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Distributed Ledger: Die Technologie hinter den virtuellen Währungen am Beispiel der Blockchain

Luisa Geiling, BaFin

Datum: 15.02.2016

Bereits seit einigen Jahren stehen virtuelle Währungen im Fokus der Öffentlichkeit. Zunehmend gewinnt auch deren technologische Grundlage, die Distributed-Ledger-Technologie (DLT), an öffentlicher Aufmerksamkeit.

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Im April 2015 startete die Europäische Wertpapier- und Marktaufsichtsbehörde ESMA eine Sondierung, bei der sie unter anderem die Sichtweise der Marktteilnehmer zur Funktionsweise und zu Einsatzmöglichkeiten der DLT inner- und außerhalb virtueller Währungen abfragte. Die Untersuchung diente der weiteren Analyse dieser Technologie und des regulatorischen Handlungsbedarfs, der sich aus ihr ergeben könnte.

Dieser Beitrag erläutert, wie die DLT funktioniert, wie sie eingesetzt werden kann und welche Auswirkungen dies auf den Finanzmarkt haben könnte.

Funktionsweise des Distributed Ledger

Um eine Transaktion digital durchzuführen, braucht jeder Nutzer eine Adresse, die der traditionellen Kontonummer entspricht. Dabei handelt es sich um den öffentlichen Schlüssel (Public Key), der kryptografisch jeweils mit einem privaten Schlüssel (Private Key) übereinstimmt. Jede Transaktion wird mithilfe des privaten Schlüssels digital signiert. Andere Nutzer können sie anhand ihrer öf-fentlichen Schlüssel überprüfen.

Das Problem: Der Zahlungsempfänger kann so zwar sicher sein, die Transaktion mit einem legitimierten Partner abzuschließen, jedoch nicht feststellen, ob sich das digitale Geld oder die zu transferierende Sache tatsächlich in dessen Besitz befindet, ob sie also beispielsweise nicht schon ein anderes Mal ausgegeben wurde (Double-Spending). Gelöst wird dieses Problem durch eine neuartige Transaktionsbuchführung: Anstatt jede einzelne Transaktion durch eine vertrauenswürdige Buchungsstelle, zum Beispiel eine Clearingstelle, mithilfe eines „Master Ledgers“ (Zentralverzeichnis) festhalten, überprüfen und genehmigen zu lassen, bietet die DLT die Möglichkeit, die transferierten Vermögensgegenstände dezentral durch systemimmanente Prozesse zu verbuchen und zu bestätigen. Dies führt zu einer Beschleunigung der betroffenen Transaktionen.

Distributed Ledger und Blockchain
Ein Distributed Ledger (wörtlich „verteiltes Kontobuch“) ist ein öffentliches, dezentral geführtes Kontobuch. Er ist die technologische Grundlage virtueller Währungen und dient dazu, im digitalen Zahlungs- und Geschäftsverkehr Transaktionen von Nutzer zu Nutzer aufzuzeichnen, ohne dass es einer zentralen Stelle bedarf, die jede einzelne Transaktion legitimiert. Blockchain ist der Distributed Ledger, welcher der virtuellen Währung Bitcoins zugrunde liegt.

Die Blockchain

Wie funktioniert die DLT? Dies lässt sich beispielhaft anhand der Bitcoin-Blockchain darstellen. Bei der Blockchain warten zunächst alle in Auftrag gegebenen Transaktionen in einem Pool darauf, bestätigt zu werden. Erst nach der Bestätigung können die Transaktionen ausgeführt werden.

Dazu prüfen alle im Bitcoin-Netzwerk arbeitenden Rechner – also diejenigen Rechner, die über die Bitcoin-Software Rechnerkapazität zur Transaktionsabwicklung zur Verfügung stellen –, ob die zur Überprüfung anstehenden Transaktionen im Widerspruch zur bisherigen Transaktionshistorie stehen. Dazu gleichen sie die dezentral auf allen diesen Rechnern abgelegten Kontenbücher mit der Transaktionshistorie ab. Erscheinen die Transaktionen legitim, weil eine Mehrheit der Rechner sie als widerspruchsfrei einstuft, werden diese bestätigt. Die im Netzwerk arbeitenden Rechner konkurrieren dabei um die Validierung der Transaktionen. Der Betreiber des schnellsten Rechners erhält einige Bitcoins als Gegenleistung für seinen Einsatz. So besteht ein Anreiz, stets genügend Rechenleistung für die Legitimationsprüfung im Netzwerk zur Verfügung zu stellen. Das Legitimierungsverfahren wird – in Anlehnung an die Goldgräberei – wegen der zu erlangenden Gegenleistung auch „Mining“, die Rechnerbetreiber werden „Miner“ genannt.

Der schnellste Rechner hält die Validierung der Transaktionen in Form eines Transaktionenbündels, eines sogenannten Blocks, fest. Dabei werden die einzelnen Transaktionsinformationen durch Lösung einer Rechenaufgabe von dem Miner zusammengefasst und codiert (Hash). Der Hash des neu geschaffenen Blocks wird über das gesamte Netzwerk an alle anderen Rechner verbreitet. Die neue Information wird somit nicht zentral gespeichert, sondern ist dezentral auf jedem Rechner des Netzwerks abrufbar. Dies stellt sicher, dass andere Miner chronologisch auf den zuletzt geschaffenen Block aufbauen. Durch diesen Mechanismus wird eine aufeinander aufbauende Kette an Blöcken geschaffen, die Blockchain. Der erste Block dieser Kette wird Genesis Block genannt.
Sollte es passieren, dass zwei Miner zur gleichen Zeit einen Block aus denselben Transaktionen schaffen, so bauen andere Rechner nur auf einem dieser Blöcke die Kette weiter. Der andere wird zu einem „verwaisten Block“. Transaktionen, die nur Teil des verwaisten Blocks sind und nicht gleichzeitig in dem „Schwesterblock“ auftauchen, der Teil der Hauptkette geworden ist, fallen in den Pool der offenen und noch nicht bestätigten Transaktionen zurück. Eine sichere Bestätigung der Transaktion erfolgt daher immer erst dann, wenn mehrere Blöcke auf den Block aufbauen, der die fragliche Transaktion enthält, wenn er also tatsächlich Teil der Hauptkette geworden ist.

Zugangsbeschränkungen

Im Bitcoin-Universum müssen Parteien bei Nutzung der Blockchain ihrer Gegenpartei nicht vertrauen. Indem die Miner den oben genannten Hash für jeden Block generieren, existiert ein Sicherungsmechanismus, den jeder Rechner durchlaufen muss, der sich an der Transaktionsvalidierung beteiligt (Proof of Work). Daher sind keine Zugangsbeschränkungen zum Blockchain-System nötig (Permissionless).

Es gibt jedoch auch zugangsbeschränkte DLT-Systeme (Permissioned). Sie nutzen anstatt eines Proof of Work einen Proof-of-Stake–Mechanismus (wörtlich „Beteiligungsnachweis“), bei dem der Transaktionsteilnehmer nachweisen muss, dass er über eine spezielle Berechtigung zur Teilnahme an dem System verfügt. Er erhält diesen von einer zentralen Legitimationsstelle, also von der Institution, die das System kontrolliert. Somit erhalten zu zugangsbeschränkten Systemen nur Personen Zugang, denen die Gegenpartei vertrauen kann.

Virtuelle Währungen
Virtuelle Währungen sind kryptografische, also verschlüsselte Ersatzwährungen, mit denen im Internet inzwischen zahlreiche Waren, Dienstleistungen und IT-Anwendungen erworben werden können. Sie werden über ein mathematisches computergestütztes Verfahren erzeugt. Transaktionen und Guthaben werden in einem dezentralen Netzwerk verwaltet; es gibt also keine Zentralbank. Die aktuell bekannteste virtuelle Währung ist der Bitcoin. Weitere Beispiele sind Litecoin und Ripple. Virtuelle Währungen zählen zu den Geschäftsmodellen von FinTechs, jungen Unternehmen, die mit Hilfe technologiebasierter Systeme spezialisierte und besonders kundenorientierte Finanzdienstleistungen anbieten.

Einsatzmöglichkeiten

Die DLT ermöglicht durch ihre systemimmanente Bestätigung von Transaktionen nicht nur den direkten Handel zwischen zwei Parteien im Internet, ohne dass es einer zentralen dritten Vertrauensperson oder eines Mittelsmanns bedarf. Über den Distributed Ledger kann auch die Transaktionshistorie einer bestimmten Sache aufgezeichnet werden, so dass sie als dezentrales Register fungiert.

Aufgrund dieser beiden Funktionen könnte die DLT in Zukunft vielseitig einsetzbar sein – etwa im Handel auf dem Finanzmarkt, im digitalen Zahlungsverkehr und im Interbankenhandel.

Handel auf dem Finanzmarkt

Die Möglichkeit, durch die DLT eine Transaktion ohne Zwischenstelle direkt zwischen zwei Parteien abzuschließen, könnte den Handel auf dem Finanzmarkt beschleunigen. Durch die dezentrale Speicherung von Vermögensgegenständen und ihrer Inhaber in der DLT könnten potenzielle Käufer und Verkäufer leichter identifiziert werden.

Allerdings ist bislang nicht geklärt, wie sich beim Einsatz der DLT für den Handel ein Marktpreis herausbilden könnte – im Unterschied etwa zum Einsatz von Bitcoins erfolgen keine festgelegten Transaktionen, die durch Bitcoins in der DLT ausgeglichen werden. Vielmehr müssten durch die DLT verschiedene Interessenten zusammengeführt werden, vergleichbar der Preisermittlung durch Geld- und Briefkurse. Zudem könnte die Rechenaufgabe, die der Rechner zur Schaffung eines Blocks lösen muss, ein Problem darstellen. Der Schwierigkeitsgrad der Aufgabe steigt mit zunehmender Länge der Blockkette, das heißt mit steigender Anzahl an Transaktionen, stark an. Dadurch sind mehr Rechenkraft und Zeit für die Durchführung der Transaktion nötig, was zudem mit höheren Energiekosten verbunden ist. Das liegt vor allem am integrierten Sicherungsmechanismus, der bei jeder Operation zusätzlichen Rechenaufwand generiert. Das Verfahren wäre dadurch langsamer und zeitaufwändiger als die derzeit genutzten Transaktionsverfahren. Dieses Problem kann durch Nutzung eines zugangsbeschränkten Systems reduziert werden, da dort der Proof of Work entfällt. Dafür bedarf es jedoch wiederum einer zentralen Legitimationsstelle, die die Teilnehmer am Netzwerk als vertrauenswürdig einstuft. Es bleibt abzuwarten, wie künftige Innovationen der DLT dieses Problem lösen.

Zudem könnte künftig auch die Abwicklung einer Transaktion durch nachträgliches Clearing und Settlement nicht mehr notwendig sein. Dafür müsste jedoch, anders als zum Beispiel bei Bitcoins, die Zahlung des Kaufpreises – also der zweite Teil der Wertpapiertransaktion – technisch in der DLT integriert beziehungsweise auf anderem Wege mit der DLT kombiniert werden. Für den Vermögensgegenstand könnten die Rechner vor einer Transaktion ihre jeweiligen Kontobücher über die DLT automatisch mit der Transaktionshistorie abgleichen und die Transaktion bestätigen oder eben nicht. Somit wäre der Handelszyklus einer Transaktion in Bezug auf den Vermögensgegenstand bereits zu Beginn des Handels abgeschlossen. Heutzutage nimmt die Abwicklung eines Geschäfts hingegen grundsätzlich zwei Tage in Anspruch. Allerdings unterliegt das Clearing und Settlement für zahlreiche Finanzinstrumente, etwa aufgrund systemischer Risiken, gesetzlichen Bestimmungen. Inwieweit die bestehenden Risiken durch die Verwendung einer DLT reduziert werden könnten, lässt sich derzeit noch nicht abschließend beurteilen.

Daneben wäre es mit einem Distributed Ledger möglich, alle transferierten Vermögensgegenstände dezentral, chronologisch und direkt aufzeichnen. Sie könnten daher auch als öffentliche Register eingesetzt werden, etwa bei der dezentralen Aufzeichnung von Eigentum. Jede Transaktion könnte dazu mit zusätzlichen Daten unterfüttert werden, etwa zu den beteiligten Parteien, der Kaufsache und dem Kaufpreis. Diese würden anschließend ebenfalls in dem Ledger festgeschrieben werden.

Speicherung von Handelsdaten

Schon jetzt wird die DLT in verschiedenen Projekten im Handel auf dem Finanzmarkt eingesetzt beziehungsweise erprobt. Dabei wird der Bitcoin – wie bei einer Trittbrettfahrt – als Speichermedium von Handelsdaten verwendet (sogenannter Colored Coin). Wird der so „bemalte“ Bitcoin übertragen, geschieht dies automatisch auch mit dem damit verknüpften Vermögensgegenstand. So lässt sich das Transaktions- und Validierungssystem der Blockchain auch für andere Vermögensgegenstände mitverwenden.

Einen solchen Rückgriff auf das Bitcoin-System startete die US-amerikanische elektronische Börse Nasdaq Ende 2015. Mit Nasdaq Linq schuf sie die erste Handelsplattform, welche auf der Blockchain basiert. Der Handel mit Wertpapieren wird dort dezentral in dem blockchain-basierten Transaktionsregister aufgezeichnet. Die erste private Wertpapieremission eines Unternehmens über Nasdaq Linq erfolgte am 30. Dezember 2015. Die Dezentralisierung der Registereinträge könnte das System widerstandsfähiger gegen Cyberattacken und Systemausfälle machen: Fiele ein einzelner Server aus, wäre dadurch die Funktionsfähigkeit des Systems nicht beeinträchtigt. Allerdings ist noch nicht absehbar, welchen (Cyber-)Risiken ein Transaktionsregister ausgesetzt ist, das auf der DLT basiert. Besäße ein Angreifer mehr als 50 Prozent der Rechenkraft aller Rechner im Netzwerk, könnte er beispielsweise die Blockchain maßgeblich nach seinen Interessen beeinflussen.

Digitaler Zahlungsverkehr

Auch im digitalen Zahlungsverkehr wäre die DLT einsetzbar. Insbesondere internationale Überweisungen stehen im Fokus der FinTech-Branche.

Das Zahlungs- und Devisennetzwerk Ripple etwa bietet schon heute Dienstleistungen wie den Umtausch von Währungen und internationale Überweisungen an. Es lockt Kunden durch niedrige Kosten und die unmittelbare Ausführung.

Interbankenhandel

Schließlich könnte sich der Einsatz der DLT auch im Interbankenhandel und in bankeninternen Systemen anbieten. Auch hier schreiben viele Marktteilnehmer der DLT ein erhebliches Potenzial zu, die Transaktionsbuchführung zu vereinfachen und als gemeinsamer Standard in der Kommunikation beziehungsweise Geschäftsbeziehung zwischen Banken zu fungieren.

Unter dem Dach des Start-Up-Unternehmens R3 hat sich inzwischen ein internationales Bankenkonsortium gebildet, welches unter anderem die Bank of America, Barclays, die Deutsche Bank, die Commerzbank und die UBS umfasst. Ziel der Initiative ist die Förderung der Zusammenarbeit der Banken im Bereich der virtuellen Währungen und der DLT. Im Vordergrund steht insbesondere die Ausarbeitung von Standards für blockchain-basierte Technologien. Eine Integration der DLT könnte eine schnellere, effizientere und mit niedrigeren Arbeitskosten verbundene Abwicklung des Interbankenhandels ermöglichen, da die zentrale Buchungsstelle eingespart wird.

Potenzielle Auswirkungen auf die Finanzbranche

Noch ist nicht genau absehbar, wie sich der verstärkte oder sogar flächendeckende Einsatz von DLT auf die Finanzbranche auswirken würde. Sie scheint jedoch das Potenzial zu haben, einen neuen Standard auf dem Finanzmarkt zu etablieren.

Umso wichtiger ist es, mögliche Risiken von Anfang an im Blick zu haben. So müssen der Datenschutz bei den Transaktionen gewährleistet und Systeme gegen Cyberangriffe geschützt sein. Auch die Einhaltung der Vorschriften zur Geldwäscheprävention, zu Governance und Compliance sowie für Clearing und Settlement muss sichergestellt werden. Hier könnte gerade das Fehlen einer zentralen Verhaltens- oder Vorschrifteninstanz Probleme bereiten.

DLT im Fokus der BaFin

Die DLT steht aufgrund ihrer Innovationskraft schon seit einigen Monaten im Fokus der BaFin. Sie beobachtet die Neuerungen in der FinTech-Branche sehr genau und tauscht sich mit anderen Aufsichtsbehörden über die DLT aus.

Die BaFin steht zudem in regem Kontakt zu Experten und Marktteilnehmern, um potenzielle aufsichtsrechtliche Probleme zu identifizieren.

Zusatzinformationen

Ba­F­in­Jour­nal, Aus­ga­be Fe­bru­ar 2016

  • Distributed Ledger: Die Technologie hinter den virtuellen Währungen am Beispiel der Blockchain
  • Trennbanken: Auslegungshilfe zum Abschirmungsgesetz
  • Bausparkassen: Gesetz und Verordnung novelliert

Hin­weis

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