Blockchain, der Ursprung und die Technologie hinter allen Kryptowährungen

Was ist eine Blockchain?

Eine Blockchain ist eine dezentrale, digitale Aufzeichnung von Transaktionen, die in Blöcke organisiert sind und miteinander verkettet werden. Jeder Block enthält einen Zeitstempel und einen Verweis auf den vorherigen Block, was es unmöglich macht, die in einem Block enthaltenen Transaktionen nachträglich zu verändern. Jeder dieser Blöcke hat seinen eigenen Datensatz. Somit lässt sich sagen, dass eine Blockchain erstmal nichts anderes als eine große Datenbank ist, welche eine Historie von Datensätzen anzeigt. Diese Eigenschaften macht Blockchains zu einem sicheren und transparenten System zur Aufzeichnung von Daten. Wichtig ist dabei, dass in der Realität eine Blockchain jedoch aus einer aufbauenden Folge aus Zeichen (Zahlen und Ziffern) besteht, welche durch Kryptografie und bestimmte Funktionen alle Informationen unverändert speichert. Die Begriffe Block, Kette oder Puzzle werden für ein besseres, bildhaftes Verständnis der Technologie verwendet.

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Blockchains werden häufig in Verbindung mit Kryptowährungen wie Bitcoin genannt, aber die Technologie hat viel breitere Anwendungsmöglichkeiten. Blockchains können beispielsweise in Bereichen wie Finanzdienstleistungen, Supply Chain Management, E-Voting und vielen anderen verwendet werden, um Transparenz und Sicherheit zu erhöhen.

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Eine der wichtigsten Eigenschaften von Blockchains ist ihre Dezentralisierung. Im Gegensatz zu traditionellen Aufzeichnungssystemen, die von einer zentralen Stelle kontrolliert werden, werden Blockchains von vielen verschiedenen Teilnehmern gemeinsam betrieben. Dies bedeutet, dass keine einzelne Person oder Organisation die Kontrolle über die Blockchain hat und dass die Daten in der Blockchain für alle Teilnehmer zugänglich sind.

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Anwendungsfelder der Blockchain-Technologie neben Kryptowährungen

Blockchain-Technologie ermöglicht einen sicheren und transparenten Weg zur Speicherung und Übertragung von Daten und Vermögenswerten. Sie hat das Potenzial eine Reihe von Branchen zu revolutionieren. Es gibt verschiedene Möglichkeiten:

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Finanztransaktionen

Blockchains werden in der Finanzindustrie genutzt, um schnellere und sicherere Zahlungen zu ermöglichen. Sie können auch dazu beitragen, die Effizienz von Finanzprozessen zu verbessern, indem sie manuelle Arbeiten automatisieren und den Bedarf an intermediären Parteien reduzieren.

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Verwaltung der Lieferkette

Blockchains können in der Lieferkette verwendet werden, um Transparenz und Sicherheit zu erhöhen. Sie können beispielsweise dazu beitragen, dass Informationen über den Ursprung von Produkten oder Rohstoffen verifiziert und nachvollzogen werden können.

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Identitätsüberprüfung

Blockchains können verwendet werden, um digitale Identitäten zu verwalten und zu verifizieren. Sie können dazu beitragen, dass persönliche Daten sicher gespeichert werden und dass der Zugriff auf diese Daten kontrolliert wird.

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Wahlsysteme / E-Voting

Blockchains können verwendet werden, um elektronische Wahlen sicherer und transparenter zu gestalten. Sie können dazu beitragen, dass Stimmen nicht geändert werden können und dass die Ergebnisse der Wahl nachvollziehbar sind.

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Registrierung von Grundbesitz‍

Mit Hilfe der Blockchain-Technologie kann ein sicheres und transparentes System für die Registrierung und Übertragung von Landtiteln geschaffen werden, das dazu beiträgt, Korruption zu verringern und Eigentumsrechte zu verbessern.

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Datenschutz

Blockchains können verwendet werden, um den Datenschutz zu verbessern, indem sie dazu beitragen, dass persönliche Daten sicher gespeichert und vor unbefugtem Zugriff geschützt werden. Sie können auch dazu beitragen, dass Nutzer mehr Kontrolle über ihre persönlichen Daten haben und entscheiden können, wem sie diese zur Verfügung stellen.

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Dies sind nur einige Beispiele für Anwendungsfelder von Blockchains. Es gibt viele weitere Möglichkeiten, wie die Technologie genutzt werden kann und es wird erwartet, dass sich die Verwendung von Blockchains in den kommenden Jahren weiter verbreiten wird. Insgesamt sind die Möglichkeiten der Blockchain-Technologie enorm und vielfältig, und sie hat das Potenzial, ein breites Spektrum von Branchen und Anwendungen zu verändern

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Die Funktionsweise von Blockchains: der Konsensmechanismus

Konsensmechanismen sind Verfahren, die in Blockchains verwendet werden, um festzustellen, welche Transaktionen in einen Block aufgenommen werden und um sicherzustellen, dass die Blockchain konsistent bleibt. Es gibt verschiedene Konsensmechanismen, die in Blockchains verwendet werden, darunter:

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Proof of Work (PoW)

PoW ist der am häufigsten verwendete Konsensmechanismus in Blockchains. Er basiert auf der Idee, dass Teilnehmer, die an der Blockchain teilnehmen (auch "Miner" genannt), Rechenleistung bereitstellen, um komplexe mathematische Probleme zu lösen. Jedes Mal, wenn ein Miner ein Problem löst, wird ein neuer Block in die Blockchain aufgenommen und der Miner wird für seine Arbeit belohnt.

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Proof of Stake (PoS)

PoS ist ein Konsensmechanismus, bei dem die Teilnehmer an der Blockchain ihre Münzen "einsetzen", um Transaktionen zu verarbeiten und neue Blöcke zu erstellen. Die Chance, dass ein Teilnehmer ausgewählt wird, um einen Block zu erstellen, hängt von der Anzahl der Münzen ab, die er "eingesetzt" hat. PoS ist weniger rechenintensiv als PoW und verbraucht weniger Energie.

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Delegated Proof of Stake (DPoS)

DPoS ist ein Konsensmechanismus, bei dem die Teilnehmer an der Blockchain ihre Stimmen für "Delegierte" abgeben, die dann die Transaktionen verarbeiten und neue Blöcke erstellen. Die Delegierten werden durch die Stimmen der Teilnehmer ausgewählt und haben die Verantwortung, die Blockchain im Namen der Teilnehmer zu verwalten.

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Proof of Authority (PoA)

PoA ist ein Konsensmechanismus, bei dem die Teilnehmer an der Blockchain durch eine Identitätsprüfung ausgewählt werden, um Transaktionen zu verarbeiten und neue Blöcke zu erstellen. PoA eignet sich besonders für Blockchains, die für Unternehmen oder Organisationen bestimmt sind und eine höhere Kontrolle über die Verarbeitung von Transaktionen benötigen.

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Jeder Konsensmechanismus hat seine eigenen Vor- und Nachteile und es ist wichtig, den für eine bestimmte Blockchain am besten geeigneten Mechanismus auszuwählen. Konsensmechanismen sind ein wichtiger Bestandteil von Blockchains und

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Proof of Work: der Konsensmechanismus hinter vielen Kryptowährungen

Proof of Work (PoW) ist ein Konsensmechanismus, der in vielen Blockchains verwendet wird, um festzustellen, welche Transaktionen in einen Block aufgenommen werden und um sicherzustellen, dass die Blockchain konsistent bleibt. Der PoW-Mechanismus basiert auf der Idee, dass Teilnehmer, die an der Blockchain teilnehmen (auch "Miner" genannt), Rechenleistung bereitstellen, um komplexe mathematische Probleme zu lösen. Jedes Mal, wenn ein Miner ein Problem löst, wird ein neuer Block in die Blockchain aufgenommen und der Miner wird für seine Arbeit belohnt.

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Der PoW-Mechanismus hat einige Vorteile. Er stellt sicher, dass nur legitime Transaktionen in die Blockchain aufgenommen werden und dass die Integrität der Blockchain gewahrt bleibt. Er hilft auch dabei, Doppelausgaben zu verhindern, indem er sicherstellt, dass jede Transaktion nur einmal verarbeitet wird. Der Nachteil des PoW-Mechanismus ist, dass er sehr rechenintensiv ist und eine Menge Strom verbraucht. Das kann zu hohen Betriebskosten führen und hat auch Auswirkungen auf die Umwelt. Aus diesem Grund gibt es auch andere Konsensmechanismen, die weniger rechenintensive sind und weniger Energie verbrauchen, wie zum Beispiel Proof of Stake (PoS).

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Insgesamt ist der PoW-Mechanismus ein wichtiger Bestandteil vieler Blockchains und hat dazu beigetragen, dass diese Technologie sicher und vertrauenswürdig ist. Er hat jedoch auch einige Nachteile und es wird erwartet, dass sich der Einsatz von PoW in Zukunft verringern wird, während andere Konsensmechanismen an Bedeutung gewinnen werden.

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Was passiert genau beim Krypto-Mining?

Durch den Prozess namens "Mining" wird sichergestellt, dass in einer Blockchain Blöcke zu einer Kette hinzugefügt werden. Jeder Block enthält eine Liste von Transaktionen sowie einen "Hash". Ein Hash ist ein eindeutiger Code, der aus dem Inhalt des Blocks generiert wird. Der Hash jedes Blocks ist mit dem Hash des vorherigen Blocks in der Kette verknüpft, wodurch eine sichere und ununterbrochene Verbindung zwischen allen Blöcken in der Kette entsteht.

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Drei Elemente tragen dazu bei, dass die Blöcke einer Blockchain nicht verändert werden können. Das sind der eigene Hash- Code des Blocks, der Hash-Code des vorgehenden Blocks in der Kette und ein Zeitstempel. Der Hash-Codes für jeden Block an Daten ist einzigartig. Mit dem Hash-Code des vorgehenden Blocks werden die Blöcke in einer linearen chronologischen Reihenfolge gehalten. Er dient als Art Referenz. Der Zeitstempel gibt an wann ein jeweiliger Block erstellt wurde.  Es entsteht eine Art festes Siegel, indem jeder Hash eines Blocks den Hash des vorherigen Blocks benutzt. Die Gültigkeit des neuen Blocks und des vorherigen werden damit bestätigt.

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Was tun Miner?

Das Mining ist ein umfassender Prozess, an dem viele Miner beteiligt sind, die eine breite Palette von Hash-Funktionen mit unterschiedlichen Nonce-Werten ausführen. Zusätzlich zu den Transaktionen und dem Hash enthält jeder Block eine "Nonce". "Nonce" bedeutet so viel wie "Zahl, die nur einmal verwendet wird". Sie ist die Zahl, die von einem Miner herausgefunden werden muss, bevor er einen Block in einer Blockchain auflösen kann.

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Wenn ein Block von Transaktionen generiert wurde, wird er von Minern durch einen Prozess laufen gelassen. Durch die Anwendung einer mathematischen Formel, wird die Transaktion und ihre Informationen in etwas viel Kürzeres umgewandelt. Diese Kürzung ist eigentlich nur eine Aneinanderreihung von Buchstaben und Zahlen und wird Hash genannt. Der Miner muss eine Nonce Zahl finden, die zusammen mit den Daten im Block einen Hash ergibt, der mit der richtigen Zahl beginnt. Der Muss muss so lange verschiedene Zahlen in das Feld Nonce eingeben und den zugehörigen Hash berechnen, bis er eine Zahl findet, die der Vorgabe entspricht.

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Wichtig ist dabei die Tatsache, dass niemand eine Nonce berechnen kann. Das reine Probieren stellt also auch einen Glücksfaktor dar. Dies macht es jedem möglich seine Chancen zu verbessern einen Block zu finden, in dem er seine Hash-Rate erhöht. Wenn das Mining erfolgreich war und die Validierung eines neuen Blocks stattgefunden hat, beginnt die Suche nach einer Blockchain-Nonce von neuem.‍

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Der Unterschied von Proof of Work und Proof of Stake

Ein wesentlicher Unterschied zwischen Proof of Work und Proof of Stake ist, dass Proof of Work energieintensiver ist, während Proof of Stake weniger ressourcenintensiv ist. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass beim Proof of Work die Miner miteinander konkurrieren, um ein mathematisches Problem zu lösen, während beim Proof of Stake die Netzwerkteilnehmer, auch Validierer genannt, ihre Token einsetzen oder eine bestimmte Anzahl ihrer Token als Sicherheit "sperren", um Transaktionen zu validieren und je nach Höhe ihres Einsatzes für die Erstellung neuer Blöcke ausgewählt werden. Beim Proof of Stake gibt es keine Belohnung für die Erstellung eines neuen Blocks wie bei Proof of Work, da der Validator lediglich die Transaktionsgebühren verdient, die mit den im Block enthaltenen Transaktionen verbunden sind.

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Wichtige Begriffe im Mining - Was sind Miner, User und Nodes?

In einem dezentralen Netzwerk gibt es meist drei Arten von Teilnehmern.

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User (Nutzer):

- Empfangen und Tätigen Zahlungen
- speichern meist nicht die gesamte Blockchain
- bezahlen meist eine Mining Gebühr
- die Intention einer Zahlung wird von sie an Nodes und Miner gesendet

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Nodes (Knotenpunkte):

-      speichern die gesamte Blockchain zum Erhalt des gesamten Konsenses der Blockchain

-      stellen die volle Dezentralisierung des Systems sicher

-      erhalten Informationen von Usern und anderen Nodes und leiten diese weiter

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Krypto-Miner:

-      erzeugen initialen Konsens

-      überprüfen und verifizieren Transaktionen, welche durchgeführt werden sollen

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Es ist möglich, dass jeder Teilnehmer alle drei dieser Rollen einnehmen kann.

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Was ist Mining Difficulty?

Millionen von Minern einer Kryptowährung versuchen die Lösung eines Blocks, also einer Gleichung, durch sekundenschnelles und billionenfaches ausprobieren zu finden. Es ist allein eine Frage der Wahrscheinlichkeit, bis ein Miner eine richtige Nonce findet. Je schwere die Aufgabe, desto länger brauchen alle Miner. Je mehr Miner es versuchen, desto schneller ist sie gelöst. Dazu lassen sich mathematische Vorhersagen treffen. Damit die Blockzeit, das ist die Zeit, die das gesamte Netzwerk für das Finden eines Blocks braucht, konstant bleibt, gibt es in jeder Kryptowährung eine Mining Difficulty.

Der Bitcoin-Algorithmus passt sich zum Beispiel alle 2016 Blöcke wieder neu an. Die Schwierigkeit eine Aufgabe zu lösen, also einen neuen Block zu finden, wird ungefähr alle zwei Wochen neu anpasst. Das passiert, damit dass gesamte Netzwerk ungefähr 10 Minuten braucht, um einen Block zu lösen.

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Was ist eine Hash-Rate?

Die Zeit, die ein Miner benötigt, um einen neuen Block zu generieren ist direkt proportional zur gesamten Rechenleistung des Netzwerks, welche mit anderen Worten als Hash-Rate bezeichnet wird. Die Hash-Rate ist die Anzahl der Versuche pro Sekunde, eine Nonce auszuprobieren. Die Wahrscheinlichkeit einen neuen Block zu finden kann einfach berechnet werden, indem man die eigene Hash-Rate durch die gesamte Hash-Rate des Netzwerks teilt. Ohne die richtigen technischen Hilfsmittel hat man also sehr geringe Chancen.

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Die aktuelle gesamte Netzwerk-Hashrate für diverse Coins können Sie sich auf Miningpoolstats anschauen.

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