11. April 2018

Skalierbarkeit, Zentralisierung und andere Herausforderungen der Bitcoin Blockchain

Neues Technologiebraucht Zeit zur Entwicklung - Das Internet existiert seit Ende der 1960er Jahre.

Das Technologiezugrunde liegende Bitcoin und die meisten anderen Kryptowährungen sind das BlockchainDistributed Ledger (DLTTechnologie) Blockchainin einer Form.

Bis heute ist die BlockchainSkalierbarkeit sehr eingeschränkt.

Nach einem kürzlich erfolgten Software-Update namens "Segwit" konnten die Transaktionen pro Sekunde (tps) auf elf tps erhöht werden. Vor dem Update waren nur sieben tps möglich. Die Geschwindigkeit ist weit entfernt von etablierten Zahlungsmethoden wie Visa, das im Durchschnitt rund 2'000 tps und in Spitzenzeiten bis zu 45'000 tps verarbeitet. Diskussionen über die Lösung dieser Skalierbarkeitsprobleme haben zu einer Aufteilung (Hard Fork) der Bitcoin-Blockchain in "Bitcoin" und "Bitcoin Cash" geführt.

Die Befürworter von Bitcoin Cash wollen das Problem der Skalierbarkeit mit größeren Blockgrößen lösen, während die Befürworter von Bitcoin behaupten, dass dies zu einer höheren Konzentration der Macht führt. Größere Blöcke benötigen mehr Zeit, um sich im gesamten Netzwerk zu verbreiten, und bevorzugen somit den Miner, der den letzten Block gefunden hat, und die Miner in der Nähe seines Netzwerks. Die Miner, die den letzten Block erhalten, können mit der Arbeit am nächsten Block beginnen und haben so die Chance, den nächsten Block zu lösen und die Belohnung dafür zu erhalten.

Die Bitcoin-Verfechter hingegen wollen das Problem der Skalierbarkeit mit Transaktionen auf der zweiten Ebene lösen. Das so genannte "Lightning Network" öffnet Zahlungskanäle zwischen den Teilnehmern im Netzwerk. Diese Kanäle ermöglichen es, Transaktionen durchzuführen, ohne sie in die Blockchain zu schreiben. Erst wenn ein Zahlungskanal geschlossen wird, wird der Saldo der Knoten in die Blockchain geschrieben. Diese zweite Ebene ermöglicht sofortige, gebührengünstige Transaktionen, führt aber ebenso wie erhöhte Blockgrößen zu einer Konzentration der Macht. Das Öffnen eines Zahlungskanals bedeutet, dass beide Parteien einer Transaktion einen Geldbetrag in einer Multi-Signatur-Adresse sperren müssen. Es wäre eine Hürde für einen Benutzer, mit jedem Einzelnen, mit dem er Geschäfte tätigen möchte, einen Zahlungskanal zu öffnen. Über Vermittler können zwei Personen miteinander Geschäfte tätigen, solange sie einen offenen Zahlungskanal mit dem Vermittler haben. Zwischenhändler werden Größenvorteile haben, so dass eine Lösung mit einer zweiten Ebene zu einer Konzentration der Macht führt.

Wie zentrale Systeme im Vergleich zu dezentralen und verteilten Systemen stehen

Sowohl Bitcoin als auch Bitcoin Cash haben durch die Zentralisierung des Mining eine weitere Ebene der Machtkonzentration. Zum Beispiel hat Bitcoin etwa drei Viertel der Miningaktivitäten in China. Und innerhalb Chinas dominieren fünf Unternehmen mehr als 50% der weltweiten Miningmacht (Hashrate). Der von beiden Blockchains verwendete Mining-Algorithmus "proof of work" (PoW) bietet nur sehr wenig Sicherheit, wenn er nicht effektiv auf mehrere unabhängige Teilnehmer verteilt ist. Heute gibt es eine Situation, in der einige wenige Leute die Mehrheit der Hashrate kontrollieren. Die Bitcoin-Gemeinschaft scheint damit einverstanden zu sein, solange sich diese Miner benehmen. Sie argumentieren, dass, wenn die Miner zusammenwirken und die Blockchain zu ihren Gunsten ändern würden, sie Bitcoin und damit ihrem eigenen Geschäft schaden würden.

Stellen Sie sich vor, jemand folgte Ihnen mit einer Waffe, die gegen Ihren Kopf gedrückt wird, und Sie wären damit einverstanden, weil "die Person einen Anreiz hat, wegen der Gefahr ins Gefängnis zu kommen, nicht zu schießen".

Wir halten es für entscheidend, die Dezentralisierung quantifizieren zu können. Wie bereits erwähnt, Mining ist ein kritischer Teil einer Blockchain, wenn wir über Dezentralisierung sprechen. Es gibt jedoch auch andere Subsysteme, die ebenso wichtig sind:

Verschiedene Subsysteme einer öffentlichen Blockchain

Der Gini-Koeffizient und die Lorenzkurve sind zwei bekannte Konzepte zur Messung der Ungleichheit. Es gibt auffallende Ähnlichkeiten zwischen den Begriffen "zu viel Ungleichheit" und "zu viel Zentralisierung". Konkret können wir uns eine ungleiche Verteilung des Reichtums als sehr ungleich und eine ungleiche Verteilung der Macht als sehr zentral vorstellen.

Der Gini-Koeffizient ist wie folgt definiert, wobei der Koeffizient von 1 eine vollständige Ungleichheit und 0 eine vollkommene Gleichheit anzeigt.

Der Gini-Koeffizient
Der Gini-Koeffizient (A/(A+B)), die Lorenzkurve und die Linie der Gleichheit.

Der von B. Srinivasan eingeführte minimale Nakamoto-Koeffizient ist ein weiterer Maßstab, der dem intuitiven Begriff der Dezentralisierung entspricht. Es gibt die minimale Anzahl von Einheiten an, die erforderlich sind, um das System zu gefährden. Zum Beispiel, wie viele Miner haben genug Hashpower, um einen 51%igen Angriff auf die Bitcoin Blockchain durchzuführen. Bei einem System s mit K-Einheiten lassen Sie p1>...>pK die Anteile des Systems, die von jedem der K-Teilnehmer gesteuert werden sein, so dass iKpi=1. Dann definieren wir den Nakamoto-Koeffizienten wie folgt, wobei 1 eine Konzentration der Macht in einer Einheit anzeigt und je höher die Zahl, desto dezentraler ist die Macht.

Der Nakamoto-Koeffizient

Wenn wir diese drei Koeffizienten auf alle der oben genannten Subsysteme anwenden, erhalten wir die folgenden Ergebnisse:

Quelle: B. Srinivasan, "Quantifizierung der Dezentralisierung", https://news.earn.com/quantifying-decentralization-e39db233c28e, 2017

Diese quantifizierenden Konzepte hängen stark von den von uns ausgewählten Parametern ab. Betrachten wir nochmals das Mining und berechnen zum Beispiel noch einmal den Nakamoto-Koeffizienten nach Ländern im Gegensatz zur Blockprämie. Der Koeffizient wäre dann 1 statt 5. Dies würde das Risiko widerspiegeln, dass die chinesische Regierung gegen Bitcoin Mining vorgehen könnte. Wenn wir die Ergebnisse über alle verschiedenen Subsysteme hinweg berechnen, erhalten wir ein Ergebnis von 0,92 für den Gini-Koeffizienten und 1 für den Nakamoto-Koeffizienten. Beide Konzepte zeigen eine sehr hohe Zentralisierung des Bitcoin-Ökosystems.

Ein wirklich verteiltes Zahlungssystem ist heute technisch nicht möglich.

Skalierbarkeitsprobleme neigen immer dazu, zu einer gewissen Zentralisierung zu führen. Sogar Vitalik Buterin, der Gründer von Ethereum, der zweitgrößten Kryptowährung, hat kürzlich erklärt: "Ich empfehle, dass der Kryptodiskurs die Betonung von der "Eliminierung der Mittelsmänner" auf eine Kombination aus "Fesseln der Mittelsmänner" und "Wettbewerb auf dem Markt für Mittelsmänner" ändert". Schließlich wurde das Internet, das wir heute kennen, an Universitäten in den Vereinigten Staaten gestartet, die als Mittelsmänner fungierten. Es wurde ursprünglich von der Advanced Research Projects Agency (ARPA) des United States Department of Defense finanziert. Es hieß Advanced Research Projects Agency Network (ARPANET) und war ein frühes 'Packet Switching-Network'. ARPANET war auch das erste Netzwerk, das die Protokollsuite TCP/IP implementierte. Beide Technologien wurden zur technischen Grundlage des Internets.

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