Was ist ein Hash?

Die Blockchain gilt als eine unglaublich sichere Technologie. Daher besteht auch praktisch keine Chance, dass jemand vergangene Daten verändern kann, wodurch Double Spending verhindert wird. Dass dies möglich ist, liegt unter anderem daran, dass die Daten auf einer Blockchain gehasht werden.

Wir können daher sagen, dass Hashing der Schlüssel zur Zuverlässigkeit der Blockchain ist. Aber wie funktioniert das eigentlich?

Was ist Hashing?

Hashing ist der Prozess, eine Eingabe beliebiger Länge mithilfe eines mathematischen Algorithmus in ein festes kryptografisches Ergebnis umzuwandeln. Es gibt sehr viele verschiedene Algorithmen dieser Art, wobei einige sicherer sind als andere. Bitcoin verwendet zum Beispiel den SHA-256-Algorithmus.

Was macht einen Hash so sicher?

Durch Hashing wird die Sicherheit der Blockchain erheblich erhöht. Das liegt daran, dass es unmöglich ist zu wissen, welche Informationen sich hinter einem Hash verbergen und wie groß diese Informationen sind, wenn man einen Hash sieht. Aber das ist nicht das Einzige, was einen Hash so sicher macht.

Ein Hash ist auch deshalb sicher, weil selbst die kleinste Änderung seines Inhalts zu einem völlig anderen Hash führt. Wenn schon eine kleine Änderung nur einen kleinen Unterschied machen würde, wäre es viel einfacher festzustellen, wie der Inhalt aussieht. Je effizienter und komplexer der Hashing-Algorithmus ist, desto größer ist die Auswirkung einer Änderung des Inhalts auf den Hash.

Wie nutzt die Blockchain Hashing?

Die Blockchain nutzt Hashing, um alle Daten vor äußeren Einflüssen schützen zu können. Dadurch kann man nicht direkt sehen, was auf der Blockchain passiert. Der Inhalt aller Blöcke wird gehasht, sodass man auch die Transaktionen nicht einfach einsehen kann.

Wie wir gerade gesagt haben, führt selbst die geringste Änderung am Inhalt zu einem völlig anderen Hash. Dadurch wird sichergestellt, dass die Blockchain ein sicherer Ort ist und dass Blöcke miteinander verknüpft werden können.

Miner sind damit beschäftigt, Transaktionen auf der Blockchain zu überprüfen. Wenn eine Transaktion nicht genehmigt werden kann, wird sie nicht zur Blockchain hinzugefügt. Wenn eine Transaktion jedoch gültig ist, wird sie in den neuen Block aufgenommen, der der Blockchain hinzugefügt wird.

Vielleicht ist dir bekannt, dass der erste Block der Blockchain Genesis-Block genannt wird. Dieser Block wird gehasht, genau wie alle anderen Blöcke auf der Blockchain. Er bildet jedoch den Anfang für den Rest der Blöcke und deren Hashes.

Das liegt daran, dass der Hash des ersten Blocks in dem Block gespeichert wird, der danach kommt. Und der Block, der anschließend zur Blockchain hinzugefügt wird, enthält ebenfalls den Hash des vorherigen Blocks. Auf diese Weise entsteht eine Kette von Blöcken, die wir Blockchain nennen. Jeder Node hat eine Kopie der Blockchain.

Wenn also jemand versucht, den Inhalt eines Blocks zu verändern, wird ein neuer Hash erzeugt. Da der Block dann den Hash des ursprünglich vorherigen Blocks in sich trägt, wird bemerkt, dass etwas nicht mehr stimmt. Alle Nodes im Netzwerk werden dann wissen, dass jemand versucht hat, die Historie der Blockchain zu manipulieren.

Somit verweist jeder Block über seinen Hash auf den Hash des vorherigen Blocks zurück. Genau deshalb gelten Transaktionen als sicher, wenn sie auf der Blockchain gespeichert werden.

Dies wäre möglich, wenn Daten an einem zentralen Ort gespeichert werden, etwa auf einem Server. Denn dann gibt es kein Netzwerk, das sofort einen Fehler bemerken würde, weil ein Hash verändert wurde.

Verschiedene Hashing-Algorithmen und ihre Sicherheit

Es gibt viele verschiedene Arten von Hashing-Algorithmen, die Blockchains nutzen können. Das liegt daran, dass die Technologie selbst nicht neu ist. Seit die ersten Computer entwickelt wurden, wurden auch Hashing-Algorithmen erdacht. Hashes werden zum Beispiel auch verwendet, um Passwörter für Websites zu sichern.

In den letzten Jahren ist es auch mehrfach passiert, dass ein solcher Algorithmus geknackt wurde. Das geschieht, wenn jemand herausfindet, wie der Algorithmus funktioniert. Solange ein Algorithmus nicht geknackt wurde, kann er als sicher gelten.

MD5

Der wahrscheinlich bekannteste Hashing-Algorithmus ist MD5. Dieser Algorithmus wird häufig zum Speichern von Passwörtern verwendet. Dennoch gilt er als unsicher, weil sich herausgestellt hat, dass es viele Fehler im Design dieses Algorithmus gibt.

SHA-1

Bitcoin verwendet den SHA-256-Algorithmus zur Verschlüsselung. SHA-1 ist ein Vorläufer dieses Algorithmus und gilt seit mehreren Jahren als unsicher. Tatsächlich war es möglich, einen Shambles-Angriff auf diesen Algorithmus durchzuführen, wodurch er genauso unsicher in der Anwendung ist wie MD5.

Es ist nicht verwunderlich, dass diese Algorithmen als unsicher gelten, da sie bereits in den 90er Jahren erfunden wurden. Je mehr Zeit Hacker haben, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie den Algorithmus knacken. Deshalb werden ständig neue und komplexe Algorithmen erfunden, die praktisch unmöglich zu knacken sind. Von manchen Algorithmen ist bekannt, dass sie Millionen von Jahren zum Knacken benötigen.

Vor allem neue Blockchains nutzen diese neuen und komplexen Hashing-Algorithmen, weil sie deutlich sicherer sind. In dem Moment, in dem der Algorithmus geknackt wird, bedeutet das auch das Ende der Blockchain. Daher ist es wichtig, dass ein solcher Algorithmus langlebig ist, damit die Blockchain lange bestehen kann.

Was ist eine TXID?

Eine TXID ist eine Transaktions-ID, die durch das Hashen von Transaktionsdaten (wie dem gesendeten Betrag, der Empfangsadresse, dem Zeitstempel usw.) gewonnen wird. Sie erscheint als eine Reihe von Zahlen und Buchstaben, die zur Identifizierung und Bestätigung einer ausgeführten Transaktion verwendet werden können.

Was sind Merkle-Bäume?

Ein Merkle-Baum (auch als Hash-Baum bekannt) ist eine Hash-Datenstruktur, die verwendet wird, um Daten auf einer Blockchain auf sichere und effiziente Weise zu speichern. Das Konzept wurde 1979 von Ralph Merkle patentiert.

Das System funktioniert, indem Blocktransaktionen mit einem Algorithmus durchgeführt werden, der einen Hash erzeugt, um die Gültigkeit dieser Daten anhand der ursprünglichen Transaktionen zu überprüfen.

Ein ganzer Block von Transaktionen wird nicht gleichzeitig einer Hash-Funktion unterzogen. Stattdessen wird jede Transaktion gehasht, diese Transaktionen werden miteinander verknüpft und gemeinsam gehasht. Letztendlich entsteht dadurch ein einzelner Hash für den gesamten Block.

Die Struktur ähnelt der eines Baumes, da jeder Block in der Regel Hunderte, wenn nicht Tausende, von Transaktionen enthält. Die Hashes in der untersten Reihe werden „Blätter“ genannt, während die Hashes in der Mitte „Zweige“ heißen, wobei der Hash ganz oben die „Wurzel“ ist.

Merkle-Bäume sind besonders nützlich, weil sie es jedem ermöglichen, die Gültigkeit einer einzelnen Transaktion zu bestätigen, ohne eine gesamte Blockchain herunterladen zu müssen.

Merkle-Bäume und Hashes sind ein Schlüsselelement dafür, dass die Blockchain-Technologie funktioniert und gleichzeitig Sicherheit, Integrität und Nichtabstreitbarkeit gewährleistet. Zusammen mit Konsensalgorithmen sind sie die zentralen Aspekte, die die Sicherheit der Blockchain-Technologie gewährleisten.