Blockchain. Eine Idee verändert die Welt. Christoph Stock BTD11,

Transkript

1 Blockchain Eine Idee verändert die Welt Christoph Stock BTD11,

2 Übersicht Geschichte Vision Grundlagen Blockchain Bitcoin Entwicklung Anwendungen

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7 Vision Dezentrales, digitales Geldsystem

8 Kriterien Keine Mittelsmänner Kein Vertrauen zwischen den Akteuren nötig Irreversible Transaktionen Kein "Single Point of Failure" Keine Beeinflussung des Systems durch einzelne Akteure

9 Stand 2008 Vorhandene Bestandteile Kryptographisches Hashing Public-Key-Kryptographie P2P-Netzwerke Praktisch ungelöst Double-Spending-Problem

11 Hashfunktionen Hallo1 h 0x9f1e9f7304a27cd8d3.. Hallo2 h 0x3fa0eb c.. Bilden Daten beliebiger Länge auf Zahlen fester Länge ab Kleine Änderungen haben große Auswirkungen z.b. SHA256, MD5

12 Hashfunktionen Hallo1 h 0x9f1e9f7304a27cd8d3.. x!7$qv dsfhu$ h Funktionen nicht injektiv Kollisionen möglich

13 Kryptographische Hashfunktionen??? h 0x9f1e9f7304a27cd8d3.. Urbildresistenz

14 Kryptographische Hashfunktionen??? h 0x9f1e9f7304a27cd8d3.. Hallo2 h Urbildresistenz 2. Urbildresistenz

15 Kryptographische Hashfunktionen??? h 0x9f1e9f7304a27cd8d3..??? Hallo2??? h Urbildresistenz 2. Urbildresistenz Kollisionsresistenz

16 Public-Key Kryptographie Angreifer Alice Bob

17 Public-Key Kryptographie Angreifer Alice Bob Erzeuge privaten und öffentlichen Schlüssel

18 Public-Key Kryptographie Angreifer Alice Bob Erzeuge privaten und öffentlichen Schlüssel Privater Schlüssel ist geheimzuhalten

19 Public-Key Kryptographie Angreifer Alice Bob Erzeuge privaten und öffentlichen Schlüssel Privater Schlüssel ist geheimzuhalten Öffentlicher Schlüssel wird weitergegeben

20 Verschlüsselung Angreifer Alice Bob

21 Verschlüsselung Angreifer Hal lo! Alice Bob

22 Verschlüsselung Angreifer xv$ 37h Hal lo! Alice Bob Bob verschlüsselt Nachricht mit öffentlichem Schlüssel

23 Verschlüsselung??? Angreifer xv$ 37h xv$ 37h Hal lo! Alice Bob Bob verschlüsselt Nachricht mit öffentlichem Schlüssel Angreifer kann Nachricht nicht entschlüsseln

24 Verschlüsselung??? xv$ 37h Angreifer xv$ 37h xv$ 37h Hal lo! Alice Bob Bob verschlüsselt Nachricht mit öffentlichem Schlüssel Angreifer kann Nachricht nicht entschlüsseln

25 Verschlüsselung??? xv$ Hal 37h lo! Angreifer xv$ 37h xv$ 37h Hal lo! Alice Bob Bob verschlüsselt Nachricht mit öffentlichem Schlüssel Angreifer kann Nachricht nicht entschlüsseln Alice entschlüsselt Nachricht mit privatem Schlüssel

26 Signatur Angreifer Alice Bob

27 Signatur Bl ub! Angreifer Alice Bob

28 Signatur x5 Bl ub! 66( Angreifer Alice Bob Alice signiert die Nachricht mit privatem Schlüssel

29 Signatur x5 Bl ub! 66( Angreifer x5 Bl 66( ub! Alice Bob Alice signiert die Nachricht mit privatem Schlüssel

30 Signatur x5 Bl ub! 66( Angreifer x5 Bl 66( ub! a!! Alice Bob Alice signiert die Nachricht mit privatem Schlüssel Der Angreifer manipuliert die Nachricht

31 Signatur x5 Bl ub! 66( Angreifer x5 Bl 66( ub! a!! Bl Bl ub! a!! Alice Bob Alice signiert die Nachricht mit privatem Schlüssel Der Angreifer manipuliert die Nachricht Bob bemerkt die Manipulation

32 P2P-Netzwerk Bob Alice

36 P2P-Netzwerk Bob Alice Finanztransaktionen werden als Nachricht ausgetauscht Problem: Keine zentrale Instanz verhindert Double-Spending Transaktionen können sich gegenseitig widersprechen P2P-Knoten prüft Nachricht gegen lokale Historie

37 P2P-Netzwerk Bob Alice Datenbank "gleich"

38 P2P-Netzwerk Bob Alice Datenbank "gleich" Datenbank "ungleich" Zustände unterscheidbar in "schlechter" und "besser"

39 P2P-Netzwerk Bob Alice Datenbank "gleich" Datenbank "ungleich" Zustände unterscheidbar in "schlechter" und "besser" "Schlechter" wird durch "besser" ersetzt

41 Blockchain: Funktionsweise

44 Blockchain: Funktionsweise Miner 1 Miner 2 Miner 3

58 Double-Spending gelöst Der einzelne Miner kann Double-Spending verhindern: nimmt nur gültige Transaktionen in den neuen Block prüft jede Transaktion im neuen Block gegen die Blockchain Alle anderen Miner überprüfen dies auch Vollständige Induktion

59 Verzweigungen der Blockchain

60 Verzweigungen der Blockchain Mehrere Miner finden zeitnah verschiedene Lösungen

61 Verzweigungen der Blockchain Mehrere Miner finden zeitnah verschiedene Lösungen Zu jedem Zeitpunkt wird längste Kette als gültig definiert

68 Verzweigungen der Blockchain Mehrere Miner finden zeitnah verschiedene Lösungen Zu jedem Zeitpunkt wird längste Kette als gültig definiert Wahrscheinlichkeit für gleichzeitige Funde muss gering sein. Innerhalb weniger Blöcke setzt sich dann ein Ast durch.

69 Mining mit Proof-of-Work Mechanismus zur Beschränkung von Funden gültiger Blöcke: Alle Teilnehmer führen die Transaktionen lokal aus. Bestimmung, wessen Zustand tatsächlich ausgewählt wird: Der neue Zustand ist mit einer Zahl zu versehen. Diese ist nur sehr schwer zu finden.. Kryptographisches Hashing: nur Brute-Force-Suche möglich

70 Fork Jetzt möchte man aber was ändern:

71 Fork Jetzt möchte man aber was ändern: Das P2P-Netz kann nicht kontrolliert werden.

72 Fork Jetzt möchte man aber was ändern: Das P2P-Netz kann nicht kontrolliert werden. Es muss von einem gewissen Punkt weggeforkt werden.

78 Fork Jetzt möchte man aber was ändern: Das P2P-Netz kann nicht kontrolliert werden. Es muss von einem gewissen Punkt weggeforkt werden. Das P2P-Netz entscheidet, welche Stränge weiter exisitieren.

79 Fork Beispiele: Bitcoin Cash: bei Block , 1. August 2017 Bitcoin Gold: bei Block , 24. Oktober 2017.

81 Bitcoin-Transaktion TX 0x4B69 Input TX 0x4FBC, 0, SIG Output DST, 1BTC

82 Bitcoin-Transaktion TX 0x4B69 Input TX 0x4FBC, 0, SIG Output DST, 1BTC Transaktionshash

83 Bitcoin-Transaktion TX 0x4B69 Input TX 0x4FBC, 0, SIG Output DST, 1BTC Transaktionshash Output: Empfänger und Betrag

84 Bitcoin-Transaktion TX 0x4FBC Input... Output DST, 1BTC TX 0x4B69 Input TX 0x4FBC, 0, SIG Output DST, 1BTC Transaktionshash Output: Empfänger und Betrag Input: Verweis auf Output, Nachweis der Legitimation des Verwenders.

85 Bitcoin-Transaktion TX 0x4FBC Input... TX 0x6133 Output DST, 1BTC TX 0x4B69 Input TX 0x4FBC, 0, SIG1 TX 0x6133, 0, SIG2 Output DST, 1BTC Input... Output DST1, 1BTC DST2, 2BTC Mehrere Eingaben und Ausgaben in einer Transaktion möglich Nachweis der Legitimität der Verwendung eines Outputs

86 Legitimität Output Hash eines Public-Key Input Referenz auf bisher nicht referenzierten Output Damit Referenz auf Hash eines Public-Keys Mit zugehörigem Public-Key Signatur der Transaktion So wird gleichzeitig der Besitz des Outputs sowie die Echtheit der Transaktion nachgewiesen

87 Bitcoin-Mining 0xBEEF Prev. Block: Time: Data Hash: Difficulty: Nonce: Data: 0xABCD... 15:50 0x74B3 2 0x5C2F TX0,..., TXm

88 Bitcoin-Mining 0xBEEF 0x1234 Prev. Block: 0xABCD Time:... 15:50 Data Hash: 0x74B3 Difficulty: 2 Nonce: 0x5C2F Data: TX0,..., TXm Prev. Block: Time: Data Hash: Difficulty: Nonce: Data: 0xBEEF... 15:59 0xC0DE 2?????? TX0,..., TXn

89 Bitcoin-Mining 0xBEEF 0x1234 Prev. Block: 0xABCD Time:... 15:50 Data Hash: 0x74B3 Difficulty: 2 Nonce: 0x5C2F Data: TX0,..., TXm Prev. Block: Time: Data Hash: Difficulty: Nonce: Data: 0xBEEF... 15:59 0xC0DE 2?????? TX0,..., TXn hash(block_{0x0000}) = 0x8F4B99... hash(block_{0x0001}) = 0x hash(block_{0x0002}) = 0xA3FC56... hash(block_{0x0003}) = 0xFBBADE... hash(block_{0x0004}) = 0x hash(block_{0x0005}) = 0x00FA33...

90 Bitcoin-Mining 0xBEEF 0x1234 Prev. Block: 0xABCD Time:... 15:50 Data Hash: 0x74B3 Difficulty: 2 Nonce: 0x5C2F Data: TX0,..., TXm Prev. Block: 0xBEEF Time:... 15:59 Data Hash: 0xC0DE Difficulty: 2 Nonce:?????? 0x0005 Data: TX0,..., TXn hash(block_{0x0000}) = 0x8F4B99... hash(block_{0x0001}) = 0x hash(block_{0x0002}) = 0xA3FC56... hash(block_{0x0003}) = 0xFBBADE... hash(block_{0x0004}) = 0x hash(block_{0x0005}) = 0x00FA33...

91 Difficulty Selbstregulierung der Blockchain Alle 2016 Blöcke wird der Schwierigkeitsgrad neu berechnet Kann sowohl steigen als auch fallen Je schwerer, desto mehr führende Nullen im Hash Aktuell sind 70 führende Nullen im Hash nötig 7 Transaktionen pro Sekunde

92 Schöpfung von Bitcoins Belohnung am Anfang 50 BTC pro Block Halbierung alle Blöcke Aktuell ist die Blockchain bei Block ~ Belohnung aktuell 12.5 BTC pro Block Bei Block wird die Belohnung auf 6.25 BTC halbiert Belohnung fällt bis ~2130 auf 0

93 Gebühren Anreiz für Miner, eine Transaktion in ihren Block aufzunehmen Steuerung durch Differenz von Inputs und Outputs

94 Wallet In der Wallet werden die eigenen Schlüssel gespeichert. Das eigene Vermögen entspricht also der Menge der mit den eigenen Schlüsseln lösbaren, noch nicht ausgegebenen Outputs.

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98 Kurs

99 Transaktionen

100 Größe der Blockchain

101 Hashrate

102 Hardware CPU GPU FPGA ASIC

103 Hardware

104 Geschätzter Stromverbrauch ~5,7 Atomkraftwerke

105 Mining: Kosten je BTC South Korea $26,170 Niue $17,566 Bahrain $16,773 Solomon Island $16,209 Cook Islands $15, Germany $14, Myanmar $1,983 Ukraine $1,852 Uzbekistan $1,788 Trinidad and Tobago $1,190 Venezuela $531

106 Schätzung der Verteilung der Hashleistung

108 Cloud Storage ( Verschlüsselte Dateifragmente werden von beliebigen Anbietern gespeichert Redundante Speicherung, für den Fall, dass Anbieter ausfallen Proof-of-Storage anforderbar

109 (

110 Marktplatz ( Dezentralisierter Marktplatz

111 Social Media ( Alle Inhalte werden in einer Blockchain gespeichert. Belohnung der Verfasser erfolgt entsprechend der Popularität ihrer Inhalte.

112 Versicherung ( Gemeinsame Register für firmenübergreifende Daten Einblick in Daten nur für beteiligte Parteien Abbildung der Prozesse mit Smart Contracts

113 Fragen?

114 Quellen Positionspapier-Blockchain.pdf Potentiale.pdf