Polkadot erklärt – Eine kleine Einführung in die Welt von DOT

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Polkadot hat in den vergangenen drei Jahren große Erwartungen geschürt. Kernstück der Blockchain-Technologie von Polkadot ist die Idee, vollständig interoperabel zu sein. Man verfolgt u. a. den Plan, an jede bereits bestehende Blockchain anknüpfen zu können und den Transfer von Werten, Daten und die Kommunikation zwischen verschiedenen Chains zu ermöglichen. Die Vision hinter Polkadot ist das Web 3.0 und die Idee einen wertvollen Beitrag zu dessen Architektur zu leisten. So will man mit der Blockchain-Technologie beispielsweise sicherstellen, dass die Interessen aller Nutzer gewahrt bleiben und sie die Kontrolle über ihre eigenen Daten bekommen.

Damit ist Polkadot eines der ehrgeizigsten Projekte, das seit langer Zeit gestartet ist. Polkadot wurde von der Web3 Foundation und Gavin Wood ins Leben gerufen, der ebenfalls maßgeblich an der Entwicklung von Ethereum beteiligt war. In diesem Artikel wollen wir die Funktionsweise, die wichtigsten Begriffe und die Ziele des Projekts erläutern.

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Relay Chain, Parachains und Bridges

Um besser zu skalieren, teilt sich Polkadot in verschiedene Blockchains auf, die miteinander kommunizieren können. Im Prinzip kann man sich dieses Gefüge wie eine Firma vorstellen. In einem Unternehmen kümmert sich eine Abteilung um den Verkauf, eine andere um die Buchhaltung und die nächste um die Produktentwicklung. Am Ende erhält man eine sinnvolle Arbeitsteilung und eine höhere Effizienz, weil sich jede Abteilung um ein Fachgebiet kümmert.

Auf ganz ähnliche Art und Weise löst auch das Protokoll von Polkadot eine bestimmte Problematik. Je mehr Anwendungen auf einer einzelnen Blockchain laufen und je höher die Nachfrage durch Anwender ist, um mit ihr zu interagieren, desto langsamer und teurer werden die eigentlichen Transaktionen.

Dabei bildet es keinen Unterschied, ob am Ende DeFi-Produkte auf einer Blockchain zur Verfügung gestellt werden oder beispielsweise ein Stromanbieter automatisch Verbrauchsdaten auslesen und abrechnen möchte. Jede Anfrage erzeugt Last, welche sich über verschiedene Blockchains, die jeweils einen spezifischen Zweck haben, besser verteilen lässt.

Die Relay Chain bildet die Zentrale von Polkadot

Die Relay Chain ist praktisch die Zentrale und fungiert für alle anderen Blockchains als Schnittstelle. Somit kann man auch vereinfacht davon sprechen, dass es sich bei der Relay Chain um die eigentliche Polkadot-Blockchain handelt.

Eine der Hauptaufgaben der Relay Chain ist die Konsensbildung in dem Geflecht aus verschiedenen Blockchains. Außerdem ermöglicht ihr Protokoll die Interoperabilität zwischen den Blockchains, da sie das Verbindungsglied ist. Das Framework der Relay Chain beheimatet außerdem die Wallets, Konten, die Governance von Polkadot und den nativen Token DOT.

Der Konsens im Netzwerk wird über Proof-of-Stake gebildet und alle Validatoren staken auf der Relay Chain und validieren dort alle Transaktionen. Die Relay Chain ist sehr stark auf ihre Rolle als Koordinator des ganzen Systems festgelegt. Daher ist sie nicht in der Lage, komplexerer Funktionen wie beispielsweise Smart Contracts auszuführen.

Parachains übernehmen spezifische Aufgaben

Eine Parachain bekommt einen Slot auf der Relay Chain und dockt dort an dem gesamten Netzwerk an. Die Slots, welche die Relay Chain bereitstellen kann, sind noch relativ begrenzt und sollen zukünftig erweitert werden. Jede Parachain hat einen spezifischen Zweck, der vollkommen frei festgelegt werden kann. So könnte sich eine Parachain mit der Ausführung von Smart Contracts befassen oder mit einer bestimmten Applikation. Im Prinzip ist es sogar denkbar, dass die Parachain gar keine Blockchain im eigentlichen Sinne ist, sondern einen experimentellen Zweck erfüllt.

Neben den Parachains existieren noch sogenannte Parathreads. Während eine Parachain einen Slot in der Relay Chain bekommt, können sich die Threads einen Slot teilen. Das ist insbesondere für Prozesse praktisch, die nicht ständig aktiv sein müssen, sondern immer wieder mal bei Bedarf aufgerufen werden und dann wieder ruhen. Somit wird die begrenzte Anzahl an Slots also am Ende effektiver genutzt.

Bridges – Bindeglied zu allen anderen Blockchains

Die Relay Chain und ihre Parachain sowie Parathreads bauen alle auf dem Fundament von Polkadot auf. Wenn man aber fremde Blockchains verbinden möchte, dann wird es etwas komplizierter. Denn auf der Gegenseite existiert kein Framework, auf das man zugreifen könnte. Hier kommen Bridges in Spiel, die wie der Name bereits verrät, eine Brücke bilden.

Eine solche Brücke kann im Prinzip zu einer beliebigen Blockchain geschlagen werden und kann auf drei Arten gebildet werden:

1. Bridge Pallets: Hierfür muss die andere Blockchain aber zwingend Substrate unterstützen. Ein Beispiel dafür wäre die Bridge zu Kusama.
2. Smart Contracts: Das Ziel der Brücke muss dafür in der Lage sein, Smart Contracts auszuführen, der eine Interaktion erlaubt.
3. Higher Order Protocols: Sie kommen als Lösung für die Fälle in Betracht, wo die ersten beiden Optionen nicht anwendbar sind.

Polkadot setzt auf Substrate

Substrate ist ein quelloffenes Framework, welches es erlaubt, vollständige Blockchains in sehr kurzer Zeit zu erstellen. Neben der bereits beschriebenen Architektur von Polkadot bildet Substrate einen vitalen Bestandteil. Allerdings müssen Entwickler nicht zwingend mit Substrate arbeiten.  

Substrate ist modular aufgebaut und jede Funktion, die man sich für eine Blockchain wünschen kann, existiert in Form von fertigen Bibliotheken. Damit lässt sich mit Substrate eine Blockchain nicht nur schnell erstellen, sondern auch ein individueller Funktionsumfang relativ leicht festlegen. Abhängig von den jeweiligen Zielen kann man zwischen folgenden Optionen wählen:

• Polkadot Core
• Substrate Core
• Substrate Runtime Module Library (SRML)
• Substrate Node

Während Polkadot Core den höchsten Grad an Komplexität mitbringt und Entwicklern die Freiheit lässt, alles von Grund auf neu zu erstellen, sind die anderen Optionen graduell mit weniger Aufwand verbunden. So stellt Substrate Node praktisch eine fertige Blockchain bereit, die sich mit einem JSON-File konfigurieren lässt.

Der DOT-Token und seine Funktionen

Der native Token von Polkadot wird kurz DOT genannt und erhielt auf den börslichen Handelsplätzen auch denselben Ticker. DOT erfüllt drei Funktionen innerhalb von Polkadot:

1. Governance: Mit dem DOT-Token erhält man Stimmrechte.
2. Staking: Bei der Teilnahme an der Konsensbildung im Netzwerk lassen sich Einnahmen generieren.
3. Bonding: Neue Parachains benötigen DOT, um von der Relay Chain aufgenommen zu werden.

Damit ist DOT also kein Token, der dazu gedacht ist, Werte bzw. Geld zu transferieren. Im Prinzip kann er dafür zwar genutzt werden, aber es geht primär darum, eine Anreizstruktur für die Tokenhalter zu schaffen und aufrechtzuerhalten. Denn die Anleger dürfen mit ihren Stimmrechten darüber entscheiden, in welche Richtung sich das Protokoll entwickelt. Außerdem verifizieren sie vermittels Staking alle Transaktionen im Netzwerk.

Zusätzlich kreiert das Bonding eine beständige Nachfrage nach DOT. Die Idee ist, dass nicht alle Blockchains gebraucht werden, die an Polkadot andocken. Besteht kein Bedarf, so werden sie wieder durch Unbonding entfernt, um den Platz an gefragtere Kandidaten freizugeben. Um aber überhaupt einen Slot zu erhalten, braucht es das sogenannte Bonding. Dabei handelt es sich um einen Prozess, der Teil des Stakings bei Polkadot ist.

Wie funktioniert die Governance auf Polkadot?

Polkadot wird durch die Anleger verwaltet, die in den DOT-Token investiert haben. Oberflächlich betrachtet können sie alle Aspekte bestimmen, die sich auf Polkadot und seine zukünftige Entwicklung auswirken. In der Regel werden Änderungsvorschläge in Form eines Prosposals eingereicht, was man auch von Bitcoin kennt, dort sind es die Bitcoin Improvement Proposal oder auch BIP.

Am Ende ist das Governance-System von Polkadot jedoch deutlich komplexer und geht über die Proposal hinaus. Es gliedert sich in verschiedene Kategorien von Netzwerk-Teilnehmern, die unterschiedliche Optionen haben, um den Abstimmungsprozess einzuleiten oder zu entscheiden:

1. Das Polkadot Council
2. The Technical Committee
3. Die Polkadot-Community

Das Polkadot Council fungiert als Parlament

Das Council stellt eine Delegation von Netzwerkteilnehmern dar, die eine Reihe von Sonderaufgaben wahrnehmen, um das Netzwerk zu unterstützen:

• Das Council wählt das Technical Committee.
• Es kann Vorschläge an die Community zur Abstimmung geben.
• Per Vetorecht können Abstimmungsergebnisse gekippt werden.
• Im Notfall kann es ein Referendum im Schnellverfahren einleiten, um das Netzwerk zu schützen.

Im Prinzip kann jedes Mitglied einen Sitz im Council bekommen, muss sich dabei aber zur Wahl stellen und für jede Kandidatur 100 DOT aufbringen, die verloren gehen, wenn es den Sitz nicht bekommt. Die Abstimmung über die Sitze wird alle zwei Wochen neu abgehalten, um zu verhindern, dass es zu einer Vetternwirtschaft kommen kann.

Das Technical Committee pflegt das Netzwerk

Das Komitee überwacht das Netzwerk nicht im eigentlichen Sinne, sondern stellt sicher, dass es einwandfrei läuft. Es setzt sich in erster Linie aus Entwickler-Teams zusammen, die ihre Fähigkeiten innerhalb von Polkadot unter Beweis gestellt haben. Das Council wählt die amtierenden Mitglieder des Technical Committee in einer eigenen Abstimmung. Das Technical Committee kann:

• Vorschläge zur Abstimmung an das Council einreichen.
• In technischen Notfällen schnell eingreifen.
• Stellt ein Referendum eine Gefahr dar, dann kann das Komitee ein Vetorecht nutzen und dem Council eine Empfehlung geben.

Die Polkadot-Community

Zu der Community von Polkadot gehört im Sinne der Governance jede Person oder Organisation, die DOT hält und sich am Governance-Prozess beteiligen möchten. Die Community kann:

• Mitglieder des Council ernennen.
• Vorschläge machen.
• Im Referendum über Vorschläge abstimmen.

Polkadot Staking – Die Parachains sichern und Anreize schaffen

Die Relay Chain übernimmt die Koordination der Parachains und sichert alle Transaktionen ab, die innerhalb des gesamten Netzwerks geschehen. Damit ersetzt das Staking also das Mining. Im Kern funktionieren Proof-of-Stake-Systeme sehr ähnlich. Die Anleger haften gewissermaßen mit ihren Token für die Richtigkeit der Transaktionen. Spieltheoretisch geht man davon aus, dass sie keine falschen Informationen in den Umlauf bringen, weil sie sonst ihr eigenes Vermögen entwerten würden. Polkadot bedient sich Nominated Proof-of-Stake (NPoS), was eine leichte Abwandlung darstellt. Sie beinhaltet u. a. die Funktion des sogenannten Slashings, welches manipulative Netzwerkteilnehmer aktiv bestraft und sie DOT kostet, sobald sie unredlich handeln. Damit ergänzt man also das Anreizsystem, welches über die grundlegenden Eigenschaften von Proof-of-Stake hinausgeht.

Bei NPoS gibt es zwei verschiedene Netzwerkteilnehmer, die Validatoren und die Nominatoren. Ein Validator betreibt einen eigenen Netzwerkknoten und die Nominatoren delegieren ihre DOT-Token an einen solchen Validator.

Ähnliche Systeme kennt man auch von Ethereum 2.0 oder Tezos, die jeweils ihre eigenen Besonderheiten mitbringen, die es zu beachten gilt.

Wie kann ich Polkadot Staking betreiben?

Den meisten Anleger dürfte am ehesten damit gedient sein, wenn sie das Staking als Nominator betreiben. Daher delegieren sie ihre Einlagen an bestimmte Netzwerkknoten bzw. Validatoren. Der Vorteil ist, dass man neben einem Polkadot Wallet lediglich nur 1 DOT-Token benötigt, um daran teilnehmen zu können. Im Zuge des Stakings muss man 16 Validatoren nominieren und erhält von diesen einen Reward, wenn sie erfolgreich waren. Geeignete Validatoren kann man beispielsweise direkt in Polkadot.js suchen und durch einen simplen Klick anwählen. Eine Alternative stellt die Einzahlung von DOT auf einer Börse dar, die Staking unterstützt. In unserem Überblick zu den verschiedenen Staking Anbietern können Sie sich eine geeignete Börse oder Broker aussuchen.

Wie werde ich Polkadot Validator?

Die Rolle als Validator gestaltet sich wesentlich komplexer, weil hier wenigstens 350 DOT aufzubringen sind und ein entsprechender Netzwerkknoten betrieben werden muss. Dies erfordert technisches Wissen, um den dauerhaften und reibungslosen Betrieb zu gewährleisten. Außerdem muss man sich in dieser Rolle auch zur Wahl stellen und das Abstimmungsergebnis kann variieren. Zusätzlich sind die Chancen gewählt zu werden, von einer Reihe von Faktoren abhängig.

Welche Wallets unterstützen Polkadot?

Polkadot verfügt über eine sehr breite Auswahl an Wallets, die den unterschiedlichen Bedürfnissen jedes Nutzers gerecht werden können. Allgemein unterscheidet man zwischen Desktop Wallets für Windows, Linux oder MacOS, Mobile-Wallets für Smartphones und Hardware-Wallets für besondere Ansprüche an die Sicherheit. Außerdem gibt es noch die Kategorie der Browser-Wallets, die entweder per URL aufgerufen oder als Plugin installiert werden.

Für Polkadot stehen aus jeder der genannten Kategorien Lösungen zur Verfügung, auch wenn jede über einen unterschiedlichen Funktionsumfang verfügt. Wir bieten im Folgenden einen kurzen, nicht abschließenden Überblick zu den beiden gängigsten Wallets.

Polkadot .js

Polkadot.js haben wir im vorliegenden Artikel bereits im Abschnitt zum Staking kurz angesprochen. Die Wallet hat einen großen Funktionsumfang und ermöglicht daher alle Interaktionen mit der Blockchain von Polkadot. Es besteht die Möglichkeit Polkadot.js als Browsererweiterung zu installieren oder direkt im Browser die entsprechende URL anzusteuern und sich Mittels einer JSON-Datei und Passwort anzumelden.

Polkadot.js ist trotz des Funktionsumfangs sehr benutzerfreundlich, wenn man über ein wenig Erfahrung mit der Handhabung von Wallets verfügt. Die Software erstellt einen Menomic Seed, den man gut verfahren sollte und der die Wiederherstellung des eigenen Wallets jederzeit möglich macht. Für die Vergabe und die Verwahrung des Wallet Passworts empfiehlt sich ein Passwortmanager. Etwaige Wallet-Dateien sollte man vorsichtshalber als Backup vorhalten.

Obwohl man Polkadot.js direkt im Broser nutzen kann, empfiehlt sich die Installation des gleichnamigen Browserplugins, weil dies als sicherer gilt. Die Browsererweiterung steht für Chrome und Firefox zur Verfügung. Die meisten Browser, die auf Chrome basieren, können das Plugin ebenfalls installieren und laufen lassen.

Hardware Wallets für Polkadot

Im Bereich der Hardware Wallets stehen die Produkte aus dem Hause Ledger zur Verfügung. Der Vorteil bei der Verwendung dieser Geräte ist, dass Ledger eine eigene Software zur Bedienung ausliefert, sie gleichzeitig aber auch mit Polkadot.js kombiniert werden können. Im Prinzip handelt es sich dabei um ein Zusammenspiel, welches auch bei anderen Kryptowährungen üblich ist. Das Hardware Wallet speichert den Seed sicher ab und die verwendete Software bildet die Schnittstelle zur Interaktion.

Da sich der Ledger Nano X per Bluetooth mit dem Smartphone verbinden lässt, ist im Prinzip auch eine mobile Nutzung möglich.

Zum Abschluss noch eine kurze Liste von weiteren Wallets, die Unterstützung für Polkadot bieten und ggf. auch mit einem Hardware Wallet verwendet werden können:

• Trust Wallet
• Parity Signer
• Polkawallet

Die Web3 Foundation und ihre Rolle

Polkadot verfügt über ein Grundgerüst, welches großen Wert darauf legt, dass alle Teilnehmer, die über DOT verfügen, auch in die Entwicklung und Entscheidungen eingebunden werden. Dies wird in erster Linie über die umfassenden Strukturen im Bereich Governance erreicht. Trotzdem kümmern sich unabhängig von diesen Entscheidungsprozessen eine Reihe von Unternehmen und Organisationen um Polkadot, welche die Entwicklung initiiert haben und auch in Zukunft begleiten werden.

Die wohl wichtigste Rolle nimmt dabei die Web3 Foundation ein, deren Zweck die Weiterentwicklung und Verbesserung von Polkadot ist. Dabei ist das Ethos der gemeinnützigen Organisation mit Sitz in der Schweiz von der Vision des Web 3.0 bestimmt. Mit dem Begriff Web 3.0 sind eine Reihe von Thesen verbunden, in welche Richtung sich Internet-basierte Technologien entwickeln werden und wie sehr sie unseren Alltag am Ende durchdringen. Im Kern geht man davon aus, dass alle Technologien allgegenwärtig und vollständig dezentral gestaltet sein werden. Eine besondere Rolle spielen dabei Maschine Learning und künstliche Intelligenz (AI).

Die Web3 Foundation möchte als gemeinnützige Stiftung dafür sorgen, dass der Menschheit Technologien zur Verfügung stehen, die das Web 3.0 vorantreiben und gleichzeitig jedem Individuum die größtmögliche Kontrolle und Hoheit über die eigenen Daten gewährt. Zu den unterstützten Projekten gehören neben Polkadot die Auskopplung bzw. der Vorläufer Kusama, XCMP und das Lernprogramm Web3MOOC.

Gavin Wood – Mitgründer von Ethereum und Vater von Polkadot

Initiator von Web3 und damit auch von Polkadot ist Dr. Gavin Wood. Wood ist einer der Mitgründer von Ethereum gewesen und fungierte zeitweilig als CTO der Ethereum Foundation. Seine Beteiligung war für die Entwicklung von Ethereum maßgeblich. So schrieb er beispielsweise das sogenannte Yellow Paper in dem die Ethereum Virtual Maschine definiert wurde, welche als zentrales Element für die Ausführung von Smart Contracts dient.

Im Jahr 2016 verließ Wood die Ethereum Foundation und gründete mit der Web3 Foundation eine eigenständige gemeinnützige Organisation. Noch im gleichen Jahr veröffentlichte er das Whitepaper zu Polkadot und darf somit als Vater dieser Technologie angesehen werden. Mit Polkadot verwirklichte Wood auch Ideen und Ansätze, die mit Ethereum aus unterschiedlichen Gründen nicht hätten realisiert werden können.

Für den Start der Entwicklung von Polkadot war Parity Technologies zuständig und erhielt dazu den Auftrag durch die Web3 Foundation. Das Unternehmen wurde ebenfalls von Wood mitgegründet. Parity war in der Vergangenheit ein signifikanter Bestandteil bei dem Aufbau und der Entwicklung von Ethereum. Mittlerweile hat das Unternehmen seinen Schwerpunkt jedoch auf die Entwicklung von Polkadot und Substrate verlagert.