Was ist ein Block?

Ein Block ist ein Datenpaket, mit dem eine Blockchain neue Einträge bündelt. Er enthält meist Transaktionen oder andere Aktualisierungen sowie Informationen, mit denen Knoten diese Inhalte prüfen. Abgesehen vom ersten Block enthält ein neuer Block gewöhnlich auch den digitalen Fingerabdruck des vorherigen Blocks, den sogenannten Hash. Über diese Verweise werden die Blöcke der Reihe nach verbunden.

Aufbau eines Blocks

Ein Block enthält üblicherweise drei Arten von Informationen:

1. Transaktionen oder andere Aktualisierungen: die neuen Einträge, die der Block zur Kette hinzufügt.
2. Eine Verbindung zum vorherigen Block: meist dessen Hash, mit dem Knoten die Reihenfolge prüfen und Veränderungen an der bisherigen Historie erkennen können.
3. Informationen zur Prüfung des Blocks: zum Beispiel Zusammenfassungen von Transaktionen oder Zuständen, Zeit- oder Ordnungsangaben und Daten, die der Konsensmechanismus des Netzwerks benötigt.

Das ist ein allgemeines Muster, kein universelles Format. Felder, Kapazitätsgrenzen und Validierungsregeln unterscheiden sich je nach Netzwerk.

Beispiel Bitcoin: Laut der Bitcoin Developer Reference besteht ein Bitcoin-Block aus einem 80 Byte langen Blockheader und einer Transaktionsliste. Der Header enthält eine Version, den Hash des vorherigen Blockheaders, eine Merkle-Wurzel, einen Zeitstempel, ein Schwierigkeitsziel und eine Nonce. Die Merkle-Wurzel dient als zusammenfassender Fingerabdruck der Transaktionen: Ändern sich die erfassten Transaktionsdaten, ändert sich auch dieser Fingerabdruck. Für Blöcke mit SegWit-Transaktionen definiert BIP-141 eine zusätzliche Bindung der Zeugendaten (Witness-Daten). Sie wird in der Coinbase-Transaktion gespeichert und über die Transaktions-Merkle-Wurzel mit dem Blockheader verbunden.

Die erste Transaktion eines Bitcoin-Blocks ist die Coinbase-Transaktion. Über sie werden die zulässige Blocksubvention und die Transaktionsgebühren beansprucht. Ein als „leer“ bezeichneter Block kann ohne gewöhnliche Nutzertransaktionen auskommen, enthält aber weiterhin eine Coinbase-Transaktion. Der Bitcoin Developer Guide beschreibt diesen Aufbau.

Beispiel Ethereum: Ein Ethereum-Block im Proof-of-Stake-Verfahren enthält Informationen der Konsensschicht und Ausführungsdaten, den sogenannten Execution Payload. Darin stehen die Transaktionen und die Ergebnisse, die zur Prüfung ihrer Ausführung benötigt werden. Die Ethereum-Dokumentation zu Blöcken erklärt, dass das Block-Gas-Limit den gesamten Gasverbrauch begrenzt und keine feste Transaktionszahl vorgibt.

Merkle-Wurzeln, Zustandswurzeln und Hashes des Vorgängerblocks sind digitale Fingerabdrücke zur Prüfung von Daten. Sie sind keine Kopien sämtlicher zugrunde liegender Daten. Für eine vollständige Prüfung benötigt ein Knoten weiterhin die zugehörigen Blockinhalte oder Zustandsinformationen.

Aufnahme eines Blocks in die Netzwerkhistorie

Ein neuer Block wird nicht allein durch seine Veröffentlichung Teil der vom Netzwerk übernommenen Historie. Üblicherweise durchläuft er folgende Schritte:

1. Ein Miner oder Validator bündelt Transaktionen zu einem Blockkandidaten.
2. Der Kandidat wird an andere Knoten gesendet.
3. Die Knoten prüfen, ob der Block und seine Transaktionen die Protokollregeln erfüllen.
4. Erscheinen ungefähr gleichzeitig zwei gültige Blöcke, entscheiden die Knoten nach den Netzwerkregeln, auf welchem Block sie weiter aufbauen.
5. Mit weiteren Blöcken oder Validatorstimmen wird diese Historie meist schwerer veränderbar. Manche Netzwerke erklären sie zusätzlich für final.

Diese Netzwerkregeln sind im Protokoll vorab festgelegte Entscheidungsverfahren. Bitcoin-Knoten wählen eine gültige Kette anhand der kumulierten Rechenarbeit, Ethereum verwendet Bestätigungsstimmen der Validatoren. Andere Netzwerke können andere Verfahren einsetzen. Ein Block kann daher die Validierung bestehen, ohne Teil der Historie zu werden, der das Netzwerk letztlich folgt.

Position und Identifikation

Die Blockhöhe beschreibt die Position eines Blocks in einer Blockchain, ähnlich einer Seitenzahl. Zwei konkurrierende Blöcke können dieselbe Höhe haben. Die Höhe allein identifiziert einen Block daher nicht eindeutig.

Der Blockhash ist ein aus den Blockdaten berechneter digitaler Fingerabdruck und dient zur Identifikation eines bestimmten Blocks. Manche Blockexplorer bezeichnen die Höhe als „Blocknummer“. Diese Nummer zeigt jedoch nicht von selbst, ob ein Block übernommen oder finalisiert wurde. Der erste Block einer Blockchain heißt Genesis-Block und hat keinen Vorgängerblock.

Status von Transaktionen in Blöcken

Eine Transaktion ist aufgenommen, sobald sie in einem Block erscheint. Baut das Netzwerk weitere Blöcke darauf auf, steigt gewöhnlich ihre Zahl an Bestätigungen. Finalität ist erreicht, wenn die Netzwerkregeln diesen Teil der Historie unter normalen Bedingungen als nicht mehr veränderlich behandeln.

Ein Netzwerk kann gelegentlich auf eine andere jüngere Blockhistorie wechseln. Das wird als Chain-Reorganisation bezeichnet. Transaktionen aus ersetzten Blöcken können erneut auf ihre Aufnahme warten, in einem anderen Block erscheinen oder ungültig werden. Ethereum stellt Finalität außerdem über Validatorstimmen zu Kontrollpunkten her. „Aufgenommen“, „bestätigt“ und „finalisiert“ bezeichnen somit unterschiedliche Phasen.

Blockkapazität

Ein Block enthält keine feste Anzahl von Transaktionen. Transaktionen unterscheiden sich in ihrer Größe und in den erforderlichen Operationen – so wie eine gleich große Kiste je nach Größe der Gegenstände unterschiedlich viele davon aufnehmen kann.

Bitcoin misst die Kapazität über das in BIP-141 definierte Blockgewicht. Ethereum begrenzt mit einem Block-Gas-Limit den gesamten Gasverbrauch. Zwei Blöcke nahe ihrer jeweiligen Grenze können deshalb unterschiedlich viele Transaktionen enthalten.

Blockzeit

Der Produktionsrhythmus hängt vom Netzwerk ab. In Proof-of-Work-Systemen wird ein Block mit probabilistischem Timing gefunden; die tatsächlichen Abstände sind daher nicht jedes Mal gleich. Ethereum teilt die Zeit in feste Slots ein. Ein Slot kann jedoch leer bleiben, wenn der ausgewählte Validator keinen Block vorschlägt. Die Ethereum-Dokumentation zu Blöcken erläutert diesen Ablauf.

Blockvalidierung

Knoten prüfen einen Block selbst, statt ihn allein wegen seiner Verbreitung zu akzeptieren. Sie kontrollieren unter anderem die Verbindung zu einem gültigen Vorgängerblock, Format und Transaktionen sowie Kapazitätsgrenzen und weitere Vorgaben. Die genauen Prüfungen hängen vom Netzwerk ab.

Scheitert eine Prüfung, ignoriert der Knoten den Block und verarbeitet andere gültige Blöcke weiter. Auch eine weite Verbreitung kann einen ungültigen Block nicht gültig machen.

FAQ

Ist ein Block dasselbe wie eine Blockchain?

Nein. Ein Block ist ein einzelnes Datenpaket. Eine Blockchain ist die Historie, die entsteht, wenn Blöcke nach den Netzwerkregeln miteinander verbunden werden.

Ist ein Block dasselbe wie eine Blockbelohnung?

Nein. Ein Block speichert Transaktionen und zugehörige Informationen. Eine Blockbelohnung ist eine Vergütung, die einige Netzwerke ihren Blockproduzenten nach den Protokollregeln gewähren.

Ist ein „leerer Block“ vollständig leer?

Nicht unbedingt. Bei Bitcoin bezeichnet ein „leerer Block“ meist einen Block ohne gewöhnliche Nutzertransaktionen. Er enthält dennoch eine Coinbase-Transaktion.

Verwandte Begriffe

Lies über Blockchains, Blockchain-Adressen und Gasgebühren oder kehre zum Krypto-Glossar zurück.

Quellen

• Bitcoin Developer Reference: block chain — Blockheader, Transaktionsbindungen und serialisierte Struktur.
• BIP-141: Segregated Witness — Witness-Daten, Witness-Bindung und Blockgewicht.
• Bitcoin Developer Guide: block chain — Validierung, Coinbase-Transaktionen, Kettenauswahl und konkurrierende Blöcke.
• Ethereum: blocks — Blockfelder, Ausführungsdaten, Gaslimits, Slots und Timing.
• Ethereum: proof-of-stake — Vorschläge, Validatorstimmen, Zweigauswahl und Finalität.