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Blockchain-Storage in sechs Schritten erklärt

Speicher in zentralisierten Rechenzentren kostet viel und macht das Unternehmen für Cyberangriffe attraktiv. Blockchain gilt als wirksame Technik für die dezentrale Datenhaltung.

Die Speicherung von Daten in großen, zentralisierten Rechenzentren bringt Probleme mit der Leistung, Verfügbarkeit und Skalierbarkeit sowie hohe Investitions- oder Betriebskosten mit sich. Zentralisierte Daten sind außerdem eine Einladung für ausgeklügelte und gefährliche Cyberangriffe. Unternehmen suchen daher auch nach Wegen zur dezentralen Datenhaltung. Blockchain-basierende Speichertechnologien sind einer dieser Wege.

Blockchain-Speicher ist noch eine relativ junge Technologie, deren Popularität kontinuierlich zunimmt. Entsprechende Use-Cases wurden von den Anbietern der nötigen Technologien schon entworfen, beispielsweise um die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Datenspeicherung zu erhöhen. Das Verständnis der Funktionsweise der Blockchain-Technologie ist ein wichtiger erster Schritt auf dem Weg zur dezentralen Datenhaltung. Anwender sollten jedoch auch prüfen, ob das der richtige Ansatz für Ihr Unternehmen ist.

So funktioniert der Blockchain-Speicher

Blockchain wird in der Regel mit dem Begriff Distributed Ledger erklärt. Damit erklärt man einen Anglizismus mit einem anderen Anglizismus. Doch was steckt dahinter. Der Begriff Ledger kommt aus der Buchhaltung und bedeutet ganz einfach Hauptbuch. In das Hauptbuch werden alle Geschäftsvorgänge eingetragen, so wie einst in dem großen Bestellbuch bei einem Schuhmacher oder Kaufmann. Distributed Ledger beschreibt eine Form der doppelten Buchführung. So stehen in einem Hauptbuch alle Einnahmen und Ausgaben, in einem weiteren Hauptbuch stehen nur alle Einnahmen und wieder in einem anderen nur alle Ausgaben. Ziel der doppelten Buchführung ist es, Manipulationen zu vermeiden, weil nie ein Mitarbeiter Zugriff auf alle Bücher hat, die er fälschen müsste, um die Buchhaltung zu manipulieren.

Aufgrund des verteilten Grundkonzepts gilt Blockchain als eine natürliche Lösung für die dezentrale Peer-to-Peer-Speicherung.

Blockchain überträgt dieses Konzept auf die Verschlüsselung von Informationen. Bis vor kurzem wurde die Technologie vor allem zur Unterstützung von Kryptowährungen wie Bitcoin eingesetzt. Schritt für Schritt gewinnt Blockchain auch in anderen Bereichen an Bedeutung.

Das Blockchain-Verzeichnis oder -Hauptbuch (das Blockchain-Ledger) dient als dezentrale Datenbank zur Verwaltung der Details zu jeder Transaktion. Die Transaktionen werden in chronologischer Reihenfolge in das Ledger aufgenommen und als eine Reihe von Blöcken gespeichert. Jeder Block verweist auf den vorhergehenden Block, um eine miteinander verbundene Kette zu bilden.

Das Ledger ist auf mehrere Knoten verteilt, wobei jeder Knoten eine vollständige Kopie hat. Blockchain synchronisiert und validiert automatisch die Transaktionen über alle Knoten hinweg. Das Ledger ist für alle teilnehmenden Mitglieder transparent und überprüfbar, so dass keine zentrale Behörde oder ein Verifizierungsdienst eines Dritten erforderlich ist.

Aufgrund des verteilten Grundkonzepts wird Blockchain als eine natürliche Lösung für Peer-to-Peer (P2P), dezentrale Speicherung, propagiert. In diesem Szenario bietet Blockchain die Struktur, die erforderlich ist, um einen logischen Speicherpool aus geografisch verteilten Speicherressourcen zu erstellen, die als Blockchain-Knoten dienen.

Überblick über die Funktionsweise von Blockchain-Storage.
Abbildung 1: Überblick über die Funktionsweise von Blockchain-Storage.

Ein Blockchain-basiertes Speichersystem bereitet die Daten für die Speicherung vor und verteilt sie dann auf eine dezentrale Infrastruktur, ein Prozess, der in die folgenden sechs Schritte unterteilt werden kann:

  1. Erstellen Sie Data Shards. Das Speichersystem zerlegt in einen Prozess namens Sharding die Daten in kleinere Segmente. Beim Sharding werden die Daten in überschaubare Teile zerlegt, die auf mehrere Knoten verteilt werden können. Der genaue Ansatz für das Sharding hängt von der Art der Daten und der Anwendung ab, die das Sharding durchführt. Das Sharding einer relationalen Datenbank unterscheidet sich vom Sharding einer NoSQL-Datenbank oder dem Sharding von Dateien auf einer Dateifreigabe.
  2. Verschlüsseln Sie jeden Shard. Das Speichersystem verschlüsselt dann jeden Data Shard auf dem lokalen System. Der Inhaber der jeweiligen Inhalte hat die volle Kontrolle über diesen Prozess. Ziel ist es, sicherzustellen, dass niemand außer dem Inhaber die Daten in einem Shard einsehen oder darauf zugreifen kann, unabhängig davon, wo sich die Daten befinden und ob sich diese Daten in Ruhe oder in Bewegung befinden.
  3. Erzeugen Sie einen Hash für jeden Shard. Das Blockchain-Speichersystem erzeugt einen eindeutigen Hash – eine verschlüsselte Ausgabezeichenkette mit fester Länge – basierend auf den Daten oder Schlüsseln des Shards. Der Hash wird sowohl den Ledger- als auch den Shard-Metadaten hinzugefügt, um Transaktionen mit den gespeicherten Shards zu verknüpfen. Der genaue Ansatz zur Erzeugung von Hashes variiert von System zu System.
  4. Replizieren Sie jeden Shard. Das Speichersystem repliziert jeden Shard, so dass es genügend redundante Kopien gibt, um Verfügbarkeit und Leistung zu gewährleisten und vor Verschlechterung und Datenverlust zu schützen. Der Inhaber der Daten bestimmt, wie viele Kopien von jedem Shard erstellt werden sollen und wo sich diese Shards befinden. Im Rahmen dieses Prozesses sollte der Inhaltseigentümer einen Schwellenwert für die Mindestzahl der zu pflegenden Kopien festlegen, um Datenverlust zu vermeiden.
  5. Verteilen Sie die replizierten Shards. Ein P2P-Netzwerk verteilt die replizierten Shards an geografisch verteilte Speicherknoten, entweder regional oder global. Mehrere Organisationen oder Einzelpersonen besitzen die Speicherknoten und mieten zusätzlichen Speicherplatz im Austausch für eine Art Kompensation, normalerweise Kryptowährung. Niemand besitzt alle Speicherressourcen oder kontrolliert die Speicherinfrastruktur. Nur Content-Inhaber haben vollen Zugriff auf alle ihre Daten, unabhängig davon, wo sich diese Knoten befinden.
  6. Erfassen Sie Transaktionen im Ledger. Das Ablagesystem zeichnet alle Transaktionen im Blockchain-Ledger auf und synchronisiert diese Informationen über alle Knoten hinweg. Das Ledger speichert transaktionsrelevante Details wie den Shard-Standort, Shard Hash und die Leasingkosten. Da das Ledger auf der Blockchain-Technologie basiert, ist es transparent, verifizierbar, zurückverfolgbar und manipulationssicher.

Obwohl Schritt sechs zuletzt aufgeführt ist, ist die Blockchain-Integration ein laufender Prozess, wobei der genaue Ansatz vom Speichersystem abhängt. Beispielsweise kann es die Transaktion zu Beginn des Speicherprozesses zunächst im Blockchain-Ledger erfassen. Dann würde es die Transaktion mit Informationen aktualisieren, wie zum Beispiel den eindeutigen hash- oder knotenspezifischen Details, sobald sie verfügbar sind. Nachdem die Transaktion von den beteiligten Knoten verifiziert wurde, markiert das System die Transaktion als endgültig innerhalb des Ledgers und sperrt sie gegen Änderungen.

Die hier beschriebenen sechs Schritte sind als eine Möglichkeit gedacht, den Blockchain-Speicherprozess zu konzipieren. Der genaue Ansatz an notwendigen Schritten hängt davon ab, wie das spezifische Speichersystem für einen bestimmten Anwendungsfall implementiert wird und wie diese Datenspeicherung verwaltet wird.

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