Eine Blockchain ermöglicht es, Informationen mithilfe einer dezentralen, von vielen Teilnehmern gemeinsam genutzten Datenbank fälschungssicher zu übermitteln, so dass Kopien ausgeschlossen sind. Die Datenbank wird auch als verteiltes Register oder Hauptbuch (Distributed Ledger) bezeichnet. Sie ist auf vielen Rechnern in einem Peer-to-Peer-Netzwerk abgelegt, wobei jeder neue Knoten mit seinem Beitritt eine vollständige Kopie der Blockchain übernimmt und ab sofort die Aufgabe hat, Transaktionen zu überprüfen und zu dokumentieren.

Wie läuft das konkret ab? Jemand initiiert einen Prozess, indem er einen Datensatz (Block) generiert, der dann von Tausenden oder sogar Millionen von Rechnern im Netzwerk verifiziert und gespeichert wird. Der verifizierte Block wird kryptografisch verschlüsselt an eine Kette von Datensätzen angehängt (Blockchain), so dass sehr viele einzgartige Datensätze mit einer jeweils eigenen, nachvollziehbaren Historie entstehen.

Blockchains sind demnach sichere, stets aktuelle Verzeichnisse, in denen sich digitale Transaktionen verlässlich und für die Teilnehmer nachvollziehbar dokumentieren lassen. Sie werden ständig chronologisch und linear erweitert, vergleichbar einer Kette, in die alle beteiligten Rechner als Glieder eingebunden sind und die ständig um neue Glieder erweitert wird (daher auch der Begriff Blockchain = Blockkette).

Das technische Modell der Blockchain wurde im Rahmen der Kryptowährung Bitcoin entwickelt - als Web-basiertes, dezentrales, öffentliches Buchhaltungssystem aller Bitcoin-Transaktionen, die jemals getätigt wurden. Die Bitcoin-Blockchain wächst stetig, da ständig neue Blöcke mit neu abgeschlossenen Bitcoin-Transaktionen hinzukommen. Jeder Computer, der an das Bitcoin-Netz angeschlossen ist und neue Bitcoins erzeugt oder die bisher erzeugten verwaltet, hält eine 1:1-Kopie der vollständigen Blockchain vor, die derzeit rund 284 Gigabyte groß ist (Juni 2020; hier geht's zum aktuellen Stand).

Bitcoin ist eine 2009 begründete digitale Währung, die eine Blockchain als technologisches Rückgrat nutzt. Wer im Web Rechnungen mit Bitcoins begleicht, zahlt geringere Transaktionsgebühren als bei traditionellen Online-Payment-Anbietern, weil sämtliche Intermediäre im Zahlungsprozess ausgeschlossen werden. Ein weiteres Merkmal von Bitcoin ist, dass die Währung nicht durch eine zentrale Staatsbank oder ähnliche Einrichtung gesteuert wird. Der größte Nachteil ist, dass die Währung immer noch von nur wenigen Stellen akzeptiert wird und der Aufwand, neue Bitcoins zu berechnen, immer weiter steigt.

Es existieren keine physikalischen Münzen oder Banknoten, sondern nur Kontostände, die mit öffentlichen und privaten Schlüsseln verbunden sind. Diese Kontostände werden in einem öffentlichen Buchhaltungssystem abgelegt - der Blockchain -, zusammen mit allen jemals getätigten Bitcoin-Transaktionen. Die für die Verwaltung dieser massiven Datenmenge notwendige Rechenpower wird durch ein großes Netz von Computern bereitgestellt.

Die Blockchain ist eine Technologie, die sichere, nicht manipulierbare Transaktionen im Netz ermöglicht und daher auch losgelöst von Bitcoin interessant ist. Wie stark sie Märkte verändern kann, macht ein Beispiel von Blockgeeks.com deutlich: Wenn wir uns heute im Web oder via App eine Zugfahrkarte kaufen, ist meistens ein Kreditkartenunternehmen zwischengeschaltet, das sich jede Transaktion vergüten lässt. Ein Blockchain-basiertes System könnte den Ticketing-Prozess sicher und direkt ohne Transaktionskosten zwischen Bahngesellschaft und Passagier abwickeln. Bahn und Kunde würden sich freuen, Intermediäre hätten das Nachsehen.

Ein häufig zitiertes Beispiel liefert IBM mit Food Trust, einer Blockchain-basierenden Plattform für die Rückverfolgung von Lebensmitteln. Ziel ist es, in der gesamten Nahrungsmittel-Versorgungskette vom Erzeuger über Verarbeiter, Händler und Einzelhändler bis hin zum Konsumenten Transparenz zu schaffen. Alle Beteiligten erhalten dauerhaft einen mit Zugriffsrechten versehenen, gemeinsamen Datensatz mit aktuellen Informationen zum Nahrungsmittelsystem. So lassen sich Ineffizienzen, Umweltverstöße und Manipulationen in den weltweiten Lieferprozessen vermeiden (Siehe auch: IBM erklärt seine Blockchain-Strategie). Nestlé, Walmart und Carrefour unterstützen das Projekt.

In die gleiche Richtung zielt SAP mit ihrer "SAP Cloud Platform Blockchain". Die Walldorfer haben mehr als zwei Dutzend Unternehmen aus Industrie, Pharmazie, Technologie und Logistik gewonnen, um mit einem Blockchain-basierenden Supply-Chain-Tracing-System zu experimentieren. Immer geht es darum, Lieferketten transparenter zu machen und mit einfachen Mitteln die Authentizität von Produkten nachzuweisen. Wie IBM arbeitet auch SAP an Blockchain-as-a-Service-Angeboten und hat unter anderem die Nahrungsmittelhersteller Maple Leaf Foods, Naturipe Farms, Tate & Lyle und Natura als Partner gewonnen.

Wie IBM und SAP betreibt auch Oracle eine eigene Blockchain-as-a-Service-Plattform. Hier fällt ein Projekt mit dem gemeinnützigen World Bee Project ins Auge: Der Datenbankprimus arbeitet mit dem NGO an einem System zur Überwachung der Supply Chains in der Honigproduktion, wie Ledger Insights berichtete. Ziel ist es, Honig-Konsumenten garantieren zu können, dass der süße Brotaufstrich aus einer nachhaltigen, ökologisch korrekten Produktion stammt.

Die Dezentralisierung der IT im Allgemeinen und Blockchain im Besonderen bringt einige Vor- und Nachteile mit. Als Vorteile lassen sich anführen:

• Auf der Grundlage des Distributed Ledger (Hauptbuchs) wird jede Transaktion sicher dokumentiert und für alle Beteiligten transparent. Updates sind nur möglich, wenn alle zustimmen. Damit sind in einer Blockchain abgelegte Daten akkurat, transparent und konsistent. Sie können von allen Zugangsberechtigten erreicht werden. Die Änderung eines einzelnen Transaktionsdatensatzes würde die Änderung aller nachfolgenden Datensätze und die Zustimmung des gesamten Netzwerks erfordern.
  

• Sicherheit ist ein großer Vorzug der Blockchain. Auf Transaktionen müssen sich alle Beteiligten einigen, bevor diese aufgezeichnet werden. Ist der Genehmigungsprozess vollzogen, wird die Transaktion verschlüsselt und mit der vorherigen Transaktion verknüpft. Weil die Informationen dazu nicht auf einem einzelnen Server, sondern in einem Netzwerk von Rechnern liegen, ist es für Hacker nahezu unmöglich, Transaktionsdaten zu kompromittieren. Damit eignet sich die Blockchain theoretisch für alle Szenarien, in denen verschiedene Parteien kritische Informationen austauschen - also nicht nur für Nahrungsmittelproduzenten, sondern auch für Banken, Logistiker, Behörden oder auch Gesundheitsunternehmen.
  

• Ein Argument für die Blockchain ist die Rückverfolgbarkeit und damit auch die Echtheitsprüfung von Produkten. Ein Einblick in historische Transaktionsdaten kann helfen, die Echtheit von Produkten und Vermögenswerten zu überprüfen und Betrug zu verhindern. Firmen können also nicht nur Schwachstellen in verzweigten Lieferketten aufspüren, sondern auch Artikel bis zu ihrer Herkunft und ihren Erzeugern zurückverfolgen. Das kann so weit gehen, dass Konsumenten erfahren, von welchem Bauern ihre Mango wann geerntet wurde.
  

• Die Blockchain ermöglich mehr Speed in tradierten Business-Transaktionen. Wer Papier- oder E-Mail-basierende Prozesse nutzt, weiß um die Dauer und die Fehleranfälligkeit komplexer Transaktionen mit vielen Parteien. Oft haben Fehler auch noch langwierige Mediationen oder Gerichtsverfahren zur Folge. Eine "zentrale digitale Buchführung", wie sie die Digital-Ledger-Technologie ermöglicht, sorgt für weniger Reibungsverluste und Unordnung. Es wird einfacher, sich zu vertrauen, so dass Clearing und Abwicklung schneller erfolgen können.
  

• Tatsächlich ist auch eine deutliche Reduktion der Kosten für Verwaltung sowie interne und externe Finanztransaktionen und -reporting zu erwarten. Wer auf die Blockchain setzt, braucht nicht so viele Third Parties oder sonstige Instanzen, die Garantien geben. Vertrauen in den Handelspartner spielt keine Rolle mehr, man kann sich voll auf die Daten der Blockchain verlassen.

Als Nachteile sind zu nennen:

• Mit jedem Block wächst die Blockchain und damit der Speicheraufwand. Würden Daten im Terabyte-Bereich anfallen, müssten diese auf jedem Knoten im Netzwerk abgespeichert werden, was kaum realistisch ist, zumal die Internet-Verbindung extrem stark belastet würde. Es gilt also genau durchzuspielen, welche Transaktionsszenarien sich abbilden lassen und welche nicht.
  

• Blockchain-Technologie ist nicht einfach in bestehende IT-Landschaften einzubinden, insbesondere wenn viele Legacy-Anwendungen laufen. Deshalb ist sie eine echte Herausforderung für IT-Abteilungen.
  

• Die Anwender könnten sich mit der neuen Technologie zunächst schwertun. Ein ausgefeiltes Change Management ist anzuraten, was Kosten nach sich ziehen dürfte.
  

• Was passiert, wenn keine Einigkeit unter den Peers herrscht und die einen ein Software-Update ablehnen, während die anderen es befürworten? Im Extremfall spaltet sich die Blockchain und es entstehen zwei unabhängige neue Blockchains mit derselben Historie.
  

• Hunderprozentig manipulationssicher ist auch die Blockchain nicht. Schafft es ein Teilnehmer, mehr als die Hälfte der Teilnehmerknoten zu kontrollieren (was de facto nie vorkommt vorkommt), kann er theoretisch die Transaktionshistorie verändern.
  

• Die Performance einer Blockchain kommt nicht im Entferntesten an die einer zentralen Datenbank heran. Die Verifikation der Transaktionen und deren Synchronisation brauchen Zeit. Außerdem müssen Transaktionen im Netz von jedem Knoten unabhängig verarbeitet werden.
  

• Transparenz ist mit der Blockchain eigentlich gewünscht, aber der Schuss kann auch nach hinten losgehen, weil auch andere Einsicht in vergangene und manchmal auch kommende Transaktionen Einsicht nehmen können.

Schon heute ist vieles in der IT dezentralisiert - dem Internet und der Cloud sei Dank. Mit Anwendungen, die auf dem Blockchain-Prinzip basieren, kommen weiter neue Entwicklungen dazu, die dafür sorgen werden, die aufgeführten Nachteile nach und nach abzubauen. So basiert auch die Kryptowährung Ethereum auf dem Blockchain-Prinzip der dezentralen Rechenleistung und kann als eine Art Brücke zwischen Blockchain und Unternehmens-Systemen gesehen werden.

Blockchain-Anwendungsplattformen für die Finanzindustrie wie ERIS, R3CEV oder We.Trade sollen transparente, sichere und nachprüfbare Geschäftsmodelle in die IT, insbesondere der Finanzbranche, bringen. Für den CIO heißt ein solcher neuer dezentralisierter Technologie-Stack samt wachsendem Ökosystem, dass er seinen Aufgaben besser nachkommen kann: schnellere Fertigstellung für den Geschäftsbetrieb, eine sicherere Transaktionsabwicklung, Kostenreduzierung und engere Orientierung an regulatorischen Vorschriften.

Die als Nachteil identifizierte Integration mit bereits bestehenden Systemen stellt zwar bislang noch eine Herausforderung dar, ist aber nicht unüberwindbar und lässt sich mit den durch Blockchain zu erwartenden Vorteilen sowohl für die IT als auch fürs Business gut rechtfertigen.

Die Dezentralisierung der Kommunikation begann schon mit dem Internet, jeder Mensch erhielt mehr Verfügungsgewalt über die Informationen, die er konsumiert. Im nächsten Schritt werden neben der Kommunikation auch Rechenleistung und Speicher dezentralisiert (Cloud Computing), und mit der Blockchain kommt nun ein weiteres Element hinzu. Die Blockchain befeuert Ideen, nicht nur Kryptowährungen wie Bitcoin über dezentrale Netze zu steuern, sondern auch andere digitale Inhalte wie Kunst, Musik, Texte oder Fotos.

Erste konkrete Praxisbeispiele für den Einsatz von Blockchains in verschiedenen Industrien haben wir im Artikel "Blockchain im Einsatz" zusammengestellt.

Unabhängig von den oben genannten Beispielen lässt sich festhalten, dass große IT-Konzerne auf den Blockchain-Zug aufspringen und an Software- und Service-Ökosystemen rund um die Technologie arbeiten. So bietet IBM innerhalb seiner Cloud Entwicklern die Möglichkeit, eigene Blockchains aufzusetzen. Dazu stellt Big Blue den der Bitcoin-Blockchain zugrundeliegenden Hyperledger-Code zur Verfügung.

Durch die gleichzeitige Integration des Container-Dienstes Docker sei es "für Entwickler nun in zwölf Sekunden möglich, eine eigene Mini-Blockchain innerhalb einer Sandbox zum Laufen zu bekommen", wie Jerry Cuomo, bei IBM für die Blockchain-Angebote zuständig, im Rahmen der Vorstellung der Services bereits im Februar 2016 unterstrich. "Und nur eine Minute später ist dann die erste vollständige Blockchain-Applikation live."

Auch Microsoft hat den Nutzen längst erkannt und unter dem Dach von "Ethereum Blockchain as a Service" in der Azure Cloud das "Project Bletchley" gestartet. Demnächst sollen verschiedene Middleware-Tools gelauncht werden, die den Business-Nutzen von Blockchain erweitern. So spricht man beispielsweise mit "Blockchain as a Service" in erster Linie Entwickler an. Als technisches Werkzeug der Lösungen dienen sogenannte "Cryptlets", mit deren Hilfe Anwender externe Daten in eine Blockchain einpflegen können, ohne ihre Sicherheit und Integrität zu zerstören.

Diese Cryptlets lassen sich in jeder beliebigen Programmiersprache entwickeln und laufen analog zum IBM-Angebot innerhalb eines sicheren Containers. Microsoft sieht den Nutzen der Blockchain-Technologie vor allem in Security-relevanten Themen wie Identitäts-Management und Verschlüsselung und hat entsprechende Services bereits in Project Bletchley integriert.

Weitere große IT-Player sind ebenfalls längst über das Experimentierstadium hinaus und entwickeln konkrete Anwendungen, meist auf der eigenen As-a-Service-Plattform. (fm)