Distributed-Ledger-Anwendungen Blockchain oder IOTA – wer macht das Rennen?

Die Blockchain und IOTA sind beide Distributed-Ledger-Anwendungen – und dennoch könnten sie kaum unterschiedlicher sein. Denn beide verfolgen nicht nur andere Ziele, sie sind auch noch von ihrer Struktur her vollkommen verschieden. Was sie jedoch vereint, ist ihr Potenzial.

Wird IOTA die nächste Generation der Blockchain? Um zu verstehen, was IOTA zu etwas Besonderen macht, ist es notwendig, zunächst die Grundlagen der sogenannten „klassischen Blockchain“ zu erläutern.

Nicht selten wird die Blockchain als Allheilmittel für Probleme unterschiedlicher Art angepriesen. Jedoch löst eine Blockchain gerade mal davon zwei: Konsensfindung mit vielen verteilten Teilnehmern sowie das unveränderliche Speichern von Informationen. Wobei die Problemstellungen nicht neu sind und längst vor der Erfindung der Blockchain gelöst wurden. Um was geht es dann bei der Blockchain?

Vertrauen gegen Zero-Trust

Der Clou einer Blockchain ist der „Zero Trust“-Ansatz. Das heißt, bei dieser Technologie geht man davon aus, dass jeder Teilnehmer in der Konsensfindung potenziell „böse Absichten“ hat und man ihm nicht trauen darf. Trifft diese Annahme allerdings nicht zu, dann lassen sich die beiden Probleme mit weitaus einfacheren Mitteln wie zum Beispiel einer zentralen Datenbank lösen. Denn die Blockchain, die einmal für die Kryptowährung Bitcoin entwickelt wurde, weist nämlich zum Teil gravierende Nachteile auf. Aber erstmal: Was ist eine Blockchain?

Wie der Name schon verrät, besteht eine Blockchain aus einer Kette aus Blöcken innerhalb eines verteilten Datenbanksystems. Jeder einzelne Block enthält alle Daten der vorigen Chain. Und diese Chain wird chronologisch mit neuen Blöcken (Transaktionen) erweitert. Der Sinn einer Blockchain liegt nun darin, dass die Aufzeichnungen einer Transaktionshistorie nur äußerst schwer zu manipulieren sind.

Funktionsweise der Blockchain

Im Grunde geht es bei einer klassischen Blockchain um ein öffentlich einsehbares Hauptbuch (Ledger). Entscheidend ist seine dezentrale Natur. Daher auch die Bezeichnung „Distributed Ledger“. Diese Datenbank verteilt sich auf verschiedenste Rechner und Server, „Nodes“ genannt, die sich miteinander synchronisieren. Wobei jeder Node eine Version der Blockchain abspeichert.

Mit dem Blockchain-Mining wird ein Arbeitsnachweis (Proof-of-Work) für jede neue Transaktion erbracht und bestätigt. Auf diese Weise entstehen in der Blockchain neue Blöcke. Darüber hinaus schützt der Proof-of-Work das Netzwerk vor Angriffen. Jedoch kommt das Mining nicht bei allen Blockchains zum Einsatz. Mittlerweile haben sich ebenso andere Methoden etabliert, um neue Blöcke zu verifizieren, wie zum Beispiel das Proof-of-Stake.

Schwachpunkte klassischer Blockchains

Eine klassische Blockchain weist verschiedene Probleme auf: festgelegte Transaktionsrate, das Miner Fee für die Transaktion sowie hoher Speicher- und Energieverbrauch.

Hoher Speicherbverbrauch: Für die Sicherstellung der Validität der Blockchain sind alle Blöcke notwendig. Bei den sogenannten Light Clients, wird zwar nicht die gesamte Blockchain gespeichert, jedoch beziehen diese sich wiederum auf einen anderen Client, der letztlich alles vorhält.

Hoher Energieverbrauch: Das Mining von Blöcken verschlingt viel Energie. Bei vielen Proof-of-Work-Systemen steigt mit der Rechenleistung des Miner-Netzwerks auch die Schwierigkeit der Mining-Aufgabe für das Erstellen von Blöcken. Dies soll die Anzahl der neuen Blöcke pro Zeiteinheit konstant halten. Mittlerweile verbrauchen die Miner der Bitcoin-Blockchain etwa so viel Energie wie das gesamte Land Österreich.

Festgelegte Transaktionsrate: Für die Bitcoin-Blockchain wird alle zehn Minuten ein neuer Block erzeugt, der mehrere Transaktionen enthält. Mit einer festgelegten maximalen Blockgröße beschränkt sich automatisch die maximale Transaktionsrate des Systems. Bei Bitcoin sind das sieben Transaktionen pro Sekunde. Zum Vergleich: Das VISA-Kreditkartensystem erzielt eine durchschnittliche Transaktionsrate von 2.000 Transaktionen pro Sekunde.

Miner Fee für Transaktionen: Bei den meisten Proof-of-Work-Systemen wird für jede Validierung ein Miner Fee erhoben. Der Miner, der den Block, in dem die Transaktion enthalten ist, erstellt, erhält den Betrag in Bitcoins als Belohnung. Das macht Micro-Payments von wenigen Cents leider unmöglich, da die Transaktionsgebühr ein Vielfaches davon beträgt.

Aus Blockchain wird IOTA?

IOTA (vom griechischen Buchstaben Iota abgeleitet) wurde im Prinzip für das Internet of Things (IoT) konzipiert und gehört wie die Blockchain gleichrangig zu den Distributed-Ledger-Anwendungen. Die Technologie baut nicht auf der Blockchain mit einer verketteten Liste auf. Sie soll vielmehr deren Schwachpunkte eliminieren.

Stattdessen basiert IOTA auf einem sogenannten Tangle (Flechtwerk, Gewirr). Dabei handelt es sich um einen gerichteten azyklischen Graphen (Directed Acyclic Graph - DAG), der eine deutlich höhere Geschwindigkeit (Realtime), eine hohe Skalierbarkeit, einen geringeren Energieaufwand sowie wesentlich reduzierte Transaktionskosten ermöglicht. Denn der IOTA-Tangle kennt kein kostenpflichtiges Miner-Konzept zur Validierung. Mit dem Tangle ist es nun möglich, dass Maschinen und Computer sich gegenseitig „bezahlen“ können.

Die Bezeichnung „Gewirr“ bezieht sich auf die Verflechtung der sich gegenseitig verifizierten Nodes. Das heißt, jeder Teilnehmer des IOTA-Netzwerks, der eine Transaktion durchführen möchte, ist verpflichtet, aktiv am Konsens des Netzwerks teilzunehmen. Dies geschieht, indem der Teilnehmer die zwei vergangenen Transaktionen validiert. Die Auswahl erfolgt über einen eigenen Algorithmus.

Somit kann IOTA viele Transaktionen parallel pro Sekunde verarbeiten. Mit der Zunahme der Teilnehmer können immer mehr Transaktionen bestätigt werden. Das bedeutet, IOTA skaliert proportional mit der Anzahl der Transaktionen. Je größer der Tangle mit anwachsenden Transaktionen, desto schneller und sicherer wird IOTA. Damit lässt sich gewährleisten, dass niemand in einem IOTA-Netzwerk die Führerschaft übernehmen kann.

Schwachpunkte von IOTA

Ein weit verbreiteter Kritikpunkt des Tangles ist die mangelnde Dezentralisierung. Die IOTA-Stiftung kümmert sich mit einem zentralen Coordinator selbst darum, dass das Netzwerk richtig funktioniert. Der Coordinator verifiziert in sogenannten „Milestones“ alle Transaktionen, indem er sie digital signiert.

Zur Validierung einer Transaktion ist der gesamte Tangle notwendig, der viel Speicherplatz belegt. Das Verkleinern des Tangles (Snapshotting) übernimmt ebenfalls noch der Coordinator. Sobald ausreichend Teilnehmer an Bord sind, soll er dann abgeschaltet werden.

Kritische Stimmen bezweifeln auch die Sicherheit des Tangles. Bei der Blockchain ist es vergleichsweise der hohe Energiebedarf des Proof-of-Work-Verfahrens, der es potenziellen Angreifern wiederum sehr schwer macht. Beim Tangle sind die Anforderungen an mögliche Angriffe geringer.

IOTA, Blockchain und weitere Lösungen

Die IOTA-Technologie ist ein noch junges, aber technisch durchaus interessantes Projekt, das die Probleme existierender klassischer Blockchain-Anwendungen erkannt hat und an einer Lösung arbeitet.

Aber auch die Blockchain wird stetig weiterentwickelt. So tritt innerhalb der Hyperledger-Familie beispielsweise das Projekt Hyperledger Fabric mit einer hohen Skalierbarkeit und flexiblen Berechtigungen deutlich hervor. Damit liefert eine modulare Architektur dieser Blockchain-Lösung eine solide Basis für vielseitige Einsatzmöglichkeiten in unterschiedlichsten Branchen unabhängig von der Größe und Erfahrung.

Hyperledger Fabric entspricht einer sogenannten „Private Permissioned Blockchain“ mit individuell definierten Zutrittsberechtigungen, für die sich die Teilnehmer des Netzwerks registrieren und damit ihre Anonymität ablegen müssen. Das bedeutet, dass Zugriffe auf einzelne Daten sich innerhalb dieser Blockchain-Lösung nochmal granular anpassen lassen, indem Untergruppen eingeführt werden können.

Da es kein festes Konsensus-Protokoll existiert, müssen nicht alle Knotenbetreiber in eine Transaktion eingebunden werden. Dadurch reduziert sich das Vertrauens- und Verifizierungsniveau, was wiederum eine höhere Skalierbarkeit ermöglicht.

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