Wie funktioniert eigentlich eine Blockchain? (Schritt für Schritt erklärt)

Transaktionseinleitung und -überprüfung

1. Ein Benutzer initiiert eine Transaktion, indem er sie mit seinem privaten Schlüssel signiert und so eine einzigartige digitale Signatur erstellt, die den Besitz und die Absicht nachweist.

2. Die signierte Transaktion wird an das Peer-to-Peer-Netzwerk gesendet, wo Knoten sie empfangen und vorübergehend in einem Speicherpool namens Mempool speichern.

3. Knoten überprüfen unabhängig voneinander die Gültigkeit der Transaktion – prüfen, ob die Signaturen korrekt sind, ob ein ausreichender Kontostand vorhanden ist, keine Doppelausgaben vorliegen und ob die Protokollregeln eingehalten werden.

4. Ungültige Transaktionen werden sofort verworfen; Nur wer alle Validierungsprüfungen besteht, bleibt für die Aufnahme in den nächsten Block berechtigt.

5. Diese dezentrale Überprüfung stellt sicher, dass keine einzelne Entität die Genehmigung kontrolliert – jeder Knoten setzt die Konsensregeln autonom durch.

Blockbildung und Konsensmechanismus

1. Miner oder Validatoren sammeln verifizierte Transaktionen aus dem Mempool und fügen sie zu einem Kandidatenblock zusammen.

2. Jeder Block enthält einen kryptografischen Hash des vorherigen Blocks, einen Zeitstempel, eine Nonce (im Proof-of-Work) und die Merkle-Wurzel aller Transaktionen.

3. In Proof-of-Work-Systemen konkurrieren Miner um die Lösung eines rechenintensiven Rätsels – das Finden einer Nonce, die einen Hash unterhalb eines Zielschwellenwerts erzeugt.

4. In Proof-of-Stake-Systemen werden Validatoren pseudozufällig basierend auf der Menge der eingesetzten Token und anderen Parametern ausgewählt, um Blöcke vorzuschlagen und zu bestätigen.

5. Sobald ein Konsens erreicht ist – sei es durch die Regel der längsten Kette, Finalitätsgeräte oder Abstimmungsprotokolle – wird der neue Block über alle ehrlichen Knoten hinweg an die Kette angehängt.

Datenunveränderlichkeit und kryptografische Verknüpfung

1. Der Header jedes Blocks enthält den SHA-256-Hash des Headers des vorherigen Blocks und bildet so eine ununterbrochene kryptografische Kette.

2. Durch die Änderung von Daten innerhalb eines früheren Blocks wird dessen Hash geändert, wodurch die Referenz jedes nachfolgenden Blocks ungültig wird – was eine Neuberechnung aller folgenden Hashes erfordert.

3. Die Rekonstruktion der Kette erfordert die Kontrolle über mehr als 50 % der Netzwerkressourcen in PoW oder mehr als 2/3 des Anteils in vielen PoS-Varianten – was Manipulationen wirtschaftlich und technisch unerschwinglich macht.

4. Merkle-Bäume komprimieren Transaktionssätze in einem einzigen Root-Hash, sodass Lightweight-Clients die Einbeziehung bestimmter Transaktionen überprüfen können, ohne vollständige Blöcke herunterladen zu müssen.

5. Dieses strukturelle Design garantiert, dass Transaktionen nach der Bestätigung mit jedem weiteren Block zunehmend resistenter gegen eine Umkehrung werden.

Knotenbeteiligung und Netzwerksynchronisation

1. Vollständige Knoten laden jeden Block und jede Transaktion herunter und validieren sie, behalten eine vollständige Kopie des Ledgers bei und setzen Protokollregeln durch.

2. Light-Knoten verlassen sich bei Headern und Nachweisen auf vollständige Knoten und tauschen Speichereffizienz gegen reduzierte Vertrauensannahmen über eine vereinfachte Zahlungsüberprüfung ein.

3. Mining-Knoten nehmen an der Blockproduktion teil und führen gleichzeitig Validierungsaufgaben aus – obwohl einige Netzwerke diese Rollen explizit trennen.

4. Knoten tauschen kontinuierlich Bestandsnachrichten aus, fordern fehlende Blöcke an und lehnen Forks ab, die gegen Konsensregeln verstoßen oder keinen ausreichenden Nachweis erbringen.

5. Die netzwerkweite Synchronisierung erfolgt organisch durch die Verbreitung von Gerüchten – kein zentraler Koordinator diktiert Zustandsübergänge.

Häufige Fragen und direkte Antworten

F: Kann eine Transaktion entfernt werden, nachdem sie in den Mempool gelangt ist? A: Ja – wenn es zu lange unbestätigt bleibt, können Knoten es aufgrund von Speicherbeschränkungen entfernen oder es mithilfe von Mechanismen zum Ersetzen durch Gebühr ersetzen, sofern dies unterstützt wird.

F: Warum erfordern einige Blockchains sechs Bestätigungen, bevor eine Transaktion als abgeschlossen gilt? A: Sechs Blöcke stellen einen statistischen Schwellenwert dar, bei dem die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Reorganisation unter Standard-PoW-Annahmen unter 0,1 % fällt.

F: Nutzen alle Blockchains Mining? A: Nein – viele moderne Ketten nutzen Alternativen wie Proof-of-Stake, Delegated Proof-of-Stake oder Byzantine Fault Tolerant Consensus ohne energieintensive Berechnungen.

F: Ist die Blockchain wirklich anonym? A: Es ist pseudonym – Adressen haben keine inhärente Identitätsverknüpfung, aber On-Chain-Analysetools können oft Flüsse verfolgen und Adressen mit realen Entitäten verknüpfen.