Das Blockchain-Trilemma

Die Vorteile einer Blockchain sind vielfältig und in der Sektion „Investment Basics“ auf dieser Website ausführlich beleuchtet. Jedoch kommen mit der dezentralen Struktur einer Blockchain auch einige Nachteile daher, die unter dem Phänomen des sogenannten „Blockchain-Trilemmas“ zusammengefasst werden.

Das Blockchain-Trilemma besagt im Kern, dass eine Blockchain immer nur zwei der drei folgenden Eigenschaften besitzen kann:

Dezentralität: So viele unabhängige Netzwerk-Knotenpunkte wie möglich, die sich gegenseitig kontrollieren.

Sicherheit: ein dezentralisierter Konsens-Mechanismus und kryptographische Verschlüsselung.

Skalierung: Geschwindigkeit, bzw. optimale Nutzung auch bei hohen Nutzerzahlen.

Anhand eines theoretischen Beispiels kann man sich eine Blockchain vorstellen, die alle drei genannten Eigenschaften erfüllt, in der Praxis stößt ein solches Konstrukt jedoch schnell an seine Grenzen.

Ein Beispiel für eine Blockchain mit allen drei Kriterien:

Skalierung: Der Kreditkartenbetreiber Visa ist ein gutes Beispiel für die notwendige Skalierung eines Zahlungsnetzwerks, welches globale Maßstäbe hat. Das Visa-Netzwerk kann bis zu 25.000 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten, in der Praxis sind es meist jedoch deutlich weniger. Zum Vergleich: Das Bitcoin-Core-Netzwerk kann gerade einmal 5 – 7 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten (auf den Durchschnitt runtergerechnet, da eine vollständige Validierung einer Bitcoin-Transaktion bis zu einer Stunde dauert, siehe „So funktioniert Bitcoin“). Eine beispielhafte Blockchain mit einer Rate von 1000 Transaktionen pro Sekunde wäre jedoch vergleichbar.

Dezentralität: Visa hat den unfairen Geschwindigkeitsvorteil, der darin begründet ist, dass Visa erstens nicht dezentral ist, sondern die Daten zentral abwickelt und es dem Unternehmen zweitens ermöglicht, die Transaktionen erst mit Verzögerung zu validieren, da es intern und im zentralen Netzwerk des Unternehmens stattfindet. Die Bezahlung mit einer Kredit- oder EC-Karte findet also auch nicht direkt statt, sondern läuft verzögert im Hintergrund, während bei einer Blockchain tatsächlich die Besitzverhältnisse direkt mit der Transaktion geändert werden. Eine beispielhafte Blockchain mit 1000 oder mehr unabhängigen Validatoren, die auf der Welt verteilt sind, würde eine ausreichende Dezentralität für dieses Netzwerk erzeugen.

Sicherheit: Bei einer Kreditkarte sind die Nutzer auf das Vertrauen und die Sicherheitsstandards des Betreibers angewiesen. Bei der Blockchain kommt es auf den Konsens-Mechanismus an. In der Muster Blockchain wäre das beispielsweise ein Konsens-Mechanismus, der besagt, dass mindestens 51 Prozent aller Computer jede einzelne Transaktion als legitim bestätigen müssen, damit sie als gültig zählt.

In dieser Beispiel-Blockchain wären alle drei Punkte abgedeckt, in der Praxis ist das so bisher jedoch nicht umsetzbar. Bei geringen Nutzerzahlen würde die Blockchain einwandfrei funktionieren, doch je mehr neue Nutzer hinzukommen würden, desto schwieriger wäre es, alle drei Punkte zu gewährleisten, ohne dass es zu Performance-Problemen kommt. Da jeder einzelne Knotenpunkt die gesamte Blockchain abspeichert, würde es bei einem großen Transaktionsaufkommen und einer Menge Speicherplatz pro Block dazu führen, dass die Blockchain sehr schnell gigantische Datenmengen verschlingen würde (die alle Knotenpunkte separat abspeichern und überprüfen müssten). Ab einem gewissen Punkt wären nur noch riesige Datencenter dazu in der Lage, die Informationsmengen aufzunehmen. Hinzukommt, dass es bei einer großen Menge an Transaktionsanfragen auch auf die Geschwindigkeit der Knotenpunkte ankommt – also wie lange die beispielhaften 1000 Computer benötigen, um jede einzelne Transaktion zu überprüfen. Dies ist ein geringeres Hindernis als das Speicherproblem, die generelle Übertragungsgeschwindigkeit des Internets ist jedoch ein limitierender Faktor.

Um mit heutigen technischen Mitteln eine Blockchain zu betreiben, muss man bisher bei einem der drei Punkte Kompromisse eingehen. Reduziert man die TPS, dann schränkt das die Skalierbarkeit ein und macht die Blockchain für eine wirklich große Nutzerbasis unbrauchbar, da man bei hoher Nachfrage sehr lange auf eine Transaktionsbestätigung warten müsste. Reduziert man die Knotenpunkte, schwächt das die Dezentralisierung und man kann genauso gut weiterhin die traditionelle Finanzwelt nutzen, bei der man einer zentralen Partei vertrauen muss. Ändert man den Konsens-Mechanismus dahingehend, dass die Validierungen der Transaktionen wesentlich schneller gehen, geschieht das jedoch auf Kosten der Sicherheit – es erfordert wesentlich weniger Rechenleistung, um die Blockchain zu den eigenen Gunsten umzuschreiben, bzw. zu korrumpieren (eine sogenannte 51 Prozent Attacke).

Bitcoin konnte dieses Problem bisher nicht lösen und die Uneinigkeit innerhalb der Community hat in der Vergangenheit zu mehreren Abspaltungen von Bitcoin geführt, die alternative Ansätze zur Lösung dieses Problems verfolgen. Die bekanntesten Projekte sind Bitcoin Cash und Bitcoin Satoshis Vision. Jedoch haben diese sich bisher auch nicht durchsetzen können. Das Lightning Network ist bisher der vielversprechendste Lösungsansatz für Bitcoin und ist ein sogenanntes Second Layer System.

Ethereum versucht das Skalierungsproblem mit der Umstellung des Konsensus-Mechanismus von Proof of Work zu Proof of Stake zu lösen. Der Umbau ist bereits seit dem Jahr 2021 im Gange. Konkurrenten von Ethereum versuchen dieses Problem mit alternativen Konsensus-Mechanismen anzugehen und haben teilweise vielversprechende Ansätze gezeigt.

Weitere Infos:

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