Wichtige Erkenntnisse

  • Das Blockchain-Trilemma erklärt die Herausforderung, Sicherheit, Dezentralisierung und Skalierbarkeit in Blockchain-Netzwerken auszubalancieren.

  • Die Verbesserung einer Eigenschaft erfolgt oft auf Kosten einer oder beider der anderen.

  • Verschiedene Blockchains verwenden unterschiedliche technische Ansätze, wie alternative Konsensmechanismen, Layer-2-Lösungen und Sharding, um das Trilemma anzugehen.

  • Obwohl keine Blockchain das Trilemma vollständig „gelöst“ hat, innoviert die Branche weiterhin in Richtung ausgewogenerer Designs.

Einführung

Da Blockchains nur eine begrenzte Anzahl von Transaktionen pro Sekunde verarbeiten können, argumentieren viele, dass die Technologie global angenommen werden sollte, um viel mehr Daten und schneller verarbeiten zu können. Dies würde es mehr Menschen ermöglichen, das Netzwerk zu nutzen, ohne dass es langsam oder teuer wird.

Das grundlegende Design vieler dezentraler Netzwerke bedeutet jedoch, dass eine Erhöhung der Skalierbarkeit tendenziell die Dezentralisierung oder Sicherheit schwächt. Dies wird als Blockchain-Trilemma bezeichnet. Entwickler erkunden verschiedene Lösungen, wie neue Konsensmechanismen, Sharding und Layer-2-Netzwerke.

Das Blockchain-Trilemma

Kurz gesagt, eine Blockchain ist eine verteilte digitale Datenbank. Datenblöcke sind chronologisch angeordnet. Die Blöcke sind verknüpft und durch kryptografische Nachweise gesichert. Die Implementierung dieser Technologie in verschiedenen Branchen verändert bereits, wie wir arbeiten und leben.

Die Idee ist, dass dezentrale und sichere Blockchains eine Welt ermöglichen, in der wir nicht auf Dritte angewiesen sind, damit Netzwerke oder Märkte funktionieren. Experten sind jedoch allgemein der Meinung, dass, wenn diese Technologie breiter angenommen werden soll, das Blockchain-Trilemma angegangen werden muss.

Das vom Mitbegründer von Ethereum, Vitalik Buterin, popularisierte Blockchain-Trilemma bezieht sich auf die Idee, dass es schwierig ist, dass Blockchains optimale Niveaus aller drei Eigenschaften gleichzeitig erreichen. Die Stärkung einer dieser Eigenschaften bedeutet oft, dass man eine oder beide der anderen opfern muss.

Dezentralisierung

Blockchain-Netzwerke sind von Natur aus dezentralisiert, was bedeutet, dass keine einzelne Person, Firma oder Organisation sie kontrolliert. Das Netzwerk steht jedem offen, der teilnehmen möchte, und die Kontrolle ist auf alle Teilnehmer verteilt. Jeder hat Zugriff auf dasselbe Hauptbuch, und wenn ein Teilnehmer versucht, das System zu betrügen, indem er die Aufzeichnungen zu seinen Gunsten ändert, kann der Rest des Netzwerks die betrügerischen Daten überprüfen und ablehnen.

Betrachten Sie den Unterschied zwischen Bitcoin und dem traditionellen Bankensystem. Die Banken setzen Vertrauen zwischen den transaktionsbeteiligten Personen durch und stellen sicher, dass alle Aufzeichnungen korrekt geführt werden. Die Bitcoin-Blockchain hingegen teilt all diese Daten mit jedem im Netzwerk, sodass sie überprüft und bestätigt werden können, bevor sie zur Datenbank hinzugefügt werden. Das Ergebnis ist ein System, das ohne die Notwendigkeit Dritter existieren kann.

Dezentralisierung bietet die Möglichkeit dessen, was als Web3 bekannt ist. Während Web2 den größten Teil des heutigen Internets ausmacht, mit von Unternehmen kontrollierten Websites und Apps, gibt Web3 den Nutzern die Kontrolle über ihre Daten und Identität.

Dezentralisierung bringt jedoch Kompromisse mit sich. Da mehrere Benutzer einen Konsens über jede Transaktion erreichen müssen, ist die Verarbeitung oft langsamer als in zentralisierten Systemen. Dies macht die Skalierbarkeit (die Fähigkeit, mehr Transaktionen pro Sekunde zu verarbeiten) zu einer Schlüsselherausforderung für dezentrale Netzwerke.

Blockchain-Sicherheit

Sicherheit ist für jede Blockchain unerlässlich, denn ohne sie könnten Angreifer das Netzwerk gefährden und die Transaktionshistorie ändern. Ob ein System zentralisiert oder dezentralisiert ist, Sicherheit ist nicht garantiert. Zentralisierte Systeme können von einer strengeren Kontrolle und schnelleren Entscheidungsfindung profitieren, aber sie stellen auch einen einzelnen Ausfallpunkt dar und sind stark von der Qualität ihrer Sicherheitsteams abhängig.

In dezentralen Systemen muss Sicherheit ohne Abhängigkeit von einer zentralen Autorität erreicht werden. Bitcoin verwendet beispielsweise eine Kombination aus Kryptografie und einem Konsensmechanismus namens Proof of Work (PoW). Jeder Datenblock ist über eine eindeutige digitale Signatur (Hash) mit dem vorherigen verknüpft, was jede Manipulation sofort erkennbar macht.

PoW fügt eine weitere Schutzschicht hinzu, indem es von den Netzwerkteilnehmern, die als Miner bekannt sind, verlangt, komplexe mathematische Rätsel durch umfangreiche Hash-Berechnungen zu lösen, bevor sie Transaktionen validieren. Dies macht Angriffe teuer und schwierig durchzuführen. Da das Mining von Bitcoin von Natur aus ressourcenintensiv ist, ist es langsamer als einige andere Ansätze.

Beachten Sie auch, dass je mehr Teilnehmer (Knoten) im Netzwerk vorhanden sind, desto sicherer es ist. Je größer das Netzwerk, desto schwieriger wird es für einen schlechten Akteur, die Kontrolle über das System zu übernehmen.

In der Theorie könnte eine Person oder Gruppe, die mehr als die Hälfte der Netzwerkleistung kontrolliert, einen sogenannten 51%-Angriff durchführen, der potenziell Ausnutzungen wie Doppelspenden ermöglichen könnte.

Blockchain-Skalierbarkeit

Skalierbarkeit bezieht sich auf die Fähigkeit einer Blockchain, eine zunehmende Anzahl von Transaktionen pro Sekunde (TPS) zu verarbeiten. Damit die Blockchain-Technologie eine breitere Akzeptanz und potenziell Milliarden von Nutzern unterstützen kann, muss sie Transaktionen schnell, kostengünstig und zuverlässig verarbeiten. In der Praxis steht die Skalierbarkeit oft hinter Dezentralisierung und Sicherheit zurück, die die beiden grundlegenden Prinzipien des Blockchain-Designs sind.

Zentralisierte Zahlungssysteme wie Visa können Berichten zufolge Tausende von Transaktionen pro Sekunde abwickeln, da sie in einer geschlossenen, genehmigten Umgebung arbeiten. Sie benötigen keinen globalen Konsens von Tausenden unabhängiger Knoten, was es ihnen ermöglicht, Transaktionen nahezu sofort zu verarbeiten.

Im Gegensatz dazu müssen öffentliche Blockchains jede Transaktion durch mehrere unabhängige Validatoren verarbeiten. Diese verteilte Verifizierung verlangsamt die Leistung: Die Basislinie von Bitcoin hat durchschnittlich etwa 5 TPS, während Ethereum etwa 18 TPS verarbeitet.

Selbst mit dem Proof of Stake (PoS)-Konsens, der in einigen Netzwerken PoW ersetzt, unterliegen die globalen Vereinbarungen weiterhin Einschränkungen. Ohne effektive Skalierungslösungen kann ein Anstieg der Nutzung zu Netzwerküberlastung, langsameren Transaktionszeiten und höheren Gebühren führen.

Bewältigung des Blockchain-Trilemmas

Die offensichtlichste und grundlegendste Lösung für das Blockchain-Trilemma besteht darin, die Anzahl der Netzwerk-Validatoren (Knoten) im Austausch gegen größere Skalierung und Geschwindigkeit zu reduzieren. Dies würde jedoch zu einer Schwächung der Dezentralisierung führen, wobei die Kontrolle an eine kleinere Anzahl von Teilnehmern übergeben wird. Es könnte auch zu einer Schwächung der Sicherheit führen, da weniger Akteure eine höhere Wahrscheinlichkeit von Angriffen bedeuten.

Hier liegt das Trilemma: Dezentralisierung und Sicherheit sind tief miteinander verbunden, und die Art und Weise, wie Blockchains gebaut sind, erschwert es, die Skalierbarkeit zu verbessern, ohne eine oder beide zu schwächen. Die große Frage ist, wie man Blockchains schneller machen kann, ohne die Eigenschaften zu opfern, die sie von Anfang an vertrauenswürdig machen.

Laufende Entwicklungen

Es gibt keine goldene Lösung für das Trilemma. Entwickler und Forscher haben jedoch eine Vielzahl von Ansätzen untersucht, von denen viele vielversprechende Ergebnisse gezeigt haben. Einige der bemerkenswertesten Entwicklungen sind:

1. Sharding

Sharding teilt eine Blockchain in kleinere Partitionen oder Shards, von denen jeder sein eigenes Hauptbuch hat und Transaktionen unabhängig verarbeiten kann. Eine Hauptkette koordiniert die Interaktionen zwischen den Shards, wodurch die Belastung jeder einzelnen Kette verringert und die Skalierbarkeit verbessert wird.

Zum Beispiel verwendet das NEAR-Protokoll ein Sharding-Modell namens Nightshade 2.0, das dynamisch skaliert, indem es das Netzwerk in mehrere parallele Shards aufteilt. Ab August 2025 betreibt das Netzwerk 8 aktive Shards und kann Transaktionsfinalität in etwa 600 Millisekunden erreichen.

2. Verschiedene Konsensmechanismen

Einer der Gründe, warum das Trilemma im Bitcoin-Netzwerk existiert, liegt in der Funktionsweise von PoW, um Sicherheit zu gewährleisten. Einen anderen Weg zu finden, um Konsens zu sichern, ist ein Ansatz zur Lösung des Trilemmas.

In PoS-Blockchains müssen die Teilnehmer, die an der Validierung von Transaktionen beteiligt sind, ihre Token staken (sperren). Es sind keine hochspezialisierten Mining-Maschinen erforderlich. Mehr Validatoren zum Netzwerk hinzuzufügen, ist einfacher und zugänglicher. PoS ist nur einer von vielen verschiedenen Ansätzen zu Konsensmechanismen mit Blick auf Skalierbarkeit.

Ein weiterer Ansatz ist Proof of Authority (PoA), das das Netzwerk mit Validatoridentitäten anstelle von gestakten Coins sichert. In PoA-Systemen sind eine begrenzte Anzahl vertrauenswürdiger Teilnehmer im Voraus genehmigt, um Transaktionen zu verifizieren und Blöcke zu erstellen. Dies kann eine höhere Skalierbarkeit bieten, verringert jedoch die Dezentralisierung.

Einige Blockchain-Netzwerke verwenden hybride Modelle, um Kompromisse zu finden. Zum Beispiel verwendet die BNB Smart Chain Proof of Staked Authority (PoSA), bei dem Validatoren BNB staken, um an der Blockproduktion teilzunehmen, und Blockzeiten von etwa drei Sekunden erreichen. Das Conflux-Netzwerk kombiniert Elemente von PoW mit einer gerichteten azyklischen Graphstruktur (DAG), um die Durchsatzleistung zu verbessern und gleichzeitig die Sicherheitsmerkmale von PoW beizubehalten.

3. Layer-2-Lösungen

Ein weiterer Ansatz zur Bewältigung des Trilemmas besteht darin, auf einer bestehenden Blockchain aufzubauen, anstatt ihre Basislinie zu ändern. Layer-2-Lösungen verarbeiten Transaktionen außerhalb der Hauptkette und setzen dann die Ergebnisse zurück auf diese. Dies reduziert die Überlastung, senkt die Gebühren und erhält die Sicherheit der Basislinie.

Rollups bündeln mehrere Transaktionen off-chain und reichen einen einzigen komprimierten Nachweis zur Überprüfung an die Hauptkette ein. Optimistische Rollups wie Arbitrum gehen davon aus, dass Transaktionen gültig sind, es sei denn, sie werden in Frage gestellt, während Zero-Knowledge (ZK) Rollups wie Scroll kryptografische Nachweise verwenden, um die Gültigkeit zu bestätigen, ohne alle Details offenzulegen. Ethereum ist zunehmend rollup-zentriert geworden, wobei ein Großteil seiner dezentralen Finanz-, Gaming- und NFT-Aktivitäten auf Layer-2 stattfindet, um Geschwindigkeit zu verbessern und Kosten zu senken.

Staatenkanäle ermöglichen es Teilnehmern, Transaktionen off-chain durchzuführen, wobei nur die Öffnungs- und Schließzustände in der Blockchain aufgezeichnet werden. Das Bitcoin Lightning Network ist ein bekanntes Beispiel, das Staatenkanäle verwendet, um schnelle, kostengünstige Transaktionen zu ermöglichen, indem die meisten Aktivitäten off-chain gehalten werden, während es sich auf die Bitcoin-Basislinie für die endgültige Abrechnung stützt.

Abschlussgedanken

Das Blockchain-Trilemma bleibt eine bedeutende Herausforderung für die Technologie, ihr volles Potenzial zu erreichen. Laufende Bemühungen wie Ethereums rollup-zentrierter Fahrplan und der Aufstieg leistungsstarker modularer Blockchains zeigen vielversprechende Wege nach vorne. Diese Innovationen zielen darauf ab, die Skalierbarkeit zu erhöhen, ohne Sicherheit oder Dezentralisierung zu untergraben, und bringen die Branche näher an eine Zukunft, in der Blockchains globale Anwendungen unterstützen können.

Weiterführende Literatur

  • Was sind Appchains (anwendungsspezifische Blockchains)?

  • Was sind Bitcoin Layer-2-Netzwerke?

  • Was ist Chain Abstraction?

Haftungsausschluss: Diese Inhalte werden Ihnen auf einer „wie sie ist“-Basis zur allgemeinen Information und zu Bildungszwecken präsentiert, ohne jegliche Form von Darstellung oder Garantie. Sie sollten nicht als finanzielle, rechtliche oder andere professionelle Beratung angesehen werden, noch ist es beabsichtigt, den Kauf eines bestimmten Produkts oder einer Dienstleistung zu empfehlen. Sie sollten Ihren eigenen Rat von geeigneten Fachberatern einholen. Die in diesem Artikel genannten Produkte sind möglicherweise nicht in Ihrer Region verfügbar. Wenn der Artikel von einem Drittanbieter beigetragen wurde, beachten Sie bitte, dass die darin geäußerten Ansichten dem Drittanbieter gehören und nicht unbedingt die von Binance Academy widerspiegeln. Bitte lesen Sie unseren vollständigen Haftungsausschluss für weitere Details. Die Preise digitaler Vermögenswerte können volatil sein. Der Wert Ihrer Investition kann sinken oder steigen, und Sie erhalten möglicherweise nicht den investierten Betrag zurück. Sie sind allein verantwortlich für Ihre Investitionsentscheidungen, und Binance Academy haftet nicht für Verluste, die Ihnen entstehen könnten. Dieses Material sollte nicht als finanzielle, rechtliche oder andere professionelle Beratung angesehen werden. Weitere Informationen finden Sie in unseren Nutzungsbedingungen und der Risikowarnung.