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Kryptowährung und Blockchain sind zwei Seiten der gleichen Medaille. Blockchain ist ein digitales Hauptbuch, das Kryptowährungstransaktionen aufzeichnet, während Kryptowährung eine digitale oder virtuelle Währung ist, die durch Kryptografie gesichert wird. Die Blockchain erstellt eine unbestechliche, dauerhafte und überprüfbare Aufzeichnung aller Kryptowährungstransaktionen, so dass es fast unmöglich ist, sie zu verändern oder zu fälschen. Die Unverletzlichkeit der Blockchain macht es ausserdem fast unmöglich, sich in Nutzerprofile einzuhacken oder Gelder unerlaubt zu verschieben. Kryptowährungstransaktionen sind daher sicherer und zuverlässiger als herkömmliche Zahlungssysteme.
Die Idee ist, dass dezentrale und sichere Blockchains eine Welt schaffen, in der wir uns nicht mehr auf Dritte verlassen müssen, um Netzwerke oder Märkte zu betreiben. Experten sind sich jedoch einig, dass ein grundlegendes Problem gelöst werden muss, damit sich diese Technologie durchsetzen kann. Dieses Problem ist bekannt als das Blockchain-Trilemma.
Der Begriff wurde von Ethereum-Mitbegründer Vitalik Buterin populär gemacht. Es muss drei verschiedene Elemente geben, die in einer Blockchain wünschenswert sind: Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit. Das Blockchain-Trilemma bezieht sich auf die Idee, dass es für Blockchains schwierig ist, ein optimales Niveau aller drei Eigenschaften gleichzeitig zu erreichen. Die Stärkung einer dieser Eigenschaften führt in der Regel zu einer Schwächung der anderen.
In diesem Artikel werden wir uns alle drei Elemente des Trilemmas ansehen und genauer erklären, wofür jedes einzelne steht.
Wie wir wissen, ist die Dezentralisierung ein wesentlicher Bestandteil der Blockchain. Dezentrale Blockchain-Netzwerke, wie Bitcoin, gehören nicht einer Person oder Organisation. Daten werden offen geteilt und von allen Teilnehmenden validiert. Dies ermöglicht Web3, das dezentrale Internet, das sicher und schnell ist.
Die Dezentralisierung trägt dazu bei, dass die Blockchain widerstandsfähig und unbeeinflusst von potenziellen böswilligen Angreifern bleibt. Durch die Dezentralisierung des Systems hat jeder Knotenpunkt (Nutzer) gleich viel Macht und Autorität, was zu fairen und transparenten Transaktionen beiträgt. Die Dezentralisierung sorgt auch dafür, dass das System dezentralisiert bleibt und verhindert, dass eine einzelne Organisation zu viel Kontrolle über das Netzwerk hat.
Die Sicherheit der Blockchain beruht auf einer Kombination aus Kryptografie, Konsensalgorithmen wie dem Proof of Work (PoW) und einer grossen Anzahl von Teilnehmenden. Kryptografie sorgt für Sicherheit, indem sie sicherstellt, dass Datenblöcke miteinander verbunden sind und nicht manipuliert werden können. Konsensalgorithmen wie PoW tragen zum Schutz des Kryptowährungsregisters bei, indem Miner mathematische Rätsel lösen müssen, bevor neue Transaktionen verifiziert und dem Hauptbuch hinzugefügt werden. Je grösser die Anzahl der Teilnehmenden an einer Blockchain ist, desto schwieriger ist es für einen Akteur, die Kontrolle zu übernehmen und den Konsens ausser Kraft zu setzen.
Skalierbarkeit ist die Fähigkeit einer Blockchain, die Anzahl der Transaktionen, die sie pro Sekunde (Transaction Per Second, TPS) verarbeiten kann, zu erhöhen, ohne die Sicherheit oder Dezentralisierung zu beeinträchtigen. Viele Blockchains haben Probleme mit der Skalierbarkeit, weil sie der Dezentralisierung und der Sicherheit Vorrang einräumen müssen, was zu einer begrenzten TPS im Vergleich zu zentralisierten Netzwerken führt. Es werden Lösungen für die Skalierbarkeit von Blockchains entwickelt, um dieses Problem zu lösen, z. B. durch den Einsatz verschiedener Konsensmechanismen, Sharding und Off-Chain-Lösungen.
Traditionelle Blockchains: Bitcoin, Ethereum oder Litecoin. Jeder ihrer Teilnehmenden verwaltet einen kompletten Knoten (Node), der jede Transaktion validiert. Solche Netzwerke haben ein hohes Mass an Sicherheit und Dezentralisierung, aber eine geringe Bandbreite.
Hochgeschwindigkeits-Blockchains, einschliesslich solcher, die auf Delegated Proof-of-Stake-Algorithmen basieren. Sie haben eine kleine Anzahl von Knotenpunkten (10-100). Gleichzeitig gibt es hohe Anforderungen für jeden von ihnen – die Notwendigkeit, teure Server-Hardware oder eine grosse Anzahl von nativen Coins zu haben. Die Mehrheit der Knotenpunkte wird an einem Ort oder von einer Organisation gehostet, was zu einer begrenzten Verteilung von Vertrauen und Kontrolle führt. Diese Netzwerke sind zwar produktiv und sicher, aber nicht ausreichend dezentralisiert.
Mit Multichain-Systemen können Anwendungen mit mehreren Blockchains verbunden werden, wobei die Kommunikation zwischen diesen Blockchains über kettenübergreifende Protokolle erfolgt. Dies ist ein Beispiel für ein dezentrales und skalierbares Netzwerk, aber kein sicheres. Denn ein Angriff muss die meisten Knoten in nur einer Blockchain des Systems in Besitz nehmen, um die übliche Struktur zu "brechen" und negative Folgen für alle anderen Teilnehmenden zu verursachen.
Die offensichtlichste und einfachste Lösung für das oben genannte Problem besteht in einer Reduzierung der Anzahl der Teilnehmenden, die Daten bestätigen und dem Netz hinzufügen, im Austausch für eine höhere Grösse und Geschwindigkeit. Dies wird jedoch zu einer Schwächung der Dezentralisierung führen, wenn die Kontrolle an weniger Teilnehmende übertragen wird. Es führt auch zu einer Schwächung der Sicherheit, da weniger Teilnehmende eine höhere Wahrscheinlichkeit von Angriffen bedeuten.
Die offensichtlichste und wichtigste Lösung für das oben genannte Problem besteht darin, die Anzahl der Teilnehmenden, die Daten bestätigen und dem Netzwerk hinzufügen, im Austausch für einen grösseren Umfang und eine höhere Geschwindigkeit zu reduzieren. Dies wird jedoch zu einer Schwächung der Dezentralisierung führen, wenn die Kontrolle an weniger Teilnehmende übertragen wird. Auch die Sicherheit wird dadurch geschwächt, denn weniger Teilnehmende bedeuten eine höhere Wahrscheinlichkeit von Angriffen.
Es gibt also ein Trilemma: Angesichts des Verhältnisses zwischen den gewünschten Eigenschaften der Dezentralisierung und der Sicherheit erschwert das grundlegende Design der Blockchain ihre Skalierung. Erhöht man das eine, schwächt man das andere. Wie kann man Skalierbarkeit erreichen, ohne die Dezentralisierung, die Sicherheit oder beides zu opfern?
Das Problem, dessen Lösung eine anspruchsvolle Herausforderung darstellt, hat zu einigen interessanten Innovationen in der Blockchain-Branche geführt. Es gibt verschiedene Ideen, die von der Grundlage des Projekts abhängen und davon, ob es auf ein anderes Projekt angewiesen ist, um zu funktionieren (wie zum Beispiel eine dezentrale Anwendung, die Ethereum benötigt), und es ist faszinierend zu sehen, wie sie das Netzwerk in Zukunft beeinflussen könnten.
Ohne zu sehr in die Technik einzutauchen, hier ein paar interessante Ansätze, die bei Projekten verfolgt wurden:
Sharding ist zu einer beliebten Lösung für die Skalierung von Projekten geworden, die nicht auf ein anderes Netzwerk angewiesen sind, wie z. B. Ethereum. Beim Sharding eines Netzwerks werden die auf der Blockchain stattfindenden Transaktionen in einfachere Datensätze aufgeteilt, die vom Netzwerk schneller verarbeitet werden können. Das bedeutet, dass mehr Transaktionen gleichzeitig stattfinden können, ohne dass es zu Überlastungen kommt. Die Sicherheit bleibt gewahrt, da die verschiedenen Shards miteinander interagieren und Informationen an die Haupt-Blockchain senden, damit die Informationen nicht gefährdet werden.
Rollups ermöglichen es Netzwerken auf der Ethereum-Blockchain, mehrere Transaktionen in eine einzige Off-Chain zu "rollen" (mit validiertem Proof) und dann die gerollten Daten an die Hauptkette zu übermitteln. Das ist vergleichbar mit der Bildung von Fahrgemeinschaften. Rollups sind clever, weil sie die für eine Transaktion benötigte Datenmenge reduzieren und so den Datenverkehr verringern und die Geschwindigkeit erhöhen.
Das Lightning Network wird als "Layer 2"-Lösung bezeichnet, weil es eine zusätzliche Ebene über dem Hauptnetzwerk bietet. Bitcoin, unser erstes Beispiel, "leidet unter dem Erfolg" und kämpft mit der Transaktionsgeschwindigkeit und den Kosten. Das Lightning Network ermöglicht es, Transaktionen durchzuführen, ohne direkt mit der Bitcoin-Hauptkette interagieren zu müssen.
Anstatt auf der Haupt-Blockchain zu handeln, richtest du "Kanäle" mit Leuten ein, mit denen du Geschäfte machen kannst. In den Kanälen, die von Smart Contracts betrieben werden, kannst du direkt, sofort und zu weitaus geringeren Kosten als auf der Haupt-Blockchain Transaktionen durchführen. Mit einem State Channel erstellst du einen Kanal (wie das Öffnen eines Tabs), der auf der Hauptblockchain aufgezeichnet wird. Von dort aus werden alle Transaktionen "off-channel" (nicht auf der Hauptkette) durchgeführt, bis der Kanal geschlossen wird. Wenn eine Transaktion abgeschlossen ist, werden nur die Öffnungs- und Schliessungsinformationen an die Hauptblockchain gesendet und nicht alle Daten. Da State Channels über Smart Contractsfunktionieren, ist die Sicherheit gewährleistet.
Anstatt eine One-Blockchain-Lösung anzubieten, bevorzugt Polkadot die Idee, dass Blockchains mit anderen Blockchains zusammenarbeiten (Interoperabilität). Das Netzwerk ist mit einer "Relay Chain" als Backbone konzipiert, um ein hoch skalierbares Netzwerk zu bieten. Dies geschieht durch die Verwendung von "Parachains", unabhängigen Blockchains, die mit der Haupt-Relay-Chain verbunden sind.
Das bedeutet, dass die Chains in ihrer Verwaltung unabhängig voneinander arbeiten, so dass das Netzwerk skaliert werden kann, sich aber letztendlich für zusätzliche Sicherheit zusammenschliesst.
Obwohl die meisten Menschen das Blockchain-Trilemma nicht kennen, sind sie sich der damit verbundenen Probleme bewusst (z. B. die langsamere Transaktionsgeschwindigkeit von Bitcoin). Wenn Projekte das Trilemma erfolgreich lösen können, könnte die Akzeptanz der Blockchain neue Dimensionen erreichen.
Wenn es gelingt, das Kriterium "dezentral" zu erfüllen, ohne sich Gedanken über die Sicherheit oder die Unannehmlichkeiten mangelnder Skalierbarkeit zu machen, steht uns eine skalierbare Blockchain-Zukunft bevor, von der Menschen aus verschiedenen Branchen (von Geld bis Logistik, von Recht bis Eigentum) profitieren können. Im Kern bietet die Blockchain ein faireres und ausgewogeneres Spielfeld für den Einzelnen, um sich zu entfalten, anstatt sich auf ein traditionelles, zentralisiertes und kontrolliertes System zu verlassen.