Verschiedene Arten der Blockchain

Es gibt viele unterschiedliche Arten von verteilten, dezentralen Datenbanken. Im Folgenden soll zusammengefasst werden, welche das sind und wie sie zusammenhängen. Die Distributed Ledger Taxonomie nach mm1 bietet hier einen Überblick.

Blockchain vs. Zentrale Datenbanken

Eine klassische Datenbank verwendet typischerweise eine Client-Server-Netzwerkarchitektur. Ein User (Client) mit Berechtigungen, die seinem Konto zugeordnet sind, kann Einträge ändern, die auf einem zentralen Server gespeichert sind. Wenn ein Benutzer über seinen Computer auf eine Datenbank zugreift, erhält er die aktualisierte Version des Datenbankeintrags. Die Kontrolle über die Datenbank verbleibt bei den Administratoren. Hierbei kann zwischen zentralen Datenbanken (z.B. MySQL) oder dezentralen Datenbanken (z.B. NoSQL) unterschieden werden. Letztere speichern aus Stabilitäts- und Redundanzgründen Daten mehrfach und verteilt.

Im Gegensatz zu klassischen Datenbanken werden neue Einträge einer Blockchain jeweils durch die Teilnehmer selbst gepflegt, berechnet und aktualisiert. Alle Knoten arbeiten zusammen, um sicherzustellen, dass sie alle zu den gleichen Schlussfolgerungen kommen und bieten so eine integrierte Sicherheit für das Netzwerk. Besonders interessant ist in diesem Zusammenhang, dass erst die Blockchain es geschafft hat, durch eine Kombination von bestehenden Konzepten wie P2P, Kryptographie, Konsensverfahren und Smart Contracts die Anreize in einem solchen System so zu gestalten, dass die Zusammenarbeit die attraktivste Alternative bleibt und keiner auf Kosten des Anderen profitieren kann. Eine Blockchain ermöglicht so in ihrer Funktion als Transaktionsregister eine vertrauenslose Form der Zusammenarbeit. Aus dem hohen Grad an Dezentralisierung ergeben sich Effizienzverluste, welche sich in der Netzwerkgeschwindigkeit und im Energieverbrauch zeigen.  Zentralisierte Datenbanken bleiben somit für andere Funktionen weiterhin leistungsfähiger. Um dem entgegenzuwirken, gibt es mittlerweile unterschiedliche Arten von Distributed Ledger Technologien, welche teilweise im technischen Sinn nicht mehr als Blockchain zu bezeichnen sind.

Private vs. Public

Den verschiedenen Arten von Blockchains liegt eine Frage zugrunde: «Wer darf am Netzwerk und Konsensprotokoll teilnehmen und dessen Transaktionsregister führen?»

Dies führt zu der Unterscheidung in public vs. private (wer) und permissionless vs. permissioned (was/welche). Zudem gibt es mittlerweile unterschiedliche hybride Formen zwischen public und private Blockchains. Ein Beispiel dafür wäre der Fall, bei welchem eine private Blockchain auf einer public Blockchain gesichert wird.

Public Blockchains (wer) wie z.B. Bitcoin oder Ethereum basieren, wie der Name schon vermuten lässt, auf öffentlichen Netzwerkstrukturen. Grundsätzlich darf jeder Teilnehmer an diesem Netzwerk und am Konsensverfahren zur Validierung von Transaktionen teilnehmen. Zudem wird die Blockchain an allen teilnehmenden Netzwerkknoten geführt und charakterisiert sich als vollständig dezentrale und demokratisierte Netzwerklösung.

Private Blockchains (wer) sind nicht öffentlich und die Teilnahme bedarf einer Einladung sowie einer Verifizierung, um an dem Netzwerk teilzunehmen. Diese Teilnehmer bestimmen dann als Gruppe wie das Konsensverfahren aussieht und betreiben dieses auch innerhalb des Netzwerkes. Demzufolge sind solche privaten Netzwerke weiterhin verteilte Netzwerkkonzepte, welche die kryptographischen Vorteile einer Blockchain aufgreifen und so den Distributed Ledger Technologies zugeordnet werden können. Sie sind indes nicht vollständig dezentral, da der Rahmen über die Teilnehmer vorgegeben wird.

Permissioned Blockchain (was/welche) als dritte Kategorie kombinieren die beiden Konzepte von privaten und public Blockchains. Teilnehmer bedürfen keiner besonderen Einladung, sondern können basierend auf definierten Kriterien im Netzwerk teilnehmen. Zudem können über solche Konstrukte klare Berechtigungen und Funktionen eines Teilnehmers an die Teilnahmekriterien gebunden werden. Permissioned Blockchains sind aktuell wenig verbreitet.

Aktuell dominieren vor allem public und private Blockchains den Markt. Hierbei verkörpern public Blockchains wie Bitcoin und Ethereum die ursprünglichen Eigenschaften einer Blockchain sowie die Idee der Dezentralisierung. Trotzdem setzen sich im Corporate Umfeld heute private Blockchains wie Hyperledger Fabric und Corda durch. Hinter letzterer steht beispielsweise das internationale Konsortium R3. Gründe dafür sind, dass public Blockchains noch immer Skalierbarkeitsprobleme aufweisen. Zudem ist weiterhin unklar, inwiefern public Blockchains den Datenschutz sicherstellen können. Auch wenn private Blockchains im Gegensatz zu public Blockchains nicht das Ziel verfolgen, über eine komplette Dezentralisierung Intermediäre zu ersetzen, bieten sie trotzdem viele Vorteile. Im Vergleich zu zentralen Datenbanken kann mithilfe kryptografischer Verschlüsselung und Smart Contracts Vertrauen zwischen unterschiedlichen Parteien erstellt werden und von geringen Transaktionskosten profitiert werden. So kann beispielsweise im Bankenumfeld erstmals ein internationales Zahlungsnetzwerk aufgesetzt werden, welches keinen zentralen Verwalter vorsieht, sondern die Kontrolle über die Transaktionen den teilnehmenden Instanzen überlässt. Ähnliche Ansätze, welche private Blockchains anwenden, finden sich auch im Bereich von Supply Chain oder dem Internet der Dinge.

 

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Autoren: Raphael Iten, Severin Kranz

 

Dieser Artikel ist Teil der mm1 Blockchain Serie. Mehr zum Thema:

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