Die Akzeptanz der Blockchain-Technologie nimmt weltweit stetig zu. Sowohl Unternehmen als auch Privatpersonen entdecken und nutzen die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten dieser Technologie.
Ob es sich um Kryptowährungen, Informationstechnologie oder das Gesundheitswesen handelt, die Blockchain expandiert in immer mehr Bereiche.
Für einen Großteil der Weltbevölkerung ist dieses Konzept jedoch noch neu. Während die einen Bedenken hinsichtlich der Sicherheit und Vertrauenswürdigkeit der Blockchain haben, möchten andere die Möglichkeiten dieser Technologie erkunden.
Wenn Sie sich für die Technologie interessieren, ist ein grundlegendes Verständnis von Blockchain-Knoten unerlässlich. Dieses Wissen ist besonders wertvoll, wenn Sie als Unternehmen oder Blockchain-Enthusiast sichere und kosteneffiziente Blockchain-basierte Lösungen entwickeln möchten.
Lassen Sie uns daher die Welt der Blockchain-Knoten und ihre verschiedenen Typen genauer betrachten.
Was verbirgt sich hinter dem Begriff Blockchain?
Eine Blockchain ist im Grunde genommen ein unveränderliches, verteiltes Register, in dem Transaktionen gespeichert und Vermögenswerte innerhalb eines Netzwerks verfolgt werden. Es handelt sich um eine Datenbank, die Daten in Blöcken anstatt in Zeilen und Spalten organisiert, wie es bei herkömmlichen Datenbanken der Fall ist.
Der Begriff „Blockchain“ setzt sich aus den Wörtern „Block“ und „Kette“ zusammen. Jede bestätigte Transaktion oder Aufzeichnung in einem Blockchain-Netzwerk wird einem Block mit einem bestimmten Speicherplatz hinzugefügt. Ist dieser Speicherplatz voll, werden neue bestätigte Datensätze dem nächsten Block hinzugefügt, der kryptografisch mit dem vorherigen Block verbunden oder „verkettet“ wird.
Die Blockchain-Technologie wurde im Jahr 2008 von Satoshi Nakamoto erfunden, dessen Identität bis heute unbekannt ist.
Ihre Schlüsselelemente sind:
- Dezentralisierung: Die Blockchain ist ein dezentrales System, das keiner zentralen Instanz gehört. Jeder, der die Berechtigung hat, kann auf sie zugreifen. Sie wird auch als Distributed Ledger Technology (DLT) bezeichnet, da es sich um ein verteiltes Register handelt, das zugehörige Datensätze enthält und Benutzern ermöglicht, Peer-to-Peer-Transaktionen zu speichern, zu teilen und auszuführen.
- Unveränderlichkeit: Jeder Datensatz in einer Blockchain ist mit einem Zeitstempel versehen, um Manipulationen und doppelte Einträge zu verhindern. Sollte ein Datensatz einen Fehler enthalten, muss ein neuer Datensatz mit der Korrektur hinzugefügt werden, so dass beide Datensätze sichtbar bleiben.
- Transparenz: Die meisten Blockchains, mit Ausnahme der privaten, sind Open Source und werden nicht von einer zentralen Behörde kontrolliert. Daher kann jeder auf den Code zugreifen und Änderungen vorschlagen, was das gegenseitige Vertrauen und die Transparenz zwischen den Mitgliedern des Netzwerks stärkt.
Die Blockchain-Technologie findet in verschiedenen Branchen Anwendung, von Banken und Finanzen über die IT bis hin zur Lieferkette und dem Gesundheitswesen. Ihre Nutzung nimmt rasant zu, und immer mehr Unternehmen setzen die Technologie auch in Videospielen, Smart Contracts, Dokumentenprüfung, Zahlungsabwicklung und weiteren Bereichen ein. Sie ist nicht nur sicher, kostengünstig und benutzerfreundlich, sondern auch schnell und präzise.
Was sind Blockchain-Knoten?
Blockchain-Knoten sind elektronische Geräte, die über eine IP-Adresse mit einem Blockchain-Netzwerk verbunden sind. Sie fungieren als Kommunikationsendpunkte, die es Benutzern ermöglichen, mit einer Blockchain zu interagieren.
Knoten sind essenziell für den Betrieb eines Blockchain-Systems. Sie bilden eine Art „Spielplatz“, auf dem alle Aktionen stattfinden. Dieser „Spielplatz“ kann aus verschiedenen Blockchain-Plattformen bestehen, die privat, öffentlich oder hybrid sein können.
Ein Blockchain-Knoten kann je nach den spezifischen Anforderungen der Blockchain unterschiedliche Funktionen übernehmen. Zu seinen grundlegenden Aufgaben gehören:
- Die Erleichterung der Kommunikation
- Das Akzeptieren oder Ablehnen von Transaktionen
- Die Abwicklung von Transaktionen
- Die Verwaltung von Transaktionen
- Das Speichern von Blöcken, die kryptografisch verbunden sind
Warum sind Blockchain-Knoten notwendig?
Die Blockchain-Technologie gewährleistet die Datenintegrität und erhöht die Vertrauenswürdigkeit des Netzwerks, indem das gleiche Register global auf mehrere Systeme verteilt wird.
Da jeder Block in einer Blockchain über Kryptografie mit dem nachfolgenden Block verbunden ist, müssten alle nachfolgenden Blöcke geändert werden, wenn ein Datensatz oder ein Block manipuliert werden soll. Dies dient der Aufrechterhaltung der Genauigkeit und Konsistenz, da jeder Block den Hash des vorherigen Blocks enthält.
Stellen Sie sich vor, ein Blockchain-Netzwerk wäre auf einen einzigen Standort beschränkt. Dies würde es für Hacker erheblich erleichtern, Blockwerte zu ändern und das Netzwerk zu kompromittieren. Daher ist die Blockchain weltweit verteilt, ohne von einer zentralen Stelle verwaltet zu werden – das Konzept der Dezentralisierung wird umgesetzt.
Darüber hinaus teilen alle verbundenen Systeme oder weltweit verteilten Knoten dieselben Daten, um die Datenintegrität und -genauigkeit des Netzwerks zu gewährleisten. Selbst wenn das Register eines Systems geändert wird, bleiben andere Systeme, die das gleiche Register führen, unberührt und dienen als Beweis für die Datenintegrität. Diese globale Verteilung der Blockchain auf mehrere Knoten erhöht auch die Widerstandsfähigkeit des Netzwerks gegenüber Angriffen und Naturkatastrophen und stärkt gleichzeitig sein Vertrauen.
Blockchain-Knoten werden benötigt für:
- Zugriff ermöglichen: Blockchain-Knoten ermöglichen Benutzern den einfachen Zugriff auf das Blockchain-Register. Sie ermöglichen die nahtlose Interaktion mit dem Netzwerk, so dass Transaktionen, die im Netzwerk stattfinden, eingesehen, Transaktionsdetails überprüft und Aufzeichnungen eingesehen werden können.
- Wartung der Blockchain: Knoten erhalten ein Blockchain-Netzwerk am Leben und tragen zu seinem Wachstum bei. Jeder Datenblock in der Blockchain wird dem Speicher eines Knotens hinzugefügt. Knoten werden auch verwendet, um neue Blöcke zum Netzwerk hinzuzufügen und Daten zu synchronisieren, wobei eine Kopie des Registers aufrechterhalten wird. Damit ein Block endgültig genehmigt und der Blockchain hinzugefügt werden kann, muss eine Mehrheit der Mitglieder einen Konsens erzielen.
- Transaktionsverarbeitung: Wenn eine Transaktion in einer Blockchain stattfindet, wird sie an ihre Knoten gesendet. Einige Knoten nehmen, basierend auf ihren Rollen, am Konsensalgorithmus des Netzwerks teil, während andere für die Aufzeichnung verantwortlich sind.
Beim Empfang einer Transaktionsanfrage kann der Knoten die Transaktion entweder akzeptieren oder ablehnen. Er kann diese Daten speichern und an die Peers des Netzwerks zurücksenden. Ein Knoten kann die Daten auch mit anderen Knoten im Netzwerk teilen, um die Synchronisation zu unterstützen.
Wie funktionieren Blockchain-Knoten?
Wir haben bereits gelernt, dass die Blockchain-Technologie die Datenintegrität gewährleistet. Aber was passiert genau hinter den Kulissen?
Um die Datenintegrität zu gewährleisten, muss jeder im Netzwerk wissen, dass jede Transaktion gültig ist und es keine doppelten Einträge gibt, die Betrug ermöglichen könnten.
Da es keine zentrale Behörde gibt, die das Netzwerk verwaltet, können die Mitglieder durch Konsens überprüfen, ob die Transaktionen gültig sind. Netzwerkknoten unterstützen diesen Konsens unter den Benutzern und tragen zur Sicherheit einer Blockchain bei.
Ein Konsens kann durch eine Reihe von Regeln festgelegt werden, die den Betrieb einer Blockchain steuern und die Datengültigkeit bestätigen. Da eine Blockchain mit einer großen Anzahl von Systemen und Benutzern sehr umfangreich sein kann, ist ein Konsensalgorithmus erforderlich, um die Informationen in den Blöcken zu validieren. Proof of Work (PoW) und Proof of Stake (PoS) sind gängige Konsensalgorithmen, die auf Knoten (Vollknoten) angewiesen sind, um Netzwerkregeln durchzusetzen und Transaktionen zu validieren.
Beispielsweise verwendet Bitcoin den PoW-Algorithmus. Jeder kann die Bitcoin-Blockchain herunterladen und Blöcke verifizieren. Dies ermöglicht die Dezentralisierung des Netzwerks und erhöht seine Sicherheit. In dieser Blockchain kann jeder mit einer stabilen Internetverbindung und geeigneter Hardware einen Bitcoin-Knoten betreiben.
Arten von Blockchain-Knoten
Es gibt verschiedene Arten von Knoten, die unterschiedliche Funktionen erfüllen. Selbst Benutzer, die mit einem Blockchain-Netzwerk interagieren, können als Knoten bezeichnet werden. Allerdings ist nicht jedes Gerät in einem Blockchain-Netzwerk ein Knoten und erfüllt die gleiche Funktion.
Knoten in einem Blockchain-Netzwerk werden nach ihrer Rolle und den Anforderungen der Blockchain klassifiziert. So kann ein Knoten beispielsweise zur Verwaltung von Transaktionsdaten verwendet werden, während andere Knoten diese Aufgabe nicht übernehmen.
Eine Blockchain kann verschiedene Knoten für Benutzer, Kunden, Dienstanbieter und andere bereitstellen.
Lassen Sie uns die verschiedenen Arten von Blockchain-Knoten genauer betrachten.
#1. Vollständige Knoten
Vollständige Knoten sind für die Verwaltung der gesamten Transaktionsaufzeichnungen in einem Blockchain-Netzwerk verantwortlich. Sie gelten als die Server der Blockchain, auf denen die Daten gespeichert und gepflegt werden.
Es gibt verschiedene Governance-Modelle innerhalb einer Blockchain, unter denen vollständige Knoten fallen können. Wenn an einer Blockchain Verbesserungen vorgenommen werden sollen, muss eine Mehrheit der vollständigen Knoten dies unterstützen. Daraus ergibt sich, dass vollständige Knoten Stimmrechte erhalten, um Änderungen in einer Blockchain vorzunehmen.
Es können jedoch auch Szenarien auftreten, in denen eine Änderung nicht implementiert wird, selbst wenn die Mehrheit der vollständigen Knoten dafür gestimmt hat. Dies kann passieren, wenn eine wichtige Entscheidung getroffen werden muss.
Beispielsweise stimmen etwa 52 % der vollständigen Knoten einer Änderung zu, aber 48 % nicht (was eine ausreichend hohe Zahl ist). In einem solchen Fall kann es zu einer harten Kryptowährungsgabelung kommen, bei der die Blockchain in zwei Teile gespalten wird und die Aktion nicht abwärtskompatibel ist. In diesem Fall funktioniert die neu erstellte Blockchain auf der Grundlage der von der Mehrheit der vollständigen Knoten vorgeschlagenen Änderungen, während die alte Blockchain weiterhin wie zuvor funktioniert.
Es gibt zwei Arten von vollständigen Knoten:
Beschnittene vollständige Knoten
Beschnittene Knoten haben eine begrenzte Speicherkapazität zum Speichern von Daten. Das bedeutet, dass zwar beliebig viele Blöcke hinzugefügt werden können, ein vollständiger Knoten aber nur eine begrenzte Anzahl von Blöcken speichern kann.
Um das Register aufrechtzuerhalten, können beschnittene Knoten Blöcke so lange herunterladen, bis das angegebene Limit erreicht ist. Sobald das Limit erreicht ist, beginnt der Knoten, die ältesten Blöcke zu löschen und Platz für neue zu schaffen, um die Größe der Blockchain zu begrenzen. Dennoch werden die alten Blöcke nicht vollständig gelöscht, da ihre Sequenz und Metadaten weiterhin in der Blockchain aufgezeichnet bleiben, wodurch die Schlüsselprinzipien der Blockchain-Technologie eingehalten werden.
Archivierte vollständige Knoten
Vollständige Knoten dieser Art sind häufig in einem Blockchain-Netzwerk zu finden. Archivierte vollständige Knoten speichern die komplette Blockchain und unterscheiden sich von beschnittenen vollständigen Knoten hinsichtlich ihrer Speicherkapazität. Diese Knoten gibt es in verschiedenen Ausführungen:
- Miner-Knoten: Diese spezialisierten Knoten benötigen hohe Rechenleistung, um komplexe mathematische Aufgaben zu lösen und Aufzeichnungen zu überprüfen. Miner-Knoten sind besonders geeignet für Mining-Prozesse, die Konsensalgorithmen wie Proof of Work nutzen.
- Autoritätsknoten: In einer öffentlichen Blockchain kann jeder durch Synchronisation der Blockchain-Daten Mitglied oder Knoten werden. In manchen Fällen ist es jedoch notwendig, die Blockchain zu verwalten und Daten zu sichern. Hier kommen Autoritätsknoten ins Spiel. Sie werden verwendet, um andere Knoten zu autorisieren, die einem Blockchain-Netzwerk beitreten möchten. Sie können auch die Zugriffsberechtigungen anderer Knoten definieren, wenn diese auf bestimmte Datenkanäle zugreifen möchten.
- Masternodes: Sie sind vollständige Knoten, die jedoch nicht die Möglichkeit haben, dem Netzwerk einen neuen Block hinzuzufügen. Sie werden verwendet, um das Register zu führen und Transaktionen zu überprüfen.
- Staking-Knoten: Diese Knoten validieren Transaktionen in einem Blockchain-Netzwerk und sind für die Aufrechterhaltung des Konsensalgorithmus verantwortlich. Im bekannten Proof-of-Stake (PoS)-Algorithmus werden Staking-Knoten verwendet, um ihr Geld zu staken oder zu investieren und Transaktionen zu verifizieren. Wenn sie eine Transaktion erfolgreich validieren, erhalten sie dafür eine Belohnung.
Die Staking-Knoten werden basierend auf definierten Regeln wie der im Blockchain-Netzwerk verbrachten Zeit ausgewählt. Diese vollständigen Knoten benötigen keine hohe Rechenleistung.
#2. Light Nodes
Light Nodes werden verwendet, um Daten zu speichern und nur die Informationen bereitzustellen, die für die täglichen Aufgaben oder schnellere Transaktionen erforderlich sind. Diese Knoten werden auch als Simplified Payment Verification (SPV)-Knoten bezeichnet. Sie validieren die Blöcke nicht, sondern speichern nur die Header der Blöcke.
#3. Superknoten
Superknoten werden verwendet, um bestimmte spezielle Aufgaben auszuführen und sind in einigen Blockchains implementiert. Sie können verwendet werden, um die Regeln einer Blockchain festzulegen oder zu verwalten, eine Protokolländerung zu implementieren usw.
#4. Lightning-Knoten
Lightning-Knoten verbinden einen Benutzer mit einem Netzwerk und übertragen alle Transaktionen in die Haupt-Blockchain. Dies ermöglicht sofortige Transaktionen und reduziert gleichzeitig die Kosten, die mit der Transaktion verbunden sind, da die Belastung des Netzwerks verringert wird.
Diese Arten von Knoten wurden geschaffen, um das Problem der Überlastung des Blockchain-Netzwerks zu lösen, das zu Transaktionsverzögerungen führt.
Häufig gestellte Fragen
Wie richte ich einen vollständigen Knoten ein?
Antwort: Um einen vollständigen Knoten einzurichten, sind folgende Schritte erforderlich:
1. Wählen Sie ein Blockchain-Netzwerk aus, z. B. Bitcoin, Ethereum usw.
2. Beschaffen Sie sich die Software und Hardware, die für den Betrieb der ausgewählten Blockchain erforderlich sind. Die Informationen hierzu finden Sie online. Benötigte Hardware kann auch ein kleineres System wie ein Raspberry Pi sein.
3. Konfigurieren Sie die gesamte Hardware und Software.
Wie betreibe ich einen vollständigen Knoten?
Antwort: Die Schritte zum Betreiben eines vollständigen Knotens sind:
1. Hosten Sie einen Knoten über einen Cloud-basierten Dienst wie Google Cloud, Amazon Web Services (AWS), DigitalOcean usw.
2. Betreiben Sie den Knoten auf Ihrem Gerät mit ausreichend RAM und Speicherplatz.
3. Sie können auch eine „Node-in-a-Box“-Lösung bauen oder eine dedizierte Lösung verwenden.
4. Überwachen und warten Sie Ihren Knoten kontinuierlich, um sicherzustellen, dass er ordnungsgemäß funktioniert und sicher ist.
Ist das Hosten eines Blockchain-Knotens rentabel?
Antwort: Ja, Sie können Gewinne erzielen, indem Sie einen Knoten in einem Blockchain-Netzwerk hosten. Dies hängt jedoch von der Art des Knotens ab, den Sie hosten möchten.
Das Hosten eines Staking-Knotens kann sich als rentabel erweisen und eine Quelle für passives Einkommen sein. Je mehr Sie investieren, desto höher sind Ihre Gewinne.
Wenn Sie sich für das Hosten von Masternodes entscheiden, werden Sie für den von Ihnen erbrachten Dienst vergütet. Dies erfordert jedoch eine anfängliche Investition in Ihren Masternode.
Wie viele Knoten kann eine Maschine ausführen?
Antwort: Die Anzahl der Knoten, die Sie auf einer Maschine ausführen können, hängt von ihren Hardware-Kapazitäten ab. Sie können nur eine einzige Wallet-Instanz auf einer Maschine gleichzeitig ausführen. Sie können dies jedoch durch den Einsatz virtueller Maschinen erhöhen. Wenn Sie einen Virtual Private Server (VPS) verwenden, sollten Sie die verfügbaren Serverressourcen nicht zu mehr als 80-85% auslasten, da Sie sonst vom Dienstanbieter eingeschränkt werden könnten.
Fazit
Das Wissen über Blockchain-Knoten und ihre Typen kann Ihnen helfen, kostengünstige, sichere und schnellere Anwendungen zu entwickeln, um die Probleme Ihrer Kunden zu lösen. Dieser Artikel soll Unternehmen und Privatpersonen, die sich für die Blockchain-Technologie interessieren, ein besseres Verständnis der Blockchain-Knoten und ihrer Bedeutung vermitteln.