Die Blockchain-Technologie bietet eine Kombination aus Geschwindigkeit, Sicherheit und Skalierbarkeit, die alles revolutionieren wird, vom alltäglichen Einkauf bis zum Austausch von Krankenakten. Dieselbe dezentrale Struktur, die diese Vorteile bietet, bringt jedoch einige einzigartige Herausforderungen mit sich, die herkömmliche zentralisierte Netzwerke vermeiden.
Werfen wir einen Blick auf diese Herausforderungen, die als Blockchain-Trilemma bekannt sind, und wie neue Ansätze darauf abzielen, sie zu überwinden.
Die Blockchain-Technologie könnte zahlreiche Branchen revolutionieren, es müssen jedoch einige entscheidende Hürden überwunden werden, darunter das Blockchain-Trilemma.
Das Blockchain-Trilemma
Informatiker kennen die mit dezentralen Netzwerken verbundenen Kompromisse schon lange. In den 1980er Jahren stellte das CAP-Theorem fest, dass dezentrale Datenspeicher, die Konsistenz, Verfügbarkeit und Fehlertoleranz bieten, aufgrund des inhärenten Designs der zugrunde liegenden Technologie nur zwei von drei Garantien gleichzeitig erfüllen können.
In ähnlicher Weise prägte Ethereum-Gründer Vitalik Buterin den Begriff Blockchain-Trilemma und sagte, dass die Blockchain-Technologie, die Sicherheit, Dezentralisierung und Skalierbarkeit bietet, nur zwei von drei Punkten gleichzeitig gewährleisten könne. Auch hier liegt die Herausforderung in der zugrundeliegenden Struktur der Blockchain-Technologie, die unvermeidliche Kompromisse erfordert.
Dezentralisierung
Blockchain-Technologien sind nicht auf eine zentrale Kontrollstelle angewiesen. Während Visa oder Mastercard beispielsweise Transaktionen zwischen Verbrauchern und Unternehmen abwickeln, finden Bitcoin-Transaktionen zwischen Peers ohne zentrale Vermittler statt. Stattdessen werden sie durch einen Konsens unter den Blockchain-Teilnehmern überprüft.
Der Nachteil der Dezentralisierung besteht darin, dass die Verarbeitung von Transaktionen länger dauert. Anstatt dass eine einzelne Entität Transaktionen genehmigt oder ablehnt, muss sich das gesamte Netzwerk über einen Konsensmechanismus auf eine Entscheidung einigen. Aus diesem Grund kann Visa 60,000 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten, während Bitcoin nur etwa 10 Transaktionen pro Sekunde benötigt.
Skalierbarkeit
Blockchain-Technologien müssen in der Lage sein, ein immer größeres Transaktionsvolumen zu verarbeiten, um mit zentralisierten Plattformen konkurrieren zu können. Während Blockchain-Technologien heute noch eine Randerscheinung sind, erfordern sie massive Verbesserungen der Skalierbarkeit für Technologien wie DeFi einen erheblichen Teil konventioneller Transaktionen zu übernehmen.
Glücklicherweise gibt es viele Möglichkeiten, die Skalierbarkeit zu erhöhen, wie wir weiter unten sehen werden. Polygon ist beispielsweise eine Layer-2-Skalierungsplattform, die auf Ethereum basiert und es Entwicklern ermöglicht, dApps mithilfe einer Proof-of-Stake-Blockchain zu deutlich geringeren Kosten zu erstellen. Polygon könnte theoretisch Tausende von Ketten haben und so Millionen von Transaktionen pro Sekunde ermöglichen.
Sicherheit
Die Blockchain-Technologie muss Verbindung gegen Angriffe, Softwarefehler und andere Probleme, die zu Problemen führen könnten. Beispielsweise ist der Konsensmechanismus vieler Blockchains anfällig für einen 51%-Angriff, bei dem Hacker durch Konsens genug Einfluss gewinnen, um die Blockchain zu ihrem eigenen finanziellen Vorteil zu verändern.
Softwarefehler können auch erhebliche Probleme für Blockchains verursachen. So öffnete beispielsweise ein Fehler in einer älteren Version des Ethereum-Netzwerkclients Geth Mitte 2021 die Tür für Double-Spending-Angriffe. Die zunehmende Verwendung von Smart Contracts bei Off-Chain-Transaktionen könnte diese Risiken für bestimmte Teilnehmer noch weiter erhöhen.
Gängige Blockchain-Kompromisse
Das Blockchain-Trilemma legt nahe, dass mehrere Kompromisse notwendig sind, wenn es darum geht, Dezentralisierung, Skalierbarkeit und Sicherheit in Einklang zu bringen. So begrenzt beispielsweise die beispiellose Sicherheit und robuste Dezentralisierung von Bitcoin, die sich aus seinem Proof-of-Work-Konsensmechanismus ergibt, seine Skalierbarkeit. Während das für Investitionen großartig ist, gilt es für Smart Contracts weniger.
Nachweis des Einsatzes Konsensmechanismen könnte die Skalierbarkeit dramatisch verbessern, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen, aber die Macht in die Hände einiger weniger prominenter Akteure zu legen, verringert die Dezentralisierung. Und weniger Dezentralisierung bedeutet, dass Blockchain-Entscheidungen von großen Einheiten und nicht von der breiteren Gemeinschaft getroffen werden.
Schließlich ermöglicht der Aufstieg von Smart Contracts Blockchains, verteilte Verarbeitung und andere Techniken zu nutzen, um die Skalierbarkeit zu verbessern und die Dezentralisierung beizubehalten. Diese Smart Contracts und Interaktionen mit Drittanbietern erhöhen jedoch die Sicherheitsrisiken, wie die große Zahl von DeFi-Hacks und anderen Sicherheitsvorfällen in der Vergangenheit gezeigt hat.
Das Blockchain-Trilemma lösen
Das Blockchain-Trilemma ist kein mathematischer Beweis dafür, dass es unmöglich ist, alle drei Ziele zu erreichen – es ist lediglich die Feststellung, dass es schwierig ist, sie zu erreichen. In den letzten Jahren hat es nicht an Bemühungen gemangelt, das Problem durch neuartige Ansätze zu lösen, und einige davon tragen Früchte.
Änderungen auf Ebene 1
Ebene 1 bezieht sich auf Top-Level-Netzwerke wie Bitcoin oder Ethereum. Während sich Änderungen in diesen Netzwerken langsam vollziehen, könnten mehrere bedeutende Änderungen in der Pipeline die Leistung verbessern. Gleichzeitig nutzen neue Layer-1-Netzwerke diese neuen Ideen von Anfang an und bieten sofort ein höheres Leistungsniveau.
- Nachweis des Einsatzes – Die meisten konventionellen Blockchains verwenden einen Proof-of-Work-Konsensmechanismus, der erhebliche Rechenressourcen erfordert. Ethereum 2.0 Upgrade wird das bislang bedeutendste Projekt sein, das einen Proof-of-Stake-Konsensmechanismus nutzt. Dieser verspricht eine drastische Verkürzung der Transaktionszeiten, indem er sich auf die Spieltheorie statt auf reine Rechenleistung stützt.
- Schärfen – Viele Blockchains erfordern, dass Knoten eine Kopie jedes jemals erstellten Blocks aufbewahren, bevor ein neuer Block hinzugefügt wird. Sharding ist ein neuer Ansatz, der Transaktionen in kleinere Datensätze – oder Shards – aufteilt und diese unabhängig und parallel verarbeitet. Diese kleineren Blöcke werden dann wieder in die Hauptkette integriert, was die Leistung der gesamten Blockchain beschleunigt.
Layer 2-Innovationen
Layer 2 bezieht sich auf Netzwerke, die auf Layer-1-Blockchains basieren. Das Lightning Network ist beispielsweise eine Layer-2-Lösung, die auf Bitcoin basiert. Diese Netzwerke sind zu einer beliebten Methode geworden, um die Blockchain-Leistung zu verbessern, ohne Layer-1-Lösungen vollständig neu zu erstellen. So können Entwickler und Verbraucher die Gasgebühren senken und die Leistung verbessern.
- Verschachtelte Blockchains – Verschachtelte Blockchains ähneln Sharding darin, dass ein Arbeitsschritt von der Hauptkette delegiert, in einer untergeordneten Blockchain verarbeitet und dann wieder zur Hauptkette hinzugefügt wird, um die Geschwindigkeit zu verbessern und die Kosten zu senken.
- Seitenketten – Sidechains sind blockchainnahe Transaktionsketten, die für große Transaktionsmengen konzipiert sind. Sie verwenden einen unabhängigen Konsensmechanismus, der auf Geschwindigkeit und Skalierbarkeit optimiert ist, sowie Utility-Token als Teil des Übertragungsmechanismus.
- Staatliche Kanäle – Statuskanäle sind bidirektionale Kommunikationsmechanismen zwischen einer Blockchain und Off-Chain-Transaktionen. Anstatt von Minern die Validierung einer Transaktion zu verlangen, verfügen sie über einen Smart-Contract-Mechanismus, der nur den endgültigen „Status“ meldet.
Fazit
Die Blockchain-Technologie hat das Potenzial, zahllose Branchen zu revolutionieren, doch das Blockchain-Trilemma zeigt einige kritische Herausforderungen auf. Glücklicherweise gibt es in diesem Bereich viele Innovationen und viele neue Ansätze helfen dabei, diese Probleme zu überwinden, die Leistung zu verbessern und gleichzeitig die Transaktionskosten zu senken.
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