Goldgräberstimmung und Krypto-Coins Wie die Blockchain-Technologie unsere Austauschbeziehungen verändern kann

Professor Rüdiger Kapitza leitet die Abteilung „Verteilte Systeme“ am Institut für Betriebssysteme und Rechnerverbund an der Technischen Universität Braunschweig. Für seine Forschung zur Blockchain-Technologie hat er den IBM Faculty Award erhalten. Die Auszeichnung ist mit 30.000 US-Dollar dotiert. Wir haben dies zum Anlass genommen, uns den Begriff „Blockchain“, über den zurzeit viel geredet wird, endlich einmal erklären zu lassen.

Herr Professor Kapitza, Blockchain ist die technische Basis für die Kryptowährung Bitcoin. Können Sie erklären, was Blockchain bedeutet und wie sie funktioniert.

Nehmen wir an, sie gehen in ein Lebensmittelgeschäft und kaufen eine Packung Karotten aus dem Tiefkühlregal. Dann verlassen Sie sich darauf, dass die Kühlkette bei diesem Produkt nicht unterbrochen wurde, es also noch genießbar und frisch ist. Bis das Gemüse vor Ihnen im Regal landete, gab es eine ganze Reihe von Transaktionen. Vom Ernten auf dem Feld über das Einfrieren und den Transport mit womöglich verschiedenen Zwischenlagern bis zum Kunden. Auf allen Stationen muss gewährleistet sein, dass die Kühlkette nicht unterbrochen wird.

Die Dokumentation erfolgt bisher jeweils nach individuell vereinbarten Standards, die aber unabhängig voneinander ablaufen. Das kann handschriftlich erfolgen, mittels einer Excel-Datei oder unter Verwendung eines spezifischen Programms. Wenn Sie Tiefkühl-Karotten bei einer Supermarktkette kaufen, werden vermutlich in deren Zentrale alle Daten zusammengeführt. Das System ist jedoch relativ anfällig für Fehler oder Manipulationen.

Das Blockchain-Prinzip verfolgt einen anderen Ansatz: Alle Beteiligten einigen sich auf ein gemeinsames System und speichern ihre jeweilige Dokumentation in einer Datei. Diese Datei wird als Block mit allen anderen Dateiblöcken in dem Prozess kryptographisch sicher verkettet. Dann wird die Kette auf den Rechnern aller Beteiligten gespeichert. Es ist somit nicht mehr möglich, die Dateien an einer Stelle des Systems zu manipulieren, ohne dass die Beteiligten dies bemerken. Im Falle der Kühlkette könnte der gesamte Kreislauf von der Erzeugung bis zum Kauf lückenlos dokumentiert und überwacht werden. Alle Beteiligten könnten sie einsehen, nicht nur der Großhändler.

Das klingt ja eigentlich ganz simpel. Ist es das auch?

Im Prinzip schon. Allerdings muss man sich in einem System mit vielen gleichberechtigten Teilnehmern sicher und zuverlässig einigen, wer als nächstes einen Eintrag in die Blockchain einfügen darf. Sogenannte byzantinisch fehlertolerante Einigungsprotokolle bieten hier eine Lösung. Mit solchen Protokollen habe ich mich in den letzten Jahren beschäftigt.

Stellen Sie sich folgendes Szenario vor: Die Stadt Byzanz wird von mehreren Generälen belagert. Die Generäle stehen über Boten in Kontakt. Im Grunde können sie nicht wissen, ob es unter ihnen nicht einen oder mehrere Verräter gibt, aber nur durch gemeinsam abgestimmte Aktionen können die Generäle die Stadt einnehmen. Eine Einigung zu etablieren kann hier durchaus kniffelig sein. In unserer Welt gibt es auch solche „Verräter“ – in Form der üblichen Fehlerquellen, aber natürlich auch durch gezielte Manipulation. Byzantinisch fehlertolerante Einigungsprotokolle adressieren diese Problematik und bilden damit eine Grundlage für die Sicherheit des Blockchain-Verfahrens.

Warum sind Blockchain-Technologien wichtig, warum erleben sie so einen Hype?

Indem alle Informationen dezentral vorgehalten werden, benötigen wir nicht mehr die jeweils eine zentrale Stelle, die autoritativ alle Daten verwaltet und sichert. Alle Teilnehmenden werden gleichberechtigt mit einbezogen. Man könnte sich zum Beispiel eine Vertriebskette vorstellen, die ohne zentrale Handelsgesellschaft auskommt. Im Beispiel des Karottenkaufs kann Ihr Supermarkt die Frische des Produkts garantieren – sie können aber auch im Prinzip selber den Weg und Ablauf der Erzeugung des jeweiligen Produktes nachvollziehen. Weiterhin werden Zahlungswege direkt in der Blockchain dokumentiert und somit dafür gesorgt, dass der Erzeuger sein Geld bekommt.

Die Blockchain könnte viele der zentralisierten Dienstleistungen überflüssig machen, auf denen bisher unser Vertrauen in die Sicherheit von Transaktionen aller Art basiert. Das gilt für den klassischen Handel ebenso wie für Bankensysteme, Makler, Notare oder Verlage. Eine Vision ist, dass wir, basierend auf Blockchain, künftig sicher online zur Wahl gehen können.

Wir unterscheiden zwischen Anwendungen, die eine Zugangsberechtigung voraussetzen und solchen, die allen offen stehen. Die bekannteste Anwendung ist die Kryptowährung Bitcoin – ein System, an dem alle teilnehmen können. Es ist die zurzeit dominierende digitale Währung.

Selbst etablierte Börsen diskutieren die digitale Währung. Wird Bitcoin bald ein Zahlungsmittel für meinen Kaffee?

In der Tat wurde Bitcoin zeitweise als alltägliches Zahlungsmittel diskutiert. Es wird aber immer klarer, das Bitcoin beim Erschaffen bzw. schürfen der Währung zu viel Strom verbraucht. Je nach Studie werden 0,3 bis 0,6 Prozent des globalen Stromverbrauchs diskutiert.

Auch muss man oft lange warten, bis eine Transaktion erfolgreich und sicher abgelaufen ist. Stellen sie sich vor, sie stehen an der Kasse und es dauert bis zu neunzig Minuten, bis sie gezahlt haben.

Das ist aktuell nicht praktikabel. Aber hier wird sich in den nächsten Jahren noch viel tun.

Wie kamen Sie selbst zu dem Thema Blockchain?

Meine Arbeitsgruppe erforscht unter anderem Byzantinisch fehlertolerante Einigungsprotokolle. Am Ende steht bei uns oft ein Prototyp. Es ist im Grunde ähnlich wie in der Ingenieurskunst. Dabei machen wir genau das, was wir schon vor Jahren gemacht haben: Als wir damit begannen, war das noch reine Grundlagenforschung, es sah nach dem sprichwörtlichen Elfenbeinturm aus. Heute herrscht auf unserem Gebiet Goldgräberstimmung.

Interview: Dr. Elisabeth Hoffmann