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Wie skaliert eine Kryptowährung?

(TL;DR: durch Seitenkanäle und Beschränkung)

Blockchain – verkettete Blöcke gleicher Größe

Bitcoin erzeugt durchschnittlich alle zehn Minuten einen neuen Block, dieser ist etwa zwei Megabytes groß und jede Transaktion benötigt etwas Speicherplatz für Absender, Empfänger, Betrag, Unterschrift und Verwaltungsdaten. Rechnet man das zusammen, kommt man auf sechs bis sieben Transaktionen pro Sekunde – darüber läuft der Stapel der unbestätigten Bezahlungen voll. Im Grunde ist es egal, ob diese Buchungen in verketteten Blöcken gespeichert werden oder auf eine andere Art, in einem Netz, einem Graphen – es ist ein verteiltes Kassenbuch („distributetd Ledger“), jeder interessierte Teilnehmer soll alle Transaktionen bei sich speichern können, dadurch werden sie weltweit verteilt gespeichert. Und ich muss prüfen können, ob Überweisungen gerechtfertigt waren – ob sie mit dem privaten Schlüssel des Absenders signiert sind und in einem gültigen Block eingetragen sind.
Sieben Transaktionen pro Sekunde. „Zu wenig!“ schreien die Kritiker und forken neue Währungen wie Litecoin oder Bitcoin Cash (BCash), in denen sie die Blöcke vergrößern oder mehr Blöcke erscheinen lassen. Dadurch steigt der Plattenplatzbedarf beim Selber-Speichern. „Zu wenig!“ rufen die Kritiker, Visa verarbeitet viiiiel mehr!

Abseits der Blockchain

Andere kommen auf die Idee, ein verknäultes Netz zu bauen. IOTA zum Beispiel. Eine Transaktion bestätigt zwei frühere und wartet ihrerseits auf Bestätigung. Je mehr Knoten zwischen einer alten Transaktion und einer aktuelle Transaktion sind, desto bestätigter gilt eine alte Überweisung. Ich muss nur die Transaktionen vor mir kennen und Zugriff auf die über mir haben.
Bei Bitcoin kann ich sämtliche Überweisungen seit dem allerersten Block nachvollziehen – mit einem full Node habe ich alles auf meinem Rechner, auf meiner Festplatte, alle Überweisungen seit neun Jahren, aktuell keine 200 Gigabyte insgesamt.
Light Nodes gehen durch die gesamte Blockchain und konzentrieren sich auf die eigenen Konten oder den Stand zu einem bestimmten Zeitpunkt (Pruning), und rechnen von da aus weiter.
Jemand rechnete mal aus, dass für das jetzige Transaktionsvolumen von Visa jeder neue Bitcoin-Block etwa 2 Gigabyte groß sein müsste – macht eine neue Festplatte alle sieben Tage. Das ist unpraktikabel.

Die Kunst der Beschränkung – und die Gefahr

Wie kann also eine Kryptowährung mit ihrem verteilten Kassenbuch weit hochskalieren?
Das geht nur durch Beschränkung. Wenn ich einen beschränkten Knoten betreibe, darf dieser nur den Teil der Kontobewegungen speichern, den er verkraften kann. Er darf sich aus dem Peer-to-Peer-Netzwerk also nur bestimmte Daten fischen, um diese zu bestätigen und zu speichern. Er darf sich nicht an der allgemeinen Konsensus-Findung beteiligen, nur für die Konten oder Belege, für die er sich zuständig fühlt. Hier braucht es ordentlich Gehirnschmalz, um dieses Verfahren sicher zu machen.
Soll dieser Knoten Buchungen bestätigen, bei denen er nicht alle Teilnehmer kennt, muss er sich die Daten in Windeseile aus dem Netzwerk holen können – ohne den Lieferanten zu vertrauen. Hier braucht es ein zuverlässiges, schnelles Routing-Protokoll.
IOTA ist für das Internet der Dinge (IoT) gedacht – kleine, Geräte unterhalb eines Raspberry Pi. Mein Stromzähler darf nicht den kompletten Tangle (Kassenbuch) speichern müssen, und für Überweisungen und Bestätigungen braucht er zumindest ein Teil-Tangle. Und muss hoffen, dass seine Peers ebenso vertrauenswürdig sind wie er selber. Und dass er an Infos aus dem Kassenbuch kommt, die er selber nicht gespeichert hat. Möge das Netz an mehreren alten und neuen Knoten zusammenhalten, nicht dass Fetzen an zwei, drei Knotenpunkten herumbaumeln.
Um in einigen Jahren mit den zentralen Überweisungssystemen bei Banken und Kreditkartenfirmen mithalten zu können, ist eine lokale Beschränkung nötig, der Bruch mit dem global verteilten Kassenbuch aller Transaktionen.
Lightning geht dabei schon einen Schritt in diese Richtung. In zwei Transaktionen wird Geld von der Blockchain genommen und wieder dort eingebucht, dazwischen in einem von unzähligen Kanälen fröhlich lokal durch die Gegend bewegt. Wir der Lightning-Kanal geschlossen, hinterlässt er nur zwei Buchungen in der Blockchain. Der Rest ist bei den Kanal-Betreibern verbucht und steht nicht allen zur Verfügung.

Och! Ein Seiteneffekt im Seitenkanal

Das macht Bitcoin nebenbei anonymer. Wenn ich Euro aus dem Bankautomaten hole und an verschiedene Marktverkäufer verteile, geben sie es weiter an ihre anderen Kunden, wir alle bekommen Wechselgeld, am Tagesende zahlt der Markthändler das Geld auf seinem Giral-Konto ein. Meine Erdbeeren und der Spargel sind nicht nachvollziehbar im Bankcomputer. Wie bei Lightning.

Fazit

Fazit: um Kryptowährungen so zu skalieren, dass sie mit den etablierten Verfahren mithalten können, brauchen wir Seitenkanäle. Die Anfänge sind da, lasst uns das weiterführen und sicher machen.
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