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Wie Algorand das Blockchain-Trilemma lösen will

Algorand Blockchain-Trilemma

Lesedauer für den Artikel: 6 Minuten

In den letzten Jahren haben sich Kryptowährungen in der modernen Wirtschaft immer stärker durchgesetzt und erleichtern heutzutage Transaktionen um ein Vielfaches dessen, was früher noch mit Überweisungen oder gar Bargeld erreicht wurde.

Bei Spekulationsgeschäften werden Bitcoin und Co. ebenfalls immer wichtiger und mächtiger, was die Sicherheit und Effizienz der virtuellen Währungen noch sensibler und notwendiger macht. Doch genau hier gibt es eine Haken: Das sogenannte Blockchain-Trilemma. Um was handelt es sich bei diesem Problem und wie könnte es gelöst werden?

Was ist eine Blockchain und was muss sie leisten können?

Blockchains sind miteinander verknüpfte Datensätze, die bei den Transaktionen mit Bitcoin und anderen Kryptowährungen, Informationen speichern und übermitteln. Dabei speichert jeder Block einen kryptographischen Hash, der auf seinen Vorgänger verweist. Dies macht Blockchains rückverfolgbar.

Außerdem müssen Blockchain-Algorithmen auch weitere Blöcke an die vorhandene Kette anfügen können. Hierzu gibt es verschiedene Ansätze mit unterschiedlichen Herangehensweisen. Die herkömmlichen Varianten führen jedoch alle zu dem bereits erwähnten Trilemma.

Das Trilemma aus Sicherheit, Skalierbarkeit und Dezentralisierung

Bei Transaktionen muss stets gewährleistet sein, dass der abgesendete Betrag beim Empfänger sicher ankommt, und während des Transaktionsprozesses nicht fehlgeleitet oder abgefangen werden kann. Ohne die Transaktionsicherheit einer Kryptowährung könnte sich ein Empfänger nicht sicher sein, ob er das Geld tatsächlich erhält. Es ist also ein Grundbedürfnis von Nutzern von Kryptowährungen, dass ihr virtuelles Geld nicht gestohlen werden kann.

Skalierbarkeit meint im Falle von Blockchain die Grenzen des Transaktionsprozesses. Die Blockchain kann nicht unendlich viele Transaktionen verarbeiten, sondern ihre Effizienz ist abhängig von ihrer Skalierbarkeit. Bei einer schlechten Skalierbarkeit wären Transaktionen sehr langsam, die Blockchain-Algorithmen überlastet und das System würde zusammenbrechen.

Die Dezentralisierung von Kryptowährungen legt fest, dass es keine Entität geben kann und darf, die alleine auf das Netzwerk zugreifen beziehungsweise es leicht übernehmen und steuern kann. Die verschiedenen Transaktionen müssen also dezentral, das heißt verteilt, ablaufen und die gewaltige Datenmenge darf nicht nur auf einem Rechner gespeichert sein. Bitcoin schafft dies durch das Auslagern von Rechenleistungen auf die Rechner von Nutzern. Dadurch entstehen Millionen von Nodes im Netzwerk, die eine Rückverfolgung erschweren und zur Dezentralisierung der Kryptowährung beitragen.

Das Problem besteht nun darin, dass diese drei wichtigen Faktoren nicht gleichzeitig verwirklicht werden können. Es konnten bisher nur zwei dieser Säulen garantiert und kombiniert werden, was den Ausschluss der Dritten zur Folge hatte. Kurz: Es gab bislang keine perfekte Lösung für einen Blockchain-Algorithmus, dies bezeichnet man als „Blockchain-Trilemma“.

Trilemma
In der Regel bekommt man bei einer Blockchain immer nur zwei von drei Eigenschaften.

Eine hohe Sicherheit und viele Nodes machen die Transaktionen langsamer. Schnelle Algorithmen und eine hohe Dezentralisierung sind nicht immer sicher. Setzt man jedoch auf Sicherheit und Geschwindigkeit, so zentralisiert man die Kryptowährung und gibt die Kontrolle an eine oder wenige Entitäten ab.

Doch wie kann man dieses Trilemma effizient lösen?

Algorand setzt auf einen anderen Algorithmus

Algorand verwendet den 2014 von Daniel Larimer entwickelten DPoS-Algorithmus, DPoS steht hierbei für: „Delegated Proof of Stake“, also gewissermaßen für den verteilten Nachweis an der Beteiligung von Rechenleistungen und die gemeinsame Überprüfung von Transaktionen. Dieser Algorithmus basiert auf einer demokratischen und kollektiven Führung eines Netzwerks. Stakeholder können nicht alle bei der Verwaltung der Blockchain mitwirken, daher übertragen sie ihre Verantwortung und ihre Abstimmungsrechte an Delegierte, die man sich im Prinzip wie Bundestagsabgeordnete vorstellen kann. Im Bereich der Informatik nennt man diese Vertreter auch „Witnesses“ (Zeugen). Dabei ist das Stimmrecht jedoch abhängig von der Menge an Kryptowährung, die eine Person besitzt: Je mehr, desto mehr Mitsprache.

In der ersten Phase des Prozesses, den Algorand verwendet, wird nun ein Token zufällig ausgewählt und der Inhaber dieses Tokens erstellt den nächsten Block der Kette. Jeder Delegierte besitzt je nach Größe seines Kapitals solche Tokens. In der zweiten Phase folgt nun eine Verifizierung des generierten Blocks. Es werden tausende Tokens ausgewählt und die Besitzer dieser Token formen dann ein Komitee, welches die Arbeit des Erstellers beurteilt. Auf diese Art verwaltet die Gesamtheit der Inhaber einer Währung die eigene Währung und das eigene System. Dieses ist daher so effizient, da ein absichtlicher Fehler ja unweigerlich auch zu einem Fehler im eigenen Buchhaltungssystem führen würde. Die Anleger vertrauen sich also alle kollektiv gegenseitig, da sie alle im selben Boot sitzen und die gleichen Interessen haben.

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Wie sicher ist Algorands Algorithmus?

Grundsätzlich muss man davon ausgehen, dass die Gemeinschaft der Anleger nur dann als solche funktioniert und existiert, wenn ein Großteil der Mitglieder an einer gemeinsamen Zusammenarbeit interessiert sind; man geht davon aus, dass niemand sein eigenes Geld gefährden möchte. Das Algorand-Netzwerk ist eine solche Gemeinschaft von Anlegern, die sich im Grunde wie eine Gesellschaft im echten Leben verhält.

Das Netzwerk umfasst eine unvorstellbar große Zahl an Tokens (2²⁵⁶) , aus denen zufällig ausgewählt wird. Die Wahrscheinlichkeit für einen Anleger, der sehr viel Geld in die virtuelle Währung investiert hat, gewählt zu werden, ist höher als bei anderen Anlegern, die nur wenige Anteile besitzen. Folglich sind vor allem die Teilnehmer, die um ihres eigenen Geldes Willen das System am Laufen halten wollen, eher an der Erstellung der Blockchain beteiligt als schwarze Schafe (die ja nicht viel in das System investieren würden, das sie sabotieren wollen). Bei der gigantischen Menge an Tokens ist es somit sehr unwahrscheinlich, dass ein Saboteur ausgewählt wird, denn die Wahrscheinlichkeit, einen Block erstellen zu dürfen liegt bei ca. 2990/2²⁵⁶ .

Doch was ist, falls das doch einmal passiert?

Das Komitee – die Sicherung des Algorithmus

Das Komitee ist das Rückgrat des Systems. Dieses besteht aus 2990 Mitgliedern, die von Algorand selbst ausgewählt werden, und es braucht mindestens 2267 Stimmen für eine erfolgreiche Abstimmung. Schwarze Schafe könnten also nur dann einen fehlerhaften Block tatsächlich verifizieren und durch das Komitee schleusen, wenn sie über 78% der Stimmen ausmachen würden. Bei diesem hohen Anteil von Saboteuren ist das Netzwerk jedoch nicht lebensfähig, genauso wie auch eine Gesellschaft mit einer Mehrheit von Falschspielern nicht lebensfähig wäre. Selbst wenn die Gemeinschaft der Anleger aus 20% Betrügern bestehen sollte, läge die Wahrscheinlichkeit für eine Verifizierung des falschen Blocks bei ca. 5 / 10⁸⁷. Diese Wahrscheinlichkeit ist so gering, dass man sie schon fast vernachlässigen könnte.

Algorands Ansatz schafft es, einen sehr sicheren und vor allem sehr dezentralisierten Ablauf der Blockchain zu erreichen, denn die Tokens werden zufällig ausgewählt und die Entscheidungen bei vielen Benutzern gemeinsam getroffen. Zudem benötigt das Erstellen eines Knotens nur wenige Mikrosekunden. So ermöglicht der DPoS-Algorithmus eine bessere Skalierbarkeit zu anderen Verfahren und kann mehr Transaktionen pro Sekunde verarbeiten. Darüber hinaus sind Transaktionen final und können rückwirkend nicht manipuliert werden.