Blockchain Nodes – Definition und Funktionsweise von Nodes

Von Nodes und Minern – ein Einblick in die Physiologie der Blockchain

In unseren Einführungstexten zu Bitcoin und Blockchain haben wir die interne Funktionsweise der P2P – Crypto – Netzwerke bereits im Kern vorgestellt. Was es genau bedeutet als Nutzer aka Node ein solches Netzwerk aktiv mitzugestalten und welche Unterschiede es macht, ob man dabei als Miner oder Validator in Erscheinung tritt, wollen wir im Folgenden näher besprechen.

Was ist ein Node in Bezug auf die Blockchain?

Als Node („Netzwerk)-Knoten“ bezeichnet man jeden Computer, der sich via Download der Open-Source-Software mit der entsprechenden Crypto - Währung seiner Wahl verbindet. Hier dient er prinzipiell als Verbindungspunkt für Datenübertragungen im Zusammenspiel mit weiteren Teilnehmern (Nodes) des Netzwerkes auf der ganzen Welt, die in der Summe das Rückgrat der Blockchain bilden.

Full Nodes und Lightweight Nodes

Prinzipiell wird jeder Computer, der die entsprechende Software einer Crypto-Währung herunterlädt, als Node, also Netzwerkknoten bezeichnet. Einhergehend damit ist gleichzeitig das Speichern der Blockchain, die entweder komplett oder teilweise heruntergeladen werden kann. Demzufolge ergibt sich eine Unterteilung der Nodes in Lightweight Nodes und Full Nodes:

Lightweight Nodes laden nur Teile der Blockchain herunter, anhand derer sie durch Hash-Abgleich der entsprechenden Blocksequenzen die zuvor geminten Blöcke verifizieren können. Damit sichern sie die Integrität des Netzwerkes, denn dieser Validierungsprozess läuft parallel an allen Netzwerkknoten mit entsprechender Aufgabe.

Full Nodes speichern die komplette Blockchain und minen/verschlüsseln die Transaktionsblöcke, indem sie Hashs generieren, die jeden Block sequenziell mit dem vorherigen gemäß der internen Regeln verbinden. Für diese Aufgabe werden Sie in Coins entlohnt. Die regelkonforme Ausführung dieser Aktion wird anhand des entstandenen Blockes anschließend von den Lightweight Nodes kontrolliert und validiert... oder eben nicht.

Welche Aufgabe erfüllt ein Node in der Blockchain?

Mit Download der Open-Source-Software, Abspeicherung der Blockchain und Öffnung aller Ports (Kanäle für ein- und ausgehende Verbindungen) geht die Anerkennung der in der Software implementierten Konsens – Regeln einher, gemäß dieser der nun aktive Netzwerkknoten der Crypto – Blockchain seine ihm zugewiesene Rolle erfüllt.

Das bedeutet z.B. im Falle von Bitcoin, dass jeder Netzwerkknoten jede neue Transaktion gemäß der Konsens – Regeln der Bitcoin – Entwickler bestätigt oder zurückweist. Dies geschieht an allen Nodes der Blockchain und mit jeder Transaktion gleichermaßen und garantiert die Dezentralität des Netzwerkes.

Es gilt weiterhin – Je mehr Nodes, umso stabiler ist das Netzwerk und umso schneller kann es agieren. Das selbständige Senden und Empfangen von Transaktionen via der jeweiligen (Block)-Chain-Struktur ist eine weitere ganz praktische Funktion, die ein Node erfüllt. Wer indes lediglich eine Wallet (digitale Geldbörse) über einen externen Client betreibt, gibt diese Kompetenz in fremde Hände.

Basisdemokratisches Finanzsystem mit einer Prise Guerilla

Jeder Nutzer, der nun mit seinem Computer und der entsprechend installierten Software als Node fungiert, kann außerdem das Netzwerk und die Regeln, dem es folgen soll, aktiv mitgestalten z.B. durch das Installieren von Updates oder eben das Ablehnen dieser.

Selbst wenn gewünschte Änderungen dem Software-Konsens widersprechen oder keine Mehrheiten erreichen, bedeutet dies nicht, dass eine Gruppe Nodes, also eine Gruppe von Nutzern diese nicht umsetzen kann. Wir erinnern uns an die User Activated Hard Fork bei Bitcoin 2017 und 2018, die eine Erhöhung der Blockgröße von 1MB auf zunächst 8MB und schließlich 32MB programmatisch erzwang und damit die Abspaltung von Bitcoin Cash forcierte.

Mining Node vs. Validation Node

Was ist nun der Unterschied zwischen Nodes, die Transaktionen versiegeln und solchen, die validieren. Prinzipiell agieren beide im sogenannten Proof-of-Work-System.

Den Minern kommt hier die Aufgabe zu, durch Lösen eines kryptographischen Rätsels die Inhaltsmenge eines Blockes (Klartext aller in einem Block gebündelter Transaktionsdetails) mithilfe einer definierten Hashfunktion zu verschlüsseln, damit dieser Block anschließend als ein legitimer Bestandteil der Chain gelten kann.

Jede Hashfunktion eines neuen Blocks beinhaltet dabei Hash-Kennziffern des vorherigen Blocks und es entsteht ein quasi Wachssiegel für sämtliche Blöcke der Chain. Für diesen Arbeitsprozess (Proof-of-Work) werden die Miner mit Bitcoin vergütet.

Die Aufgabe der Validation Nodes ist es nun die Richtigkeit der Hashfunktionen und damit der Blockinformationen anhand der Software-basierten Konsensvorgabe zu überprüfen und mit allen anderen Netzwerkknoten zu teilen. Der Mining Node erfüllt also gegenüber dem Validation Node eine Teilfunktion.

Proof of Work vs. Proof of Stake bei Crypto-Währungen

Die Nachteile von Proof-of-Work – basierten Crypto-Währungen haben wir verschiedentlich bereits anklingen lassen. Dazu zählen vor allem die Möglichkeit einer feindlichen Übernahme des Netzwerkes und dessen Manipulation durch eine Konzentration an Rechenleistung seitens der Miner, die 51% übersteigt.

Der prinzipiell horrende Energieverbrauch, den diese Methode kostet, ist ein weiteres selbstredendes Problem. Einige Entwicklerteams setzen daher verstärkt auf Proof-of-Stake-Methoden (z.B. Ethereum). Hier entscheidet die Höhe der „Anteilseignung“ an Coins darüber, wer in welchem Umfang Transaktionen validieren darf und gleichzeitig mit seinem Stake dafür haftet.

In einem solchen System kommt den Minern eine untergeordnete Rolle zu (bei Kombination POW und POS) beziehungsweise sie sind gänzlich obsolet (reines POS). Finanziell lukrativ hinsichtlich der Ausschüttung je Validation ist POS allerdings erst ab einem gewissen Mindest-Stake. Diesen Nachteil macht es gegenüber POW jedoch durch geringe Prozesskosten wieder wett.

Darüber, welche Methode sich in Zukunft durchsetzen bzw. forciert werden wird, herrscht Uneinigkeit. Kombinierte Verfahren, wie z.B. das Casper – NetzwerkUpgrade von Ethereum bieten in diesem Zusammenhang ein gutes Fallbeispiel, um beide Verfahren in naher Zukunft in der Praxis zu testen.

Einen Direktvergleich mit den wichtigsten Fakten gibt es u.a. hier:

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Über den Autor

Kathleen Händel

Kathleen Händel

Die studierte Kulturwissenschaftlerin arbeitet seit ihrem Master in den Bereichen Tourismus, für verschiedene Stiftungen und Kommunikationsagenturen. Als freie Texterin fokussiert sie sich auf die Themen Nachhaltigkeit, innovative Entwicklungskonzepte und responsible tourism. Im unternehmenswelt.de Team schreibt sie seit 2018 u.a. über die digitale Evolution durch Bitcoin, Blockchain und deren gesellschaftliche Bedeutungen.

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