaten Schlüssels Transaktionen in seinem Namen durchführen. Zu jedem privaten Schlüssel gehört auch ein öffentlicher Schlüssel, der genau das ist, was sein Name verrät: Öffentlich zugänglich. Mit Hilfe dieses öffentlichen Schlüssels kann nämlich jeder andere Teilnehmer der Blockchain bestätigen, dass die Signatur tatsächlich vom privaten Schlüssel des Eigentümers des Schlüsselpaares kam. Dieses Verfahren ist – wenn der private Schlüssel sicher verwahrt wird – also noch sicherer als die traditionelle Unterschrift auf Papier. Bei letzterer kann man zur Verifikation höchstens das Aussehen einer Unterschrift mit der Unterschrift des Urhebers auf seinem Personalausweis vergleichen – kein besonders exaktes Verfahren.

Digitale Rechteverwaltung

Wir haben es schon angedeutet: Die Blockchain kann auch zu anderen Zwecken eingesetzt werden als als Grundlage einer Kryptowährung. Transaktionen können auch in anderer Gestalt daherkommen denn als Überweisung eines bestimmten Betrags an Währung. Auch der Besitz an Gegenständen oder Grundstücken kann per Blockchain übertragen und verwaltet werden. Ebenso Berechtigungen, wie etwa die, auf eine bestimmte Patientenakte zuzugreifen: Ein Patient kann mit seinem privaten Schlüssel eine Transaktion signieren, die es dem Hausarzt erlaubt, auf seine radiologischen Befunde zuzugreifen – und wenn der Fall abgeschlossen ist oder der Patient den Hausarzt wechselt, kann er auf dem gleichen Weg die Berechtigung wieder entziehen. Alle Transaktionen bleiben nachvollziehbar: Sowohl Hausarzt als auch Patient können eindeutig nachweisen, ob der Hausarzt zu einem bestimmten  Zeitpunkt Zugriff auf die Daten hatte oder nicht.

Eigenverwantwortung

Fazit: Wenn man eine zentrale Datenbank durch eine Blockchain ersetzt, dann wird die Verantwortung für die Daten weg von einer zentralen Stelle zurück an die EigentümerInnen der Daten übertragen.

Die neugewonnene Verantwortung bringt für die NutzerInnen aber auch Pflichten mit sich: Der private Schlüssel zu den eigenen Daten muss sorgfältig behütet werden, denn nur durch seine Geheimhaltung wird der Missbrauch von Daten und Berechtigungen verhindert. Das ist ein Usability-Problem: Wer hat nicht schon einmal einen USB-Stick verlegt oder ein Passwort vergessen? Auf den Startup-Seiten stellen wir Unternehmen und ihre unterschiedlichen Lösungen für dieses Problem vor.