Blockchain Report

Über das genaue Wesen einer Blockchain scheinen sich noch immer nicht alle einige zu sein.

13/10/2021, by Pascal Hügli

So hat im Allgemeinen heute zwar beinahe jedermann vom revolutionären Potenzial dieser neuen Technologie gehört; dass die Realisierung desselben allerdingsspezifische Voraussetzungen hat, geht im Konkreten jedoch nach wie vor vergessen.

Ein augenscheinliches Beispiel dazu liefern die Diskussionen rund um die Klimaverträglichkeit der Blockchain-Technologie. Proof-of-Work-Blockchains wie jene von Bitcoin, die auf dem Prinzip des Mining basieren, werden für ihren hohen Energiebedarf getadelt. Mögliche Lösungsansätze werden denn auch schon eifrig diskutiert. Wie der Autor dieses Textes in Gesprächen mit Journalisten, Bankern und Akademiker erfahren hat, hält sich folgende Idee hartnäckig: Würden zum Beispiel nur noch einzelne Rechner die Aufgabe übernehmen, Transaktionen zu verifizieren, liesse sich der Energieverbrauch stark senken.

Mit dieser Anregung liegen diese selbst erklärten Experten natürlich nicht falsch. Der Energieverbrauch liesse sich in der Tat um Grössenordnungen verringern. Das Problem dabei ist nur: Der vorgeschlagene Lösungsansatz würde den Sinn und Zweck einer Blockchain vollständig untergraben. Dieser liegt gerade in der Redundanz und Dezentralität, die Mittel zum Zweck darstellen: Eine Verteilung der Datenbank auf viele Standorte macht diese möglichst zensurresistent, widerstandsfähig und nicht manipulierbar. Somit bietet dieser Ansatz revolutionäres Potenzial.

Warum eigentlich Blockchain?

Damit sich dieses revolutionäre Potenzial realisieren lässt, muss eine Blockchain allerdings zwingend mehrere Komponenten umfassen. Je weniger von diesen Elementen vorhanden ist, desto weniger kann von einer Blockchain im eigentlichen Sinn die Rede sein. Es gilt also: Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile.

«Der vorgeschlagene Lösungsansatz würde den Sinn und Zweck einer Blockchain vollständig untergraben.»

Auf einige dieser Komponenten wollen wir im Folgenden kurz eingehen. Fundamental ist die Verkettung (oder Verhashung) von Datensätzen, also Transaktionen. Letztere
werden als Blöcke aneinandergefügt. Der jeweils letzte Block referenziert stets auf den vorhergehenden. Auf diese Weise entsteht eine Transaktionshistorie, die einen eindeutigen Transaktionspfad aufweist. Manche sprechen in diesem Zusammenhang auch von einer «Timechain», da es sich um eine chronologische Verkettung der Blöcke und deren Transaktionen handelt. Die Blöcke sind also gewissermassen über einzigartige digitale Fingerabdrücke miteinander verbunden und so in ihrer Reihenfolge eindeutig identifizierbar.

Die Blockchain selbst ist also eine fortlaufende, lückenlose Transaktionshistorie. Mit jedem weiteren angehängten Block gelten neue Transaktionen als abgewickelt. Wer aber hält die Blockchain am Laufen, wo es doch keine zentrale Einheit gibt? Diese wichtige Aufgabe übernehmen die Miner (oder Validatoren).

Zur Aufgabe der Miner

Die sogenannten Miner sind es, welche neue Blöcke mit Transaktionen an die bestehende Blockchain anfügen. Ohne sie könnten keine Transaktionen abgewickelt werden. Diese Funktion kann grundsätzlich jeder Netzwerkteilnehmer übernehmen. Im Fall von Bitcoin braucht es aufgrund der Professionalisierung des Netzwerkes spezielle Hardware, da nur diese zur erforderlichen Rechenleistung befähigt ist.

Die Miner sind es also, welche die Transaktionen, welche ins Netzwerk gelangen, zu Blöcken bündeln und diese an die Blockchain anheften. Bei alternativen Blockchains fällt diese Aufgabe sogenannten Validatoren zu. Aber egal ob bei Bitcoin oder anderen Blockchains, Miner oder Validatoren gibt es stets mehrere, die im besten Fall geografisch über mehrere Kontinente verteilt sind.

«Bei alternativen Blockchains fällt diese Aufgabe sogenannten Validatoren zu.»

Von der Wichtigkeit des Arbeitsnachweises

Bei der Vielzahl an Minern drängt sich unweigerlich eine weitere Frage auf: Kann jeder dieser Miner beliebig Blöcke an die Blockchain hinzufügen? Grundsätzlich ja. Jeder Miner kann einen neuen Block erstellen, doch wird nicht jeder Block automatisch von anderen Netzwerkteilnehmern akzeptiert und an die Blockchain angehängt.

Als Miner muss für jeden Block eine durch den Blockchain-Algorithmus vorgegebene Zahl ergänzt werden. Diese Zahl – auch Nonce genannt – muss unter Aufwand von Rechenleistung gefunden werden. Es geht also darum, einen Arbeitsnachweis zu erbringen. In der Fachsprache nennt sich das «Proof-of-Work». Bei anderen Blockchains, die keine Miner haben, sondern über Validatoren verfügen, nennt sich dieser Mechanismus «Proof-of-Stake» (wie sich diese beiden Mechanismen unterscheiden, soll in einem späteren Artikel thematisiert werden).

Eine «Incentivierung» ist nötig

Damit die Miner oder Validatoren diese Aufgabe leisten, ist letztlich eine «Incentivierung» nötig. In den meisten Fällen besteht letztere aus zwei Komponenten. Zum einen werden sogenannte Block-Belohnungen an die Miner oder Validatoren ausbezahlt. Im Falle von Bitcoin nehmen diese Block-Belohnungen alle vier Jahr um die Hälfte ab, bis diese Anschubfinanzierung – vergleichbar mit einer Netzwerk-eigenen Subventionierung der Blockchain – wegfällt.

Die zweite «Incentivierungskomponente» stellt die Transaktionsgebühren dar. Transaktionen sind heute mit einer Gebühr versehen. Je höher diese ist, desto grösser sind auch die Chancen, dass es diese Transaktion zeitnah in die Blockchain schafft und somit als bestätigt gilt. Aus Sicht eines Miners bedeutet das: Jeder an die Blockchain angefügte Block enthält somit auch die Gesamtgebühr aller in diesem Block prozessierten Transaktionen und stellen somit eine weitere Einnahmequelle für die Miner dar.

Das Vorhandensein eines Blockchain-eigenen Coins erweist sich somit als Notwendigkeit – nur so können Miner für das Erbringen ihrer so wichtigen Aufgaben im Netzwerk selbst entlohnt werden. Klar könnten sie auch in Schweizer Franken oder US-Dollar bezahlt werden, doch würde das eine Abhängigkeit zu einer Sache von ausserhalb des Blockchain-Netzwerks schaffen.

«Die Miner haben beachtliche Macht in diesem Blockchain-System.»

Die Macht der Miner ist beschränkt

Aufgrund der so wichtigen Aufgabe, welche die Miner innehaben, könnte man schliessen: Die Miner haben beachtliche Macht in diesem Blockchain-System. Das ist aber nur bedingt der Fall. Zwar gibt es verschiedene Attacken wie beispielsweise «Double-Spend-Attacken», also der Versuch, eine einzelne Werteinheit innerhalb des Blockchain-Netzwerkes doppelt auszugeben. Auch können Miner versuchen, Transaktionen zu zensurieren.

«Die zweite Incentivie- rungskomponente stellt die Transaktionsgebühren dar.»

Was sie daran hindert, das zu tun, sind vor allem Anreize. So hat sich in den vergangenen Jahren am Beispiel Bitcoin gezeigt, dass Miner kaum ein Interesse haben, das eigene Netzwerk zu hintergehen. Kurzfristige Gewinne sind die langfristigen Schäden einer Attacke nicht wert. Und das langfristige Funktionieren einer Blockchain ist für Miner von grossem Interessen, da diese – vor allem im Fall von Bitcoin – über teure Mining-Hardware im Netzwerk investiert sind.

Noch fast entscheidender ist: Die Miner müssen sich ebenfalls an die Konsensregeln halten, die durch Netzwerkteilnehmer – sogenannte «Full Nodes» – durchgesetzt werden. Im Fall von Bitcoin übersteigt die Anzahl der «Full Nodes» jene der Miner – und das ist auch gut so. Je mehr «Full Nodes» es gibt, diewiederum auf dem gesamten Planten geografisch verteilt sind, desto dezentralisierter ist das Netzwerk. Erst das Vorhandensein einer möglichst grossen Gruppe an verteilten, anonymen «Full Nodes» zur Validierung eines globalen Konsenses macht eine Blockchain einmalig und lässt sie als neuartige institutionelle Technologie zu unseren gegenwärtigen Institutionen funktionieren. Diesen Punkt sollten sich vor allem all jene hinter die Ohren schreiben, die noch immer private Blockchains als den eigentlichen Durchbruch werten.

12/10/2021
12/10/2021