Bitcoin und die fundamentalen Probleme der Blockchain Technologie
Software-Entwickler stehen häufig vor dem Problem der sogenannten Trade-Offs, die eine Situation beschreiben, in der ein bestimmter Vorteil mit Kosten verbunden ist. Im Blockchain-Bereich müssen Entwickler mit einem grundlegenden Trade-Off zwischen Effizienz und Resilienz umgehen: Entweder ist die Blockchain effizient und schnell, was auf Kosten ihrer Resilienz geht, oder eine Blockchain zeichnet sich durch hohe Resilienz aus, was sie ineffizient und langsam macht.
Beginnen wir mit einem einfachen Beispiel. Theoretisch könnte ein einzelner Server täglich Milliarden von Finanztransaktionen problemlos verarbeiten. Ein solches System wäre hochgradig effizient, aber diese Effizienz hat ihren Preis, nämlich die Resilienz. Ein einzelner Computer könnte vom Staat beschlagnahmt werden, er könnte von einem Hacker angegriffen und übernommen werden oder aufgrund eines Hardwareausfalls kompromittiert werden.
Die ursprüngliche Idee hinter Bitcoin war es, ein resilientes Netzwerk auf Basis einer dezentralen Struktur zu schaffen. Angesichts der Geschichte der digitalen Währungen vor Bitcoin wurde das Bitcoin-Netzwerk auf Resilienz optimiert, um eine Konfiszierung durch den Staat zu vermeiden. Die hohe Resilienz des Netzwerks aufgrund seiner dezentralen Struktur hat jedoch ihren Preis: Das Netzwerk ist ineffizient und die Transaktionskosten sind zu teuer für den täglichen Gebrauch und schnelle Transaktionen, wie etwa für den Kauf eines Starbucks-Kaffees, zumindest im Vergleich zu einer zentralisierten Datenbank.
Bitcoin ist ein System, bei dem die Datenbank und die Verarbeitung von Transaktionen auf viele Computer – sogenannte Nodes – verteilt sind, die kollektiv einen Konsens ohne zentrale Instanz erreichen. Heute besteht das Bitcoin-Netzwerk aus etwa 50.000 bis 70.000 Nodes, die geografisch weltweit verteilt sind und das Netzwerk sichern. Diese Nodes müssen jedoch miteinander kommunizieren, die gesamte Blockchain scannen, Transaktionen validieren und die Regeln des Netzwerks durchsetzen – ein dezentraler Prozess, der weniger effizient ist als eine zentralisierte Datenbank.
Der Block Size War
Der Trade-Off zwischen Resilienz und Effizienz war eines der zentralen Themen im sogenannten Block Size War zwischen 2015 und 2017. Der Blocksize-Krieg war eine hitzige Debatte unter Bitcoin-Entwicklern, Minern, Node-Betreibern und Nutzern und hatte seine Wurzeln in der wachsenden Zahl von Transaktionen und den steigenden Transaktionskosten für die Abwicklung von Bitcoin-Transaktionen auf dem Base Layer um 2015, als Bitcoin ein populäres Thema in den Mainstream-Medien wurde.
Die höheren Transaktionskosten wurden durch zwei Engpässe verursacht. Der erste Engpass ergibt sich daraus, dass das Bitcoin-Protokoll eine maximale Blockgröße von 1 MB zulässt, was bedeutet, dass ein Block nur eine begrenzte Anzahl von Transaktionen speichern kann. Der zweite Engpass ist das Ergebnis des sogenannten Difficulty Adjustment – einer Funktion der Blockchain, die festlegt, dass nur alle zehn Minuten ein neuer Block gemined und der Blockchain hinzugefügt werden kann, unabhängig von der Rechenleistung, die in den Mining-Prozess fließt.
Mit der steigenden Nachfrage nach mehr Block Space bei konstanter Blockgröße, stiegen die Transaktionskosten, was zu der zweijährigen Debatte zwischen zwei Lagern führte: den Big Blockers und den Small Blockers. Die Big Blockers argumentierten, dass die Blockgröße erhöht und flexibler gestaltet werden sollte, um mehr Platz für Transaktionen pro Block zu schaffen und das Netzwerk auf dem Base Layer zu skalieren. Die Small Blockers hingegen argumentierten, dass eine größere Blockgröße und eine höhere Effizienz des Netzwerks einen Trade-Off auf Kosten der dezentralen Struktur des Netzwerks bedeuten würden.
Eine größere Blockgröße hätte die Größe der Blockchain erheblich vergrößert und zu erheblichen Hardware-Einschränkungen geführt. Mit wachsenden Hardware-Anforderungen wären immer weniger Bitcoin-Nutzer, wie Händler oder Privatpersonen, in der Lage gewesen, eine Node auf ihren üblichen Laptops zu betreiben. Dies hätte das Netzwerk zentralisiert und die Anzahl der Nodes verringert, was das Netzwerk immer unsicherer gemacht hätte.
Die Big Blockers verloren schließlich den Krieg und ein Teil der Big Blockers spalteten sich von der Bitcoin-Szene ab, nachdem immer mehr Bitcoin-Nutzer die Bedeutung des Arguments der Small Blockers verstanden. Anstatt das Netzwerk auf dem Base Layer zu skalieren, schlugen die Small Blockers eine Multi-Layer-Lösung vor, um das Netzwerk zu skalieren.
Bitcoin als ein Multi-Layer Netzwerk
Der Blocksize-Krieg setzte einen Präzedenzfall in Bezug auf den Trade-Off zwischen Effizienz und Resilienz. Die zweijährige Debatte kam zu dem Schluss, dass die Multi-Layer-Lösung die einzige vernünftige Lösung ist, um die Kluft zwischen Resilienz und Effizienz zu überbrücken. In einem Multi-Layer Netzwerk werden nicht alle Transaktionen auf dem Base Layer abgewickelt und in einem Block gespeichert. Stattdessen werden mehrere kleinere Transaktionen zu einer größeren Transaktion auf dem Base Layer zusammengefasst, was dem Netzwerk ermöglicht, zu skalieren.
Wie der Ökonom Thomas Sowell allerdings einst sagte, gibt es keine Lösungen, nur Trade-Offs. Die meisten Bitcoiner würden zustimmen, dass ein Multi-Layer-Netzwerk auch mit Trade-Offs verbunden ist, die extrem komplizierte Fragen aufwerken. Wie geht man mit der Situation um, dass gewöhnliche Nutzer auf Drittanbieter-Apps angewiesen sind? Was macht man gegen die Zentralisierung der Mining-Industrie? Welche Strategien bieten sich gegen das Fractionl Reserve Banking auf einem Bitcoin-Standard an? Wie gehen wir mit dem Problem der "Regulatory Capture" durch den Staat um?
Im Multilayer Netzwerk ist der Base Layer dezentralisiert, ohne dass eine Regierungsbehörde oder eine Zentralbank in der Lage wäre, ihn zu kontrollieren oder die Regeln des Netzwerks zu ändern, allerdings kann der Staat den zweiten und dritten Layer attackieren. Das Multi-Layer Netzwerk ermöglicht zwar die Skalierbarkeit und Flexibilität, die für die heutige komplexe globale Wirtschaft erforderlicht ist, zugleich müssen aber die Trade-Offs und Risiken berücksichtigt werden.