Eine Datenbank ist keine Blockchain – cardanians.io


Unsere dezentrale Zukunft

Es wird oft gesagt, dass Blockchain eine langsame und teure Datenbank ist. Darüber hinaus skaliert es nicht gut. Es gibt also keinen Grund, es für etwas anderes als Bitcoin zu verwenden.

Nichts davon ist eine korrekte Behauptung. Blockchain kann skalierbar, schnell und kostengünstig sein. Nun, Blockchain wird niemals so schnell sein wie eine herkömmliche Datenbank. Eine Blockchain hat jedoch einige Vorteile gegenüber einer Datenbank, und es ist sinnvoll zu wissen, welche.

In diesem Artikel werden wir diskutieren, was Blockchain aus der Datenperspektive genau ist, und dann die wichtigsten Unterschiede zwischen Blockchain und Datenbank untersuchen.

Kette von Blöcken

Aus Sicht der Datenspeicherung ist eine Blockchain eine Möglichkeit, Daten in Blöcken zu speichern. Es ist eine Datenstruktur, die einer verknüpften Liste sehr ähnlich ist.

Verknüpfte Listen

EIN verknüpfte Liste ist eine lineare Datenstruktur, bei der jedes Element ein separates Objekt ist. Jedes Element einer Liste besteht aus zwei Elementen – den Daten und einem Verweis auf das nächste Element. Der letzte Knoten hat einen Verweis auf null. Der Einstiegspunkt in eine verknüpfte Liste wird als Kopf der Liste bezeichnet.

Blockchain Fügt eine zusätzliche Funktion hinzu und schützt vor Manipulationen im Verlauf. Die erste Studie zu einer kryptografisch gesicherten Kette von Blöcken wurde 1991 von den Autoren Stuart Haber und W. Scott Stornetta beschrieben. Sie wollten ein System implementieren, bei dem Zeitstempel von Dokumenten nicht manipuliert werden konnten. 1992 bauten Bayer, Haber und Stornetta Merkle-Bäume in das Design ein, was die Effizienz verbesserte, indem mehrere Dokumentenzertifikate zu einem Block zusammengefasst wurden. Beachten Sie, dass sie in ihrer Arbeit nicht den Begriff Blockchain, sondern "Blockchain" verwendet haben. Satoshi Nakamoto verwendete den gleichen Begriff Blockkette im Bitcoin-Weißbuch.

Die Behauptung, dass Satoshi die Blockchain erfunden hat, ist nicht korrekt. Es ist ein Fehler. Er hat gerade die vorhandene Arbeit wiederverwendet.

Kryptographisch gesicherte Blockkette.

Die Frage ist, wie schnell Sie einen neuen Block an eine Blockchain anhängen können. Tatsächlich können viele Blöcke innerhalb einer Sekunde hinzugefügt werden. Blockchain ist nicht langsam, da Blöcke angehängt werden. Dieser Vorgang kann sehr schnell sein, wenn Sie Daten haben, die auf demselben Computer zu einer Blockchain hinzugefügt werden sollen. Grundsätzlich können innerhalb einer Sekunde viele Blöcke angehängt werden. Die Geschwindigkeit, Skalierbarkeit und die Kosten für das Hinzufügen eines neuen Blocks zur Blockchain werden durch einen Konsensmechanismus beeinflusst.

Es ist ein PoW-Konsens, der Bitcoin zu einer sehr langsamen und teuren Datenbank macht. Bei Verwendung von DPoS oder PoS kann das Blockchain-Projekt schneller, kostengünstiger und skalierbarer sein.

Wie eine Datenbank Daten speichert und was der Benutzer tun kann

Eine gemeinsame Datenbank funktioniert nicht mit Blöcken, sondern mit Tabellen. Eine Tabelle ist eine Sammlung zusammengehöriger Daten, die in einer Datenbank in einem Tabellenformat gespeichert sind. Es besteht aus Spalten und Zeilen.

Tabellendatenbank

In relationalen Datenbanken besteht eine Tabelle aus einer Reihe von Datenelementen (Werten), die ein Modell aus vertikalen Spalten (identifizierbar durch den Namen) und horizontalen Zeilen verwenden, wobei die Zelle die Einheit ist, in der sich eine Zeile und eine Spalte schneiden. Eine Tabelle hat eine festgelegte Anzahl von Spalten, kann jedoch eine beliebige Anzahl von Zeilen enthalten. Jede Zeile ist durch einen oder mehrere Werte gekennzeichnet, die in einer bestimmten Spaltenuntermenge erscheinen. Eine bestimmte Auswahl von Spalten, die Zeilen eindeutig identifizieren, wird als Primärschlüssel bezeichnet.

Sie können vier grundlegende Operationen in der Datenbank in Bezug auf Daten verwenden: Erstellen, Lesen, Aktualisieren und Löschen (CRUD). Aktuelle Blockchains können nur einen ganzen Block (mit Transaktionen darin) am Ende der Blockchain anhängen. Nach dem Anhängen können die Daten nicht mehr aktualisiert oder gelöscht werden. Eine Blockchain erlaubt nur zwei Operationen: Erstellen und Lesen.

In einer Datenbank können Sie Daten, die in der Vergangenheit gespeichert wurden, ständig ändern und sogar löschen. Eine Blockchain hält historische Daten absichtlich unveränderlich und immer verfügbar. Wir werden detaillierter darauf eingehen, wie Daten vor Änderungen geschützt werden.

Wer kontrolliert die Daten?

Der wichtigste Unterschied zwischen einer Blockchain und einer Datenbank ist die Anzahl der zulässigen Vorgänge und die Anzahl der dafür verantwortlichen Personen. Wie sicher sind darüber hinaus einige Operationen eingeschränkt?

Eine Datenbank wird von einem Administrator oder einer Gruppe von Administratoren verwaltet. Der Administrator hat das Recht, alles zu tun, was er mit Daten tun möchte (CRUD). Administratoren sind häufig Angestellte eines großen Unternehmens und müssen die von den Eigentümern des Unternehmens festgelegten Regeln einhalten. Administratoren erteilen Benutzern, die Daten erstellen, lesen, ändern oder löschen können, eingeschränkte Rechte. Dies hängt von der Implementierung und den jeweiligen Anwendungen oder Diensten ab. Selbst wenn Sie korrekte Daten in den Datenbankadministrator einfügen, können Sie diese jederzeit ändern oder löschen. Sie haben keine oder nur eine eingeschränkte Chance, zu beweisen, dass Sie die richtigen Daten eingegeben haben, wenn Zweifel an der Richtigkeit der Daten bestehen. Der Administrator hat immer mehr Rechte als Sie.

Es gibt keinen Administrator mit den Änderungs- und Löschrechten in der Blockchain. Es gibt Knoten im Netzwerk, die zu einem Konsens über jeden neuen Block kommen müssen, der daran angehängt werden soll. Sobald der Block angehängt (und bestätigt) ist, kann niemand die Historie leicht ändern und Sie können immer beweisen, dass etwas in der Vergangenheit passiert ist.

Öffentliche und private Blockchain

An dieser Stelle muss zwischen privaten (berechtigten) und öffentlichen Blockchains unterschieden werden. Wir wissen, dass dies ein unbeliebtes Thema ist und es für viele von Ihnen nichts Vergleichbares wie eine private Blockchain gibt. Dennoch ist es sinnvoll, über private Blockchain zu sprechen. Werfen wir einen Blick darauf, wozu öffentliche und private Blockchain gut sind.

Eine öffentliche Blockchain eignet sich überall dort, wo es eine größere Anzahl von Benutzern gibt, die sich nicht vertrauen und auf vertrauenswürdige Weise interagieren müssen. Wenn die Gruppe nicht in der Lage ist oder einen vertrauenswürdigen Dritten nicht finden möchte, kann die Verwendung von Blockchain in Betracht gezogen werden. Im gegenwärtigen Finanzsystem sind die vertrauenswürdigen Dritten Banken. Die Leute glauben ihnen meistens und wissen, was zu tun ist, wenn etwas schief geht. Blockchain kann ähnliche Aufgaben ausführen wie Banken. Öffentliche Blockchain kann sehr gut für Kryptowährungen verwendet werden und kann Millionen von Benutzern bedienen.

Falls es nur zwei Unternehmen gibt, die sich nicht vertrauen, ist es oft besser und billiger, vertrauenswürdige Dritte zu finden, die eine Datenbank für sie betreiben. Können sie eine Datenbank nutzen, ohne die Beteiligung eines vertrauenswürdigen Dritten zu vermeiden? Die Frage ist hier, wer für die Wartung verantwortlich ist und wer der Administrator sein wird. Sollte es jemand von Firma A oder von Firma B sein? Oder beides? Wie bereits erwähnt, kann der Administrator alles mit der Datenbank machen. Daher funktioniert die Datenbank in diesem Fall möglicherweise nicht immer ordnungsgemäß, und die Verwendung der Blockchain kann eine gültige Option sein.

Stellen Sie sich nun vor, dass es 10 solcher Unternehmen geben wird, die ein gewisses Maß an Vertrauen suchen. Sollte es auch 10 Administratoren geben, einen von jeder Firma? Doch wer wird für die Master-Datenbank verantwortlich sein?

In einigen Fällen kann eine Datenbank gut funktionieren. In einigen anderen Fällen ist eine private Blockchain jedoch eine viel bessere Option. Warum? Unternehmen vertrauen sich natürlich nicht. Wenn einige Daten in die Blockchain aufgenommen werden sollen, kann eine Vereinbarung aller Parteien eine relevante Anforderung sein. Stellen Sie sich vor, es gibt 10 Validierungsknoten in einer privaten Umgebung und jedes Unternehmen besitzt einen Knoten. Alle Knoten (oder eine signifikante Mehrheit von ihnen) müssen dem Hinzufügen eines neuen Blocks zu einer Blockchain zustimmen. In diesem Fall kann kein einzelnes Unternehmen Daten ändern, die auf anderen Knoten gespeichert sind. Daher ist es nicht sinnvoll, Daten auf dem eigenen Knoten zu ändern. Darüber hinaus ist kein Unternehmen in der Lage, Daten zu schreiben, die von einem anderen Unternehmen als ungültig eingestuft werden. Die Rollen der Administratoren sind auf die Ausführung eines Knotens beschränkt.

In einer privaten Blockchain muss kein Token verwendet werden. Ein einfacher Konsens (basierend auf BFT) ist ausreichend. Eine private Blockchain kann sehr schnell sein und die Blockzeit kann einige Sekunden (sogar eine Sekunde) betragen. Die Betriebskosten sind sehr niedrig, da jedes Unternehmen nur einen Validierungsknoten betreibt.

Was ist mit Sicherheit? Für einige Unternehmen ist eine private Blockchain ausreichend gesichert, wenn sie nur miteinander interagieren. Kein anderer Knoten kann dem Konsortium beitreten. Wenn die Datenübertragung verschlüsselt ist, haben nur Unternehmen Zugriff auf Daten. Dies ist ein erforderliches Setup, wenn Daten nicht öffentlich sein sollen und vor Missbrauch geschützt werden müssen. Hier kann keine öffentliche Blockchain verwendet werden. Niemand möchte, dass andere Geschäftsgeheimnisse erfahren, was ein weiterer Grund ist, öffentliche Bücher zu meiden.

Eine private Blockchain wird natürlich nicht als gesichert angesehen, wenn sie von Benutzern außerhalb von Unternehmen verwendet wird. Unternehmen kennen sich und können potenziell unehrlich gegen Benutzer vorgehen. Benutzer können sich nur auf ein öffentliches offenes Netzwerk verlassen, in dem jeder Mitglied werden und am Konsens teilnehmen kann.

Wie Sie sehen, können alle von einer Blockchain-Dezentralisierung profitieren, unabhängig davon, ob sie eine private oder eine öffentliche Blockchain verwenden.

Zentraler Server vs. verteiltes Netzwerk

In der Informatik ist Client-Server ein Software-Architekturmodell, das aus zwei Teilen besteht, Client-Systemen und Server-Systemen, die beide über ein Computernetzwerk oder auf demselben Computer kommunizieren. Eine Client-Server-Anwendung ist ein verteiltes System, das sowohl aus Client- als auch aus Serversoftware besteht. Wir sprechen von einer zentralisierten Lösung, bei der der Server das Zentrum ist.

Viele Clients sind mit einem einzelnen Server verbunden.

Eine Datenbank befindet sich auf dem Server. Wenn es also nur einen einzelnen Server gibt, handelt es sich um einen sogenannten Single Point of Failure. Sobald der Server nicht mehr betriebsbereit ist, können alle Clients nicht mehr mit dem Server und damit auch untereinander kommunizieren. Aus der Sicht der Daten müssen sich alle Clients darauf verlassen, dass sich der Server ehrlich verhält und ordnungsgemäß gegen Angriffe gesichert ist. Dies ist jedoch nicht oft der Fall.

Wenn ein Client eine Änderung anfordert, die in die Datenbank eingefügt wird, geht der Client davon aus, dass die Daten für die nächste Sitzung ohne unerwartete Änderungen sicher gespeichert werden. Heutzutage gibt es nicht oft nur ein einziges Servernetzwerk. In den meisten Fällen befinden sich redundantere Server in einem Netzwerk. Wenn ein Server abstürzt oder vorübergehend nicht verfügbar ist, gibt es einen anderen Server, der alle Anforderungen übernehmen kann. Dies ist nur möglich, wenn Daten zwischen Servern kopiert werden.

Wenn Sie eine Transaktion oder eine Anfrage an einen Server senden, werden zu einem bestimmten Zeitpunkt nur Daten in eine Datenbank geschrieben. Danach werden die Daten in andere (Backup-) Datenbanken kopiert. Das Kopieren erfolgt oft etwas später, sodass es meist zu Verzögerungen kommt und die Daten auf den Servern inkonsistent sind. Der Kopiervorgang wird als Datenreplikation bezeichnet.

Bei der Datenreplikation werden Daten an mehreren Standorten oder auf mehreren Knoten gespeichert. Dies ist nützlich, um die Verfügbarkeit von Daten zu verbessern. Es kopiert einfach Daten aus einer Datenbank von einem Server auf einen anderen Server, sodass alle Benutzer hoffentlich dieselben Daten ohne Inkonsistenz gemeinsam nutzen können. Es kann zu Inkonsistenzen kommen, wenn ein Server vor der Replikation abstürzt. Dies ist unangenehm, da Sie möglicherweise eine Transaktion als bestätigt betrachten. Wenn Sie sich jedoch das nächste Mal beim Server anmelden, wird die Transaktion nicht mehr ausgeführt. Dies kommt heutzutage jedoch recht selten vor.

Datenreplikation

Es ist wichtig zu verstehen, dass die Datenreplikation Daten nur im Sinne eines Schutzes vor möglichen Verlusten schützen kann. Dies hat nichts mit dem Schutz vor Manipulationen im Verlauf oder dem Umschreiben des aktuellen Status von der Administratorposition aus zu tun. Wenn ein Server Änderungen akzeptiert und ein anderer nicht, liegt möglicherweise eine Dateninkonsistenz vor.

Blockchain löst die oben beschriebenen Probleme auf elegante Weise, indem es einen dezentralen Konsens nutzt. Wenn alle oder die Mehrheit der Knoten im Netzwerk damit einverstanden sind, einen neuen Block anzufügen, werden Daten gleichzeitig auf viele Festplatten geschrieben. Es spielt keine Rolle, dass ein Knoten, der einen neuen Block vorgeschlagen hat, unmittelbar nach der Vereinbarung abstürzt. Daten sind auf anderen Knoten immer sicher, und der abgestürzte Knoten kann eine gültige Version aller Blöcke abrufen.

Daten werden auf alle Disks geschrieben, nachdem der Konsens zwischen allen Knoten erreicht wurde.

Können replizierte Datenbanken genauso gesichert werden wie eine Blockchain? Nein. Datenreplikation bedeutet, dass ein Server Daten an andere Server sendet, um diese zu sichern. Es besteht kein Konsens zwischen den Servern, vor dem Speichern der Daten mit einer einzelnen Version der Wahrheit übereinzustimmen. Wenn ein Server ungültige oder falsche Daten sendet, nehmen andere Server diese einfach blind und speichern sie (eine Art Datenvalidierung kann noch im Spiel sein). Im Gegensatz dazu müssen in der Blockchain die meisten Knoten mit einem vorgeschlagenen Block übereinstimmen, bevor er in der Blockchain gespeichert wird.

Ein Konsens zwischen dezentralen Knoten macht Blockchain im Vergleich zu Datenbanken sicherer. Anstelle eines Servers, der von den Administratoren verwaltet wird, gibt es eine Gruppe unabhängiger Knoten, die sich gegenseitig darauf einigen, was in die Blockchain eingefügt werden soll.

Weitere Informationen zur Dezentralisierung finden Sie in meinem Artikel. Es gibt einen Unterschied zwischen dezentralen und verteilten Netzwerken, und es ist gut, dies zu verstehen.

Private Blockchain zwischen einigen wenigen Entitäten kann aus Sicht der direkten Teilnehmer als verteiltes und dezentrales System betrachtet werden. Wenn eine private Blockchain innerhalb eines einzelnen Unternehmens verwendet wird, gibt es einige Vorteile, da es sich um ein verteiltes System handelt, es sich jedoch um eine zentralisierte Lösung handelt und die Datenbank möglicherweise eine bessere Option darstellt.

ICO und Datenbank

Einige Leute gehen fälschlicherweise davon aus, dass ICO keine Blockchain benötigt und die Datenbank eine ausreichend tragfähige Lösung ist. Lass es uns versuchen. Jemand muss für die Datenbank verantwortlich sein, damit es das Team sein kann, das Token öffentlich anbietet. Es wird also einen Administrator geben, der alles in der Datenbank ändern kann. Er kann das Projekt verlassen oder unerwartet verschwinden und wenn er alle notwendigen Passwörter und Schlüssel für die Datenbank hat, kann niemand etwas ändern. Eine einzelne Datenbank kann leicht abstürzen und im Moment sind alle Daten zur Münzverteilung für immer verloren. Es gibt also eine einzige Fehlerquelle. Wenn der Administrator ehrlich ist, ist er möglicherweise nicht erfahren genug, um die Datenbank zu schützen. Ein Hacker kann die Datenbank angreifen und ändern, was er will. In jedem Fall müssen Anleger dem Team vertrauen und ihr Geld verlieren, wenn eine einzelne Person des Teams beschließt, die Datenbank zu zerstören oder zu missbrauchen.

Alternativ kann das Projekt einen vertrauenswürdigen Dritten bitten, die Datenbank zu führen. Als Investor müssen Sie an einen Dritten glauben, der vom Projektteam ausgewählt wurde, dass er sich ehrlich verhält und in der Lage ist, Datensätze in der Datenbank zu schützen. Stellen Sie sich vor, es handelt sich um einen Dritten in Russland, und Sie sind ein Investor aus den USA oder Europa. Ich nehme an, Sie werden dem ICO nicht sehr vertrauen. Auch hier gibt es eine einzige Fehlerquelle.

2017 gab es einen großen ICO-Boom.

Eine öffentliche Blockchain hat einen großen Vorteil. Es ist ein globales Netzwerk mit Knoten auf der ganzen Welt. Es gibt keinen Administrator und es muss ein Konsens erzielt werden, um eine einzelne Münze oder einen Token zu übertragen. Niemand kann mehr Münzen herstellen. Niemand ist in der Lage, falsche Transaktionen durchzuführen, da private Schlüssel in den Händen von Investoren liegen. Es funktioniert 24/7. Die Verwendung einer Blockchain ist aus Sicherheits- und Vertrauenssicht eine viel bessere Option. Fragen sind hier nur Kosten und Skalierbarkeit.

Es geht um Konsens

Bei der Effizienz einer Blockchain geht es nur um den Konsensalgorithmus. Es ist ziemlich klar, dass bei Verwendung von PoW die Lösung natürlich teuer und langsam ist. Eine solche Blockchain ist aus geschäftlicher Sicht nutzlos. Die ungefähre Blockierungszeit beträgt 10 Minuten und während des Konsenses wird viel Energie verbraucht. Das PoW macht Bitcoin zur langsamsten und teuersten Datenbank. Es ist nicht die Blockchain-Technologie aus der Datenperspektive. Die Blockzeit und die Blockgröße sind die Hauptgründe, warum Bitcoin nicht skaliert.

Das andere Extrem ist die private Blockchain mit einer begrenzten Anzahl von Knoten. Wir können hier sehr oft eine Art DPoS-Konsens beobachten. Es kann sehr schnell und auch billig sein. Darüber hinaus mit besserer Privatsphäre. Deshalb sind Projekte wie Hyperledger oder R3 Corda so erfolgreich. In einigen Fällen ist es sinnvoll, sie zu verwenden.

Die größte Herausforderung besteht darin, offene, öffentliche und dezentrale Netzwerke effizient zu gestalten. Dies ist über einen POS-Konsens möglich, da dieser billiger und skalierbarer sein kann. Cardano PoS Ouroboros hat eine Sperrzeit von 20 Sekunden und verbraucht Strom wie zwei große Häuser. Darüber hinaus plant das IOHK-Team von Cardano, in Zukunft Sharding einzusetzen, was eine erhebliche Steigerung der Skalierbarkeit bedeuten wird.

Es ist naiv zu glauben, dass wir uns an PoW halten und es für immer nutzen müssen. Menschen können immer alle Technologien verbessern, die für sie nützlich sind. Wir können auch den Konsensalgorithmus leicht verbessern.

Es ist schwierig, eine hohe Skalierbarkeit und einen hohen Dezentralisierungsgrad zu erreichen. Die Daten müssen weltweit verteilt werden, damit die Netzwerklatenz berücksichtigt werden kann. Es dauert einige Zeit, bis ein globaler Konsens erzielt ist. Blockchain wird niemals so effektiv sein wie eine Datenbank, aber es kann uns Vertrauen, Dezentralisierung und Schutz vor Manipulationen im Verlauf bieten. Dies kann nicht über eine Datenbank erreicht werden.

Es wird auch angenommen, dass wir PoW für die Datensicherheit benötigen. Wie Sie sehen, geht es auch um die Datenverteilung und den Konsens. Eigentlich macht der Konsens Daten sicher. PoW ist gut, um das Erstellen eines Blocks schwierig und teuer zu machen. Nun, es ist auch der Punkt der Ineffizienz und es ist nicht notwendig. Dieselbe Sicherheit kann über PoS erreicht werden. Mit Cardano Ouroboros PoS können Sie keinen gültigen Block erstellen, falls Sie nicht berechtigt sind, dies zu tun. Ein Angreifer kann einen Block erstellen, kann jedoch keinen gültigen Beweis erbringen, sodass das Netzwerk den ungültigen Block nicht akzeptiert. Anstelle von PoW wird in Cardano PoS die moderne Kryptographie (Verifiable Random Function, Key Evolving Signature) verwendet.

Fazit

Eine Datenbank ist keine Blockchain, aber eine Blockchain kann als eine Art Datenbank betrachtet werden. Die traditionelle Datenbank ist immer eine zentralisierte Lösung, und wenn Sie darüber nachdenken, ist auch das Internet zentralisiert. Das Internet hat Menschen auf der ganzen Welt verbunden, aber nur wenige zentralisierte Unternehmen wie Google, Facebook und Amazon profitieren davon. Alle diese Unternehmen nutzen Datenbanken für ihre Geschäfte. Blockchain hat das Potenzial, das gesamte Internet zu dezentralisieren, und wir können große Unternehmen loswerden. Nicht die Eigentümer zentraler Unternehmen, sondern alle Benutzer werden von der Blockchain-Dezentralisierung profitieren. Sobald Projekte wie Cardano die Rolle aktueller IT-Giganten übernehmen, könnte die Welt ein besserer Lebensraum sein, da Benutzer das Cardano-Netzwerk effektiv besitzen und über die Zukunft entscheiden können.

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