Das #MetaHash-Netzwerk

Blockchain 4.0: Probleme bisheriger Blockchain-Netzwerke und ihre Lösung

Gleb Karew

©Shutterstock / Sashkin

Zu langsam, zu hohe Transaktionskosten, zu viel Energieverbrauch – bisherige Blockchain-Netzwerke haben einige Probleme, die durch die Blockchain 4.0 behoben werden.

Die Blockchain ist eine computerbasierte Technologie, die für Aufsehen gesorgt hat. Die mehrfach gespeicherte, am Konzept eines buchhalterischen Hauptbuchs orientierte Datenbank ist eng verknüpft mit der Kryptowährung Bitcoin, wurde jedoch rasch in andere Bereiche übertragen. Mit dem Begriff Bitcoin ist üblicherweise Blockchain 1.0 gemeint. Im Jahr 2014 entstand eine neue Blockchain namens Ethereum, die zusammen mit anderen neuen Kryptowährungen als Blockchain 2.0 bezeichnet wird und Smart Contracts als zusätzliche Option einführt. Darunter werden automatisierte Verträge verstanden, die eine Benutzerschnittstelle haben und die Vertragslogik in Software abbilden.

Bitcoin hat einen enormen Energieverbrauch

Die frühen Blockchains haben jedoch eine Reihe von Problemen, die den Schritt zur Blockchain 3.0 nötig machten. Die größte Hürde ist der Konsensalgorithmus, der dafür sorgt, dass alle Instanzen der Blockchain-Datenbank nur verifizierte Transaktionen enthalten. Bei Bitcoin beispielsweise wird das Prinzip Proof of Work (PoW) genutzt. Jeder Teilnehmer muss bestimmte recht aufwändige Rechenoperationen ausführen, um einen neuen Block zu erzeugen und eine bestimmte Menge von Bitcoins ausgezahlt zu bekommen. Diese Vorgehensweise nennt man Mining.

So gut wie die gesamte Rechenleistung des Bitcoin-Netzwerks entfällt auf das Mining durch Proof of Work. Dies erfordert letztlich riesige Serverfarmen und Rechenzentren, die einen erheblichen Energieverbrauch haben. Genaue Zahlen sind schwer zu ermitteln, aber nach bestimmten Berechnungen verbraucht das gesamte Bitcoin-Netzwerk im Moment mit nur einer (!) Transaktion elektrischen Strom in einer Menge, mit der mehr als 30 US-Haushalte einen Tag lang versorgt werden könnten.

Die Trägheit des Netzwerks überwinden

Der Grund für diesen enormen Energieaufwand ist die Sicherheit des Netzwerkes: Es sollen sogenannte 51-Prozent-Angriffe unmöglich gemacht werden. Denn der Konsensalgorithmus bringt es mit sich, dass eine bestimmte Person bei Übernahme von 51 Prozent aller Knoten beliebige Blöcke hinzufügen kann. Wer mehr als die Hälfte aller Transaktionen bestätigt, bestimmt über das Netzwerk und kann gewissermaßen die in der Blockchain niedergelegte Geschichte umschreiben.

Diese und einige andere Probleme haben dazu geführt, dass sich Entwickler über eine Blockchain 3.0 Gedanken gemacht haben. Sie sollte die Trägheit des Netzwerks überwinden, denn das Bitcoin-Netzwerk kann nur recht wenige Transaktionen pro Sekunde verarbeiten: genau sieben Stück. Bei der Blockchain 2.0 hat sich das minimal verbessert, die Anzahl der Transaktionen liegt bei Ethereum beispielsweise bei 15 bis 20 pro Sekunde. Trotzdem sind diese Blockchains langsam und die Transaktionskosten hoch, was den Einsatz als echte Währung verhindert. Vor allem bei Kleinbeträgen sind die Transaktionskosten höher als der zu übertragende Wert.

Neue Konsensalgorithmen

Die dritte Generation der Blockchain setzt aus diesem Grund auf andere Konsensalgorithmen wie Proof of Stake (PoS). Ganz allgemein gesprochen werden dabei die Knoten, die den nächsten Block erzeugen können, durch eine gewichtete Zufallsauswahl bestimmt. Als Gewichte dienen Merkmale wie Anzahl und Alter der von diesem Knoten bisher erzeugten Blöcke. Etwas vereinfacht ausgedrückt: Je länger und erfolgreicher ein Knoten in einem Blockchain-3.0-Netzwerk gearbeitet hat, desto vertrauenswürdiger ist er und desto höher ist sein Anteil an der Speicherung neuer Blöcke.

Blockchain-Netzwerke wie EOS schaffen es durch hohe Bandbreiten und größere Blöcke, die Blockchain erheblich zu beschleunigen und jede Transaktion bereits nach etwa 5 Sekunden zu bestätigen. Das ist schnell, doch das EOS-Netzwerk hat einen Nachteil: Es ist zentralisiert. Die zwanzig schnellsten Server kontrollieren das Netzwerk, da sie für einen Großteil der Bestätigungen verantwortlich sind. Die für bisherige Blockchain-Netzwerke typische partielle Zentralisierung entsteht durch die hohe Bedeutung von Rechenleistung. Da IT-Kapazitäten teuer und Hochleistungsrechner mit modernen GPUs (Graphics Processing Units) im Vorteil sind, entsteht recht schnell so etwas wie ein natürliches Oligopol aus den leistungsfähigsten und bestfinanzierten Knoten im Netzwerk.

Transaktionsgeschwindigkeit steigern

Aus diesen Entwicklungen der letzten Jahre lassen sich einige Anforderungen für eine Blockchain 4.0 ableiten. Die wichtigste betrifft die Anzahl der Transaktionen pro Tag, sie muss deutlich gesteigert werden. Denn eine digitale Währung ist nur dann im Alltag tatsächlich nutzbar, wenn die Anzahl der Transaktionen hoch ist. Wie wichtig dieser Punkt ist, zeigt sich bei einem Vergleich mit Visa Europe: Es ist nur eines von mehreren Zahlungssystemen und nur für die europäischen Länder zuständig, trotzdem kommt es auf durchschnittlich 43 Millionen Transaktionen pro Tag. Eine weltweit agierende Digitalwährung sollte deutlich mehr schaffen.

Gleichzeitig muss die Blockchain 4.0 niedrige oder gar keine Transaktionskosten haben, um den Einsatz für Mikrozahlungen zu ermöglichen. Hinzu kommt, dass die Bestätigungen der Transaktion schneller erfolgen müssen. Die praktische Erfahrung zeigt, dass beispielsweise im Bitcoin-Netzwerk bis zu 30 Minuten vergehen können, bis eine Transaktion bestätigt ist. Die kürzesten Bestätigungszeiten liegen bei 30 Sekunden für die erste Bestätigung und 90 Sekunden für die endgültige. Das ist für einen wirklich sinnvollen Zahlungsverkehr nicht schnell genug.

Das #MetaHash-Netzwerk

Das #MetaHash-Modell der Blockchain 4.0 bringt diese und einige andere Verbesserungen. Durch den verbesserten PoS-Konsensalgorithmus Multivote Proof of Stake (multiPoS) und einen lernfähigen Algorithmus für das Routing bewirkt das TraceChain-Protokoll eine starke Beschleunigung. Eine Transaktion wird bereits nach weniger als drei Sekunden bestätigt. Trotzdem ist die Architektur dezentralisiert, auch kleinere Knoten nehmen gleichberechtigt an den Bestätigungen teil. Da nur eine geringe Rechenleistung notwendig ist, können auch kostengünstige Desktoprechner und Mobilgeräte eingesetzt werden. Letztlich ist es möglich, mit dem TraceChain-Protokoll bis zu 80 000 Transaktionen pro Sekunde auszuführen. Das Netz kann also bis zu 7 Milliarden Transaktionen pro Tag bewältigen.

Ein wichtiger Bestandteil dieser Transaktionen ist das digitale Asset #MetaHashCoin (MHC), das für alle Arten von Zahlungen innerhalb des Netzes gedacht ist. Ein MHC kann durch sogenanntes Forging erzeugt werden. In Abgrenzung zum Mining ist dafür allerdings keine enorme Rechenkapazität erforderlich, stattdessen werden für das Forging-Ergebnis die Gewichte aus dem multiPoS-Algorithmus zugrunde gelegt.

Dezentrale Apps mit Verschlüsselung

Doch die Gestaltung eines schnellen und auch für Micropayments geeigneten digitalen Währungssystems ist nicht alles, was mit Blockchain 4.0 möglich ist. Im Zuge der Entwicklung von 2.0 zu 3.0 ist bei vielen Entwicklern eine neue Idee entstanden: der Einsatz des dezentralen Blockchain-Netzwerks als Plattform für Anwendungen, die sogenannten DApps (Dezentralisierte Apps). Darunter werden Apps verstanden, die Open Source sind, auf der Blockchain-Technologie basieren und verschlüsselte Tokens erzeugen und speichern. #MetaHash bietet dafür als Entwicklerplattform die #MetaApps und als Benutzeroberfläche den App-Browser #MetaGate.

Damit sind sehr viele Anwendungen möglich, die mit der Blockchain-Technologie wichtige Daten verschlüsseln und ihre Unveränderlichkeit garantieren. Auf sie wird ausschließlich über den MetaGate-Browser zugegriffen. So ist es beispielsweise denkbar, dass eine dezentrale Office-Anwendung Dokumente verschlüsselt speichert und die Informationen für den Zugriff darauf in einer Blockchain sichert – ebenfalls verschlüsselt. Der Speicherort der eigentlichen Dokumentdaten ist dabei zweitrangig, da die Dokumente für niemand anderen als den Autor zugänglich sind.

Privatsphäre als Zukunftsmodell

Möglich sind mit dieser Technologie Anwendungen aller Art, beispielsweise dezentrale soziale Netzwerke, verschlüsselte Chat-Anwendungen oder Organizer mit Terminen, Aufgaben und persönlichen Notizen. Die Blockchain-Technologie bewirkt, dass der Erzeuger und Besitzer der Daten auch der einzige ist, der darauf zugreifen kann. Dadurch kann eine Art neues Internet in der Hand der Nutzer entstehen, das tatsächlich die Privatsphäre garantiert.

Der ununterbrochene und dezentralisierte Betrieb des Blockchain-4.0-Netzwerks übersteigt sogar die Geschwindigkeit von herkömmlichen Datenzentren, da die Daten über viele Knoten verteilt werden – sie sind damit dezentral und mehrfach gespeichert. Ein solches Netzwerk ist praktisch unangreifbar. Es hat keinen physischen Standort und kann nicht durch Naturkatastrophen gestört oder von Hackern angegriffen werden. Letztlich entsteht auf diese Weise eine Art für alle verfügbare Cloud, die sämtliche Beschränkungen der bisherigen Technologien überwindet.

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Geschrieben von
Gleb Karew
Gleb Karew
Gleb Karew hat in Karlsruhe Kulturmediatechnologie studiert, lebt in Berlin und ist als studentischer Redakteur fürs Webmagazin tätig.
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