Blockchains können eine sichere, erlaubnislose, dezentrale Speicherung von Informationen und die Erleichterung von Transaktionen ermöglichen. Allerdings stoßen diese verteilten Datenbanken in der Regel in mindestens einem von drei wichtigen Bereichen an Einschränkungen: Sicherheit, Skalierbarkeit oder Dezentralisierung.

Die Herausforderungen, die sich aus dem Versuch ergeben, diese Aspekte der Blockchain-Technologie in Einklang zu bringen, sind als „Blockchain-Trilemma“ bekannt.

Hier wird das Blockchain-Trilemma erklärt.

Was ist das Blockchain-Trilemma?

Das Blockchain-Trilemma, ein Begriff, dessen Prägung dem Ethereum-Mitbegründer Vitalik Buterin zugeschrieben wird, beschreibt die Schwierigkeiten, mit denen Entwickler konfrontiert sind, wenn sie eine Blockchain-Architektur erstellen, die sicher und skalierbar ist und gleichzeitig dezentral bleibt.

Schauen Sie sich zum Beispiel die Bitcoin-Blockchain an. Das Netzwerk von Bitcoin ist das sicherste der Welt Hash-Rate über 460 Exahash pro Sekunde. Kein bekannter Computer auf der Welt könnte die Proof-of-Work-Verschlüsselung von Bitcoin knacken. Und mit Tausenden unabhängigen Knotenbetreibern auf der ganzen Welt bleibt das Netzwerk dezentral und daher schwerer angreifbar.

Doch wenn es um Transaktionen geht, ist die Basisschicht von Bitcoin kaum skalierbar. Das Netzwerk kann nur etwa 7 Transaktionen pro Sekunde (TPS) verarbeiten.

Jede Methode zur Erhöhung der TPS-Rate würde zu einer Verringerung der Sicherheit oder der Dezentralisierung oder beider führen.

Bis zu einem gewissen Grad sind alle Blockchains mit einem ähnlichen Szenario konfrontiert: Sie übertreffen in einigen Bereichen, während sie in anderen hinterherhinken.

Die drei Säulen der Blockchain verstehen

Um das Blockchain-Trilemma zu verstehen, müssen wir uns zunächst mit den Grundpfeilern der Blockchain-Technologie vertraut machen, zu denen 1) Sicherheit, 2) Skalierbarkeit und 3) Dezentralisierung gehören.

Sicherheit

Sicherheit ist bei Blockchain von größter Bedeutung. Wenn ein Angreifer das Ledger manipulieren kann, verliert es seine Integrität und wird als nicht vertrauenswürdig und wertlos betrachtet.

Die Dezentralisierung macht Blockchains sicherer, indem sie sie schwerer angreifbar macht. Um ein Netzwerk auszuschalten, müsste man alle seine Knoten ausschalten oder zumindest einen Großteil davon kontrollieren. Doch gleichzeitig kann das Erreichen der Sicherheit eine Herausforderung für ein System sein, das keinen zentralen Kontrollpunkt hat, da der Schutz nicht in die Hände einer einzelnen Person oder Organisation gelegt werden kann.

Eine der häufigsten Methoden, ein Blockchain-Netzwerk anzugreifen, ist ein sogenannter 51-Prozent-Angriff. Wenn jemand die Kontrolle über die Mehrheit der Knoten eines Netzwerks übernehmen kann, kann er das Hauptbuch ändern. Dies könnte die doppelte Ausgabe von Transaktionen, das Löschen früherer Transaktionen oder andere Manipulationen von Daten ermöglichen, um den Bedürfnissen des Angreifers gerecht zu werden. Ethereum Classic (ETC), die ursprüngliche Ethereum-Kette, hat gelitten mehrere 51 %-Angriffe, beispielsweise.

So wichtig Sicherheit auch ist, sie bleibt mit den beiden anderen Aspekten des Trilemmas der Blockchain verknüpft: Skalierbarkeit und Dezentralisierung. Eine Verbesserung der Sicherheit führt oft zu einer Reduzierung dieser anderen Komponenten einer Blockchain.

Skalierbarkeit

Unter Skalierbarkeit versteht man die Fähigkeit einer Blockchain, ein großes Transaktionsvolumen in großem Maßstab abzuwickeln, ohne dass Geschwindigkeit, Effizienz oder Gebühren beeinträchtigt werden. Angesichts der Tatsache, dass die meisten Blockchains den Ehrgeiz haben, auf globaler Ebene eingeführt zu werden, muss ihre Technologie in der Lage sein, mit einer sehr großen Anzahl von Benutzern zurechtzukommen, die viele Transaktionen senden. Es kann jedoch schwierig sein, Skalierbarkeit zu erreichen und gleichzeitig die beiden anderen Säulen Dezentralisierung und Sicherheit aufrechtzuerhalten.

Berücksichtigen Sie die Hardware, die für Blockchain-Knotenbetreiber erforderlich ist. High-End-Hardware steigert die Leistung des Netzwerks und verbessert die Skalierbarkeit. Durch die Festlegung solch strenger Hardwarestandards schränken wir jedoch ein, wer dem Netzwerk beitreten kann. Weniger Teilnehmer können ein stärker zentralisiertes System bedeuten. Wenn wir nach Skalierbarkeit streben, könnten wir im Wesentlichen Kompromisse bei der Dezentralisierung eingehen.

So wie eine Erhöhung der Sicherheit einer Blockchain ihre Skalierbarkeit verringern kann, kann eine zunehmende Skalierbarkeit die Sicherheit und Dezentralisierung verringern.

Dezentralisierung

Durch die Dezentralisierung unterscheidet sich eine Blockchain von anderen Methoden zur Datenspeicherung oder Erleichterung von Transaktionen. Anstatt dass alle Daten auf einem einzigen Server gespeichert und von ihren Eigentümern kontrolliert werden, stellen Blockchains eine Form von dar verteilte Ledger-Technologie (DLT). Verteilte Ledger speichern Daten auf mehreren Servern an verschiedenen geografischen Standorten. Was Blockchains von anderen Formen der DLT unterscheidet, ist, dass die Server oder Knoten oft von unabhängigen Personen betrieben werden und Daten kontinuierlich in Blöcken gespeichert werden, die eine zeitgestempelte Kette bilden.

Dezentralisierung kann ein Netzwerk sicherer machen, indem jeder einzelne Angriffsvektor oder Fehlerpunkt eliminiert wird. Allerdings bringt dies neue Herausforderungen mit sich, beispielsweise die Erzielung eines Konsenses über die Datenaufzeichnung, die mit zunehmender Teilnehmerzahl schwieriger werden kann, was zu Skalierbarkeitsproblemen führt. Und wenn es für böswillige Akteure einfach ist, sich dem Netzwerk anzuschließen und seinen Betrieb zu beeinträchtigen, kann die Dezentralisierung eher zu einer Schwäche als zu einer Stärke werden.

Skalierbarkeit

Unter Skalierbarkeit versteht man die Fähigkeit einer Blockchain, ein großes Transaktionsvolumen in großem Maßstab abzuwickeln, ohne dass Geschwindigkeit, Effizienz oder Gebühren beeinträchtigt werden. Angesichts der Tatsache, dass die meisten Blockchains den Ehrgeiz haben, auf globaler Ebene eingeführt zu werden, muss ihre Technologie in der Lage sein, mit einer sehr großen Anzahl von Benutzern zurechtzukommen, die viele Transaktionen senden. Es kann jedoch schwierig sein, Skalierbarkeit zu erreichen und gleichzeitig die beiden anderen Säulen Dezentralisierung und Sicherheit aufrechtzuerhalten.

Berücksichtigen Sie die Hardware, die für Blockchain-Knotenbetreiber erforderlich ist. High-End-Hardware steigert die Leistung des Netzwerks und verbessert die Skalierbarkeit. Durch die Festlegung solch strenger Hardwarestandards schränken wir jedoch ein, wer dem Netzwerk beitreten kann. Weniger Teilnehmer können ein stärker zentralisiertes System bedeuten. Wenn wir nach Skalierbarkeit streben, könnten wir im Wesentlichen Kompromisse bei der Dezentralisierung eingehen.

So wie eine Erhöhung der Sicherheit einer Blockchain ihre Skalierbarkeit verringern kann, kann eine zunehmende Skalierbarkeit die Sicherheit und Dezentralisierung verringern.

Dezentralisierung

Durch die Dezentralisierung unterscheidet sich eine Blockchain von anderen Methoden zur Datenspeicherung oder Erleichterung von Transaktionen. Anstatt dass alle Daten auf einem einzigen Server gespeichert und von ihren Eigentümern kontrolliert werden, stellen Blockchains eine Form von dar verteilte Ledger-Technologie (DLT). Verteilte Ledger speichern Daten auf mehreren Servern an verschiedenen geografischen Standorten. Was Blockchains von anderen Formen der DLT unterscheidet, ist, dass die Server oder Knoten oft von unabhängigen Personen betrieben werden und Daten kontinuierlich in Blöcken gespeichert werden, die eine zeitgestempelte Kette bilden.

Dezentralisierung kann ein Netzwerk sicherer machen, indem jeder einzelne Angriffsvektor oder Fehlerpunkt eliminiert wird. Allerdings bringt dies neue Herausforderungen mit sich, beispielsweise die Erzielung eines Konsenses über die Datenaufzeichnung, die mit zunehmender Teilnehmerzahl schwieriger werden kann, was zu Skalierbarkeitsproblemen führt. Und wenn es für böswillige Akteure einfach ist, sich dem Netzwerk anzuschließen und seinen Betrieb zu beeinträchtigen, kann die Dezentralisierung eher zu einer Schwäche als zu einer Stärke werden.

Aktuelle Lösungen und Innovationen

Es wurden viele Lösungsvorschläge für den Umgang mit dem Krypto-Trilemma vorgeschlagen, das sich aus der Balance zwischen Sicherheit, Skalierbarkeit und Dezentralisierung ergibt. Die meisten davon versuchen, das Problem zu beheben, indem sie Änderungen entweder auf der Ebene 1 (auch bekannt als Basisschicht) implementieren oder indem sie Tools auf der Basisschicht verwenden. bekannt als Schicht-2.

Layer-1-Lösungen

Verbesserungen des Konsensprotokolls: Der umfassendste Ansatz zur Lösung des Blockchain-Trilemmas besteht darin, einfach das zu ändern Konsensmechanismus auf die sich ein Netzwerk verlässt. Dies kann beispielsweise durch den Übergang von einem Proof-of-Work (PoW)-Konsensmodell zu einem Proof-of-Stake (PoS)-Modell erreicht werden. Anstatt sich auf Miner-Knoten zu verlassen, um energieintensive Berechnungen zur Sicherung eines Netzwerks durchzuführen, erfordern PoS-Netzwerke, dass Validator-Knoten Token für einen bestimmten Zeitraum sperren oder „einstecken“. Ethereum durchlief diesen Prozess Ende 2022, bekannt als Die Fusion.

Schärfen, auch als horizontale Partitionierung bekannt, ist eine Methode der Datenbankverwaltung, bei der Daten in Teile oder Shards aufgeteilt und an verschiedenen Orten gespeichert werden. Durch die Aufteilung von Teilen der Daten einer Blockchain auf verschiedene Knoten kann mehr Platz für die parallele Verarbeitung von Transaktionen frei werden. Normalerweise muss jeder vollständige Knoten in einer Blockchain den Datensatz der gesamten Kette speichern, vom ersten bis zum neuesten Transaktionsblock. Beim Sharding muss dies jedoch nicht der Fall sein.

Durch die Aufteilung der Daten der Blockchain in kleinere Teile kann jeder Knoten mehr Transaktionen verarbeiten, was eine größere Skalierbarkeit bedeutet.

Layer-2-Lösungen

Viele der beliebtesten Vorschläge zur Lösung des Blockchain-Trilemmas finden nicht auf der Basisschicht von Blockchains statt, sondern auf Schicht-2-Lösungen. Die Arbeit an der zweiten Ebene kann eine Möglichkeit bieten, die Skalierbarkeit zu erhöhen und gleichzeitig die Dezentralisierung und Sicherheit der Hauptkette zu wahren, die unverändert bleibt.

• Verschachtelte Blockchains Verwenden Sie eine Struktur, die eine Hauptkette mit mehreren Sekundärketten umfasst. Dadurch können Ketten im Tandembetrieb betrieben werden. Die Hauptkette konzentriert sich auf die Zuweisung von Aufgaben und die Steuerung von Parametern, während die Nebenketten Transaktionen verarbeiten können. OMG Plasma ist ein Beispiel für eine Schicht-2, die eine verschachtelte Blockchain auf der Schicht-1 von Ethereum verwendet, um eine größere Skalierbarkeit zu erreichen.
• Staatskanäle Bieten Sie den Teilnehmern die Möglichkeit, Transaktionen direkt außerhalb der Kette durchzuführen, wobei die Basisschicht als endgültiger Schiedsrichter für Transaktionen fungiert. Benutzer öffnen einen Off-Chain-Kanal durch die Verwendung einer Multi-Signatur-Transaktion auf der Blockchain. Anschließend können Kanäle geschlossen werden, wobei die Abwicklung direkt in der Kette erfolgt. Bitcoins Lightning Network ist ein Beispiel für einen Zustandskanal Layer-2.
• Seitenketten arbeiten als unabhängige Blockchains, die parallel zur Basisschicht laufen. Sie verwenden ihre eigenen Konsensmethoden, die, wie bereits erwähnt, eine größere Skalierbarkeit ermöglichen können. Ein Nachteil besteht darin, dass eine Sidechain nicht von der Sicherheit ihrer Basisschicht profitiert, was zu potenziellen Schwachstellen führt. Vieleck, Polkadot, Cosmos und Avalanche sind einige Beispiele für beliebte Projekte, die Sidechains nutzen.

Implikationen für die Zukunft

Während sich die Kryptolandschaft weiterentwickelt, wird die Einführung von Blockchain-basierten Zahlungen und Technologien weiterhin den Mainstream durchbrechen.

Ethereum Layer-2 sieht es bereits sechsmal so viele Transaktionen als Ethereum-Basisschicht. Darüber hinaus haben wir monatlich gesehen, dass BitPay Unterstützung für Lightning Network-Transaktionen hinzugefügt hat Blitztransaktionen verdreifachen sich nahezu in weniger als 10 Monaten und zeigt das Potenzial von Off-Chain-Lösungen.

Die Krypto-Gemeinschaft bleibt unerschütterlich dabei, das Trilemma anzugehen und strebt eine harmonische Mischung aus Dezentralisierung, Skalierbarkeit und Sicherheit an. Insbesondere im Bereich Kryptowährungszahlungen sieht die Zukunft vielversprechend aus. Mit gemeinsamer Anstrengung und Einfallsreichtum stehen wir kurz davor, das Finanzparadigma neu zu gestalten. Bleiben Sie dran, denn das Beste kommt noch.

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• Quelle: https://bitpay.com/blog/the-crypto-trilemma/