Was ist Blockchain? So erstellen Sie Netzwerk, Code und seine Architektur

Genau wie künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen entwickelt sich Blockchain schnell zu einer Mainstream-Technologie in der heutigen Industrie. Die Blockchain-Technologie ist nicht mehr auf den BFSI-Sektor beschränkt und macht ihre Präsenz in anderen Bereichen bekannt, darunter Gesundheitswesen, Governance, Einzelhandel und Logistik, um nur einige zu nennen. Obwohl Blockchain seinen Weg in den allgemeinen Wortschatz gefunden hat, sind sich nicht viele der Blockchain-Architektur und ihrer Funktionsweise bewusst.

In diesem Beitrag sprechen wir über alles, was Sie über Blockchain und Blockchain-Architektur wissen müssen. Beginnen wir zunächst mit den Grundlagen.

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Was ist Blockchain?

Eine Blockchain ist ein dezentralisiertes und verteiltes Hauptbuch, das bereits 1991 entwickelt wurde, um Finanztransaktionen zu speichern und aufzuzeichnen. Es ist jedoch in der Lage, alles zu speichern, was Wert hat. Im Wesentlichen ist Blockchain ein miteinander verbundenes Netz oder Netzwerk von Computern, die miteinander verbunden sind, anstatt mit einem zentralen Server verbunden zu sein. Alle Maschinen (oder Knoten) innerhalb dieses Netzwerks können einen gemeinsamen Datenzustand definieren und vereinbaren, während sie sich an einige einstimmig vereinbarte Einschränkungen halten – obwohl das System aus mehreren Knoten besteht, kann kein einzelner Knoten die Daten ohne den Konsens des Ganzen ändern Netzwerk.

Da Blockchain ein verteiltes Netzwerk ist, verwaltet, genehmigt und aktualisiert jeder Knoten innerhalb des Netzwerks die neuen Einträge. Jedes Mitglied validiert die Aufzeichnungen und Verfahren, wodurch das Blockchain-Netzwerk valide und sicher wird. Selbst wenn die Mitglieder einander nicht vertrauen, können sie auf diese Weise Einigkeit auf gemeinsamer Basis herstellen.

Wie der Name schon sagt, besteht eine Blockchain aus Blöcken, die spezifische Informationen enthalten, die von allen verbundenen Maschinen innerhalb des Peer-to-Peer-Netzwerks (P2P) geteilt werden. Diese Blöcke sind Datenstrukturen, die Transaktionssätze bündeln und an alle Knoten im P2P-Netzwerk verteilen. Jeder Block wird durch einen hochspezialisierten kryptografischen Schlüssel gesichert. Darüber hinaus enthält jeder Block einen Block Header – die Metadaten – die die Gültigkeit des Blocks verifizieren. Die Blockmetadaten eines Blocks bestehen aus den folgenden sechs Komponenten:

• Version – Die aktuelle Version der Blockstruktur.
• Header-Hash des vorherigen Blocks – Der Verweis auf den übergeordneten Block dieses Blocks .
• Merkle-Root-Hash – Es ist ein kryptografischer Hash aller im Block aufgezeichneten Transaktionen.
• Zeitstempel – Der Zeitpunkt der Erstellung des Blocks.
• nBits – Die codierte Form des Zielschwellenwerts im Blockheader.
• Nonce (einmal verwendete Zahl) – Ein zufälliger Wert, den der Ersteller des Blocks nach Belieben manipulieren kann.

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Während diese sechs Komponenten den Block Header bilden, enthält der verbleibende Teil eines Blocks die Transaktionen, die der Miner beim Erstellen des Blocks eingeschlossen hat. Die Benutzer in einem Netzwerk erstellen solche Transaktionen und übermitteln sie an das Netzwerk, um in einen Block aufgenommen zu werden. Da diese Transaktionen weiter zunehmen, nimmt auch die Größe der Blockchain weiter zu.

Die dezentralen und verteilten Merkmale der Blockchain machen sie transparent und nachvollziehbar (jeder Benutzer im Netzwerk ist für alle Änderungen in der Kette verantwortlich). Und die Tatsache, dass alles, was in einer Blockchain aufgezeichnet wird, durch Kryptografie gesichert ist, macht sie sicher und zuverlässig. Diese Eigenschaften von Blockchain haben es für Enthusiasten aus allen Branchen attraktiv gemacht, die bereitwillig in die Blockchain-Architektur investieren, um Blockchain-basierte Anwendungen zu entwickeln.

Blockchain-Architektur

Nachdem wir nun die Grundlagen der Blockchain-Architektur geklärt haben, werden wir uns eingehender damit befassen. Die Blockchain-Architektur besteht aus zwei Kerndatenstrukturen:

• Zeiger – Dies sind Variablen, die Informationen über die Position einer anderen Variablen aufzeichnen. Mit anderen Worten, sie weisen auf die Position einer anderen Variablen hin.
• Verknüpfte Listen – Dies sind eine Folge von Blöcken, wobei jeder Block eindeutige Daten hat und über einen Zeiger mit dem darauf folgenden Block verknüpft ist.

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Nach dieser Logik enthält der erste Block, auch Genesis-Block genannt, in der Kette keinen Zeiger (es ist der Anfangsblock). In ähnlicher Weise hat der letzte Block in der Kette einen Nullzeiger (ohne Wert).

Merkmale der Blockchain-Architektur

Die Blockchain-Architektur hat einige einzigartige Eigenschaften, darunter:

• Kryptografie – Jede in einer Blockchain aufgezeichnete Transaktion wird durch komplexe kryptografische Berechnungen gesichert, die von allen beteiligten Beteiligten validiert werden.
• Dezentralisierung – Jedes Mitglied des Blockchain-Netzwerks hat Zugriff auf die vollständige Datenbank.
• Herkunft – Die Herkunft jeder im Blockchain-Ledger enthaltenen Transaktion kann nachverfolgt und überwacht werden.
• Unveränderlichkeit – Sobald eine Transaktion in einer Blockchain aufgezeichnet wurde, kann sie nicht gelöscht werden. Nur mit Zustimmung aller Parteien kann der Datensatz geändert werden.
• Anonymität – Jeder Benutzer im Netzwerk hat eine vom System selbst generierte Adresse – er hat keine Identität. Auf diese Weise können die Benutzer ihre Anonymität wahren (was insbesondere in einer öffentlichen Blockchain-Struktur erforderlich ist).
• Transparenz – Da jedes Mitglied der Blockchain auf das System zugreifen und den Betrieb überwachen kann, ist der Prozess vollständig transparent. Die Änderung eines Blocks würde bedeuten, dass die gesamte Kette geändert werden muss, und dies ist höchst unwahrscheinlich (es erfordert enorme Rechenleistung, um das Blockchain-Netzwerk zu überschreiben).

Arten von Blockchain-Architekturen

Es gibt hauptsächlich drei Arten von Blockchain-Architekturen:

• Öffentliche Blockchain-Architektur

In einer öffentlichen Blockchain-Architektur steht jeder Person, die bereit ist, am Blockchain-Netzwerk teilzunehmen, der Zugriff auf Daten und das System zur Verfügung. Bitcoin, Ethereum und Litecoin sind einige hervorragende Beispiele für öffentliche Blockchain-Systeme.

• Private Blockchain-Architektur

Im Gegensatz zur öffentlichen Blockchain-Architektur kann eine private Blockchain-Architektur nur von einer Gruppe autorisierter Benutzer kontrolliert werden, die einer bestimmten Organisation angehören oder die eine Einladung zur Teilnahme am Netzwerk haben.

• Blockchain-Architektur des Konsortiums

Die Blockchain-Architektur des Konsortiums besteht aus einer Gruppe von Organisationen, und die Verfahren für das System werden von der ausgewählten Gruppe zugewiesener Benutzer festgelegt und kontrolliert.

Eine öffentliche Blockchain ist die reine dezentrale Blockchain, da sie offen ist und jedem zugänglich ist, der bereit ist, an einer Vereinbarung oder dem System teilzunehmen. Alle Datensätze sind für jeden teilnehmenden Benutzer im Netzwerk sichtbar. Im Gegensatz dazu bildet eine private Blockchain das Verhalten eines stärker zentralisierten Systems ab, da sie von einer ausgewählten Gruppe von Benutzern verwaltet und kontrolliert wird, die mehr Privatsphäre genießen.

Kernkomponenten der Blockchain-Architektur

Sechs Kernkomponenten bilden die Blockchain-Architektur. Sie sind:

• Knoten – Bezieht sich auf einen Benutzer/Computer in der Blockchain-Architektur. Jeder Knoten enthält eine unabhängige Kopie des gesamten Blockchain-Ledgers.
• Transaktion – Bezieht sich auf den kleinsten Baustein eines Blockchain-Systems, d. h. die im Block gespeicherten Aufzeichnungen und Informationen.
• Block – Es ist eine Datenstruktur, die eine Reihe von Transaktionen speichert/aufzeichnet, die dann unter allen Knoten im Netzwerk geteilt (verteilt) werden.
• Kette – Es ist ein Begriff für eine Folge von Blöcken, die in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet sind.
• Miner – Dies ist ein Begriff, der für die spezifischen Knoten verwendet wird, die die Blöcke überprüfen, bevor sie der Blockchain-Struktur hinzugefügt werden.
• Konsensalgorithmus – Es ist eine Sammlung von Regeln und Verfahren, die bei der Durchführung von Blockchain-Operationen strikt eingehalten werden sollten.

Das unten angegebene Blockchain-Architekturdiagramm erklärt weiter, wie das System als verteilte digitale Geldbörse funktioniert:

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Zuvor hatten wir die Komponenten der Block-Metadaten besprochen. Nun werfen wir einen Blick auf die Elemente eines Blocks in einer Blockchain. Jeder Block besteht aus:

• Daten – Die Daten eines Blocks hängen weitgehend von der Art der Blockchain-Architektur ab, unter die er fällt. Bei Bitcoin oder Litecoin beispielsweise enthalten die in den Blöcken enthaltenen Daten Informationen über den Absender, den Empfänger und die Anzahl der Coins.
• Der Hash des Blocks – Ein Hash ist ein eindeutiger Schlüssel, fast wie ein Fingerabdruck. Es ist eine komplexe Kombination aus Ziffern und Buchstaben. Jeder Block-Hash wird mithilfe eines bestimmten kryptografischen Hash-Algorithmus erstellt – SHA256. Sobald ein Block erstellt wird, wird ein Hash-Schlüssel generiert. Alle Änderungen, die am Block vorgenommen werden, ändern automatisch auch seinen Hash. Mit anderen Worten, der Block-Hash hilft, alle an einem Block vorgenommenen Änderungen zu erkennen.
• Der Hash des vorherigen Blocks – Ein Block muss neben seinem eindeutigen Hash-Schlüssel auch den Hash des Blocks unmittelbar davor enthalten. Es ist diese Funktion, die dazu beiträgt, eine verbundene Kette in der Blockchain-Architektur zu schaffen, und das Hauptelement hinter ihrer Sicherheit ist.

Da alle validierten Blöcke in einer Blockchain vom Genesis-Block abgeleitet sind, wird jeder Versuch, einen einzelnen Block zu beschädigen oder zu verletzen, eine Kettenreaktion auslösen, die alle Blöcke dazu veranlasst, sich zu ändern. Wenn dies passiert, tragen alle Blöcke die falschen Informationen weiter, wodurch die gesamte Blockchain ungültig wird. Über den Consensus-Algorithmus können jedoch Änderungen an der Blockchain-Architektur vorgenommen werden.

Was ist ein Konsensalgorithmus?

Der Konsensalgorithmus bezieht sich auf den Mechanismus oder das Protokoll, das sicherstellt, dass die lokale Kopie des Blockchain-Ledgers, das einzelnen Mitgliedern gehört, miteinander konsistent ist und auf die neueste Version aktualisiert wird. Dies trägt dazu bei, die Einheitlichkeit und Synchronität innerhalb der Blockchain-Architektur sicherzustellen. Hier sind die drei am häufigsten verwendeten Konsensalgorithmen:

Arbeitsnachweis (POW)

Beim POW müssen Sie ein komplexes Rechenpuzzle lösen, um neue Blöcke im Blockchain-Netzwerk zu erstellen und hinzuzufügen. Sie müssen also die bestimmte Zeichenfolge erraten, die einen 256-Bit-Hash erzeugt, wie er vom SHA256-Hashing-Algorithmus weitergegeben wird. Da man Millionen von Vermutungen anstellen muss, um den Hash zu verifizieren, erhält er den Namen „Proof-of-Work“.

Einsatznachweis (POS)

Das POS-Protokoll betrachtet alle Knoten im System als Prüfer, die die Transaktionen validieren können, um Transaktionsgebühren zu verdienen. POS wählt diese Knoten zufällig aus, um die Blöcke zu validieren – die Wahrscheinlichkeit hinter der zufälligen Auswahl eines Knotens hängt von der Höhe des Anteils ab, den dieser Knoten hat.

Vereinfachte byzantinische Fehlertoleranz (SBFT)

Bei diesem Ansatz gibt es einen einzigen Knoten (Validator), der die vorgeschlagenen Transaktionen bündelt, um einen neuen Block in der Blockchain zu erstellen. Der Validierer wird als Partei bezeichnet. Wenn hier die minimale Anzahl anderer Knoten im Netzwerk den neu erstellten Block korrigiert, wird ein Konsens erzielt.

Wie erstelle ich eine Blockchain-Architektur?

Um eine Blockchain-Architektur aufzubauen, müssen Sie sich zunächst um zwei Dinge kümmern:

• Blockchain-Netzwerk – Es bezieht sich auf die Infrastruktur der Blockchain-Anwendung, die in einer bestimmten Umgebung entweder in einer oder wenigen Organisationen platziert ist.
• Blockchain-Code – Er bezieht sich auf die Aufgaben und Ziele, die die Blockchain-Anwendung erfüllen soll.

Heute ist die Entwicklung einer Blockchain-Architektur dank der weit verbreiteten Verfügbarkeit von Open-Source-Lösungen einfacher. Hyperledger von Linux Foundation ist die beliebteste Plattform, die zum Erstellen einer privaten Blockchain-Architektur verwendet wird. Neben Hyperledger sind auch Ethereum und Corda hervorragende Werkzeuge für die Entwicklung von Blockchain-Architekturen.

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Wie erstelle ich ein Blockchain-Netzwerk?

Ein Blockchain-Netzwerk wird gebildet, wenn eine oder eine Gruppe von Organisationen beschließt, in eine Blockchain-Lösung zu investieren. Dieses Netzwerk kann entweder als einzelne Organisation mit ihren Mitarbeitern oder als Ganzes aus Sicht der technischen Infrastruktur aller Organisationen zusammen betrachtet werden.

An einem Blockchain-Netzwerk sind in der Regel mehrere Parteien beteiligt. Das Ziel von Blockchain-Anwendungen/-Lösungen ist es, diese Partys zu organisieren, indem ein transparentes Peer-to-Peer-System gebildet wird, in dem jedes Mitglied alle Aktivitäten in Echtzeit verfolgen und überwachen kann. Diese Funktion hilft, alle mit der Transaktion oder dem Geschäft verbundenen Risiken zu eliminieren.

In einem Blockchain-Netzwerk besitzt jede teilnehmende Organisation eine individuelle Kopie des Ledgers, die mit einzigartigen Protokollen und technischen Schichten des Blockchain-Netzwerks (Peers) synchronisiert ist. Der Bestellservice kann von allen Parteien gemeinsam genutzt werden, die die Transaktionen und ihre Bestellung im Blockchain-Netzwerk kontrollieren. Auch hier ermöglicht die Membership Services Provider (MSP)-Funktion bestimmten Benutzern innerhalb des Netzwerks den Zugriff, um die Privatsphäre und Sicherheit des Netzwerks zu wahren. Schließlich werden alle im Netzwerk enthaltenen Transaktionen in einem Hauptbuch erfasst.

Wie erstelle ich den Blockchain-Code?

Sobald das Blockchain-Netzwerk eingerichtet ist, müssen die beteiligten Parteien einen Konsens über die Art der Geschäftstransaktionen erzielen, die innerhalb der Blockchain-Architektur stattfinden sollen. Dieser Konsens wird in Form einer rechtlichen Vereinbarung erreicht, die als Smart Contracts bekannt ist. Dies ist der Blockchain-Code, auch bekannt als Chaincode. Wie jedes Rechtsdokument enthalten Smart Contracts die Informationen der Teilnehmer, der Vermögenswerte und der Transaktionen, die stattfinden sollen. Jede Transaktion erfordert eine Transaktionsprozessorfunktion, die die Prozesse umreißt, die nach Ausführung der Transaktion stattfinden werden.

Die Vorteile der Blockchain-Architektur

Durch die Einrichtung einer Blockchain-Architektur können Unternehmen die folgenden Vorteile nutzen:

• Kostenreduzierung

Unternehmen geben in der Regel beträchtliche Geldbeträge für die Wartung zentralisierter Datenbanken aus, die anfällig für Cyberangriffe sind. Mit einer Blockchain-Struktur ist eines sicher, dass sich Unternehmen keine Sorgen über Sicherheits- und Systemverletzungen machen müssen. Daher müssen sie kein zusätzliches Geld für die Stärkung der Systemsicherheit ausgeben.

• Erhöhte Transparenz

In einer Blockchain-Struktur können Mitglieder jederzeit den Verlauf jeder Transaktion überprüfen. Im Gegensatz zu einer zentralisierten Datenbank handelt es sich also um ein ständig wachsendes Archiv, in dem die Mitglieder vollständige Transparenz genießen.

• Datensicherheit

Sobald Sie Informationen (Daten) in die Blockchain-Struktur eingegeben haben, ist es fast unmöglich, sie zu manipulieren oder zu beschädigen. Jede an der Blockchain vorgenommene Änderung muss von allen Mitgliedern des Netzwerks validiert werden, wodurch der Prozess langwierig und zeitaufwändig wird. Natürlich ist der Datensicherheitsquotient in der Blockchain-Architektur sehr hoch.

Das ist also die Blockchain-Architektur auf den Punkt gebracht!

Wir hoffen, dass dies Ihnen hilft, diese aufkommende Technologie ein wenig besser zu verstehen.

Es gibt einen Anstieg der Karrieren in der Blockchain-Technologie und Blockchain hat das Gesicht der Technologiebranche für immer enorm verändert. Wenn Sie daran interessiert sind, ein Blockchain-Entwickler zu werden und Smart Contracts und Kettencodes zu erstellen, sehen Sie sich das Advanced-Zertifikatsprogramm von IIIT-B & upGrad in Blockchain-Technologie an .