Bei aller Blockchain-Euphorie bleibt eine Frage: Skaliert Blockchain? Wenn ja, welche und was meint man eigentlich genau damit?

Blockchain und andere Distributed Ledger Technologien haben im vergangenen Jahr – nicht zuletzt befeuert durch massive Kursgewinne vieler Kryptowährungen – wieder enorme Aufmerksamkeit erhalten.
Keine Kursvorhersage scheint zu hoch, um nicht kurze Zeit später von einem anderen Enthusiasten noch überboten zu werden, keine Industrie scheint vor der potenziellen Disruption durch Blockchain sicher zu sein.
Die neue Aufmerksamkeit und das damit verbundene erhöhte Transaktionsaufkommen auf den großen öffentlichen Chains wie Bitcoin und Ethereum illustrieren allerdings auch noch einmal eine der größten Herausforderungen, die es aktuell zu lösen gilt: Die Skalierbarkeit!

Was heißt eigentlich skalierbar?

Die vergleichsweise kurze und äußerst intensive Geschichte von Bitcoin und Blockchain weist trotz der rasanten Entwicklung schon konstante Muster auf:

  1. Ein paar äußerst brillante und visionäre Köpfe beschäftigen sich mit einer Intensität und Professionalität mit den jeweils aktuellen Herausforderungen, die etablierteren Forschungszweigen in nichts nachstehen.
  2. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl von weiteren Akteuren, die die Diskussion bewusst oder unbewusst verkürzen und auf einzelne medienwirksame Aspekte reduzieren.
  3. In Zeiten boomender Kryptowährungsmärkte überwiegt zuweilen die 2. Gruppe und überlagert die ernsthafte Diskussion

Für die Skalierbarkeitkeitsdebatte bedeutet dies aktuell die Reduktion auf die Kennzahl „Transaktionen pro Sekunde“ (TPS). Um eine gefühlte Vergleichbarkeit hinzubekommen, wird “Transaktionen” weiter reduziert auf einfache Zahlungen, also keine Smart Contract Operationen, nur ein Empfänger, keine Multisignature-Verfahren, etc….

Die genauen Zahlen, die jeweils genannt werden, variieren zwar im Detail, je nach Quelle, aber klar scheint bei diesem Vergleich eines: Bitcoin rangiert ganz weit unten bei der Skalierbarkeit.

Falsch, wenn man der Architekten Arbeitsgruppe von Hyperledger glauben schenken darf!

hyperledger permissioned lottery Blockchain Skalierbarkeit
Quelle: Hyperledger Architecture, Volume 1, S. 4

Dort werden verschiedene Konsensmechanismen in den Kategorien Geschwindigkeit, Skalierbarkeit und Finalität verglichen.
Proof of Work (Bitcoin) erhält in der Kategorie Skalierbarkeit 5 von 5 Punkten. Äh…, wie bitte?

Eine weitere Dimension von Blockchain-Skalierbarkeit

Der Grund für diese zunächst überraschende Aussage liegt darin, dass dort mit Skalierbarkeit nicht der Transaktionsdurchsatz gemeint ist, sondern die Zahl der Knoten, die am Konsens beteiligt sind und hier performt Proof of Work tatsächlich exzellent. Aktuell werden weltweit ca 12.000 Full Nodes betrieben. Diese Zahl könnte problemlos verdoppelt, verzehnfacht, oder weiter erhöht werden, ohne dass der Transaktionsdurchsatz beeinträchtigt würde.

Demgegenüber stehen vor allem votingbasierte Konsensmechanismen, wie sie häufig in privaten Blockchain-Netzwerken zum Einsatz kommen. Diese verarbeiten in der Regel mehr Transaktionen pro Sekunde und erreichen schneller Finalität. Typischerweise muss dazu jeder Knoten im Netzwerk mit jedem anderen Knoten kommunizieren. In der Graphentheorie spricht man in diesem Fall von einem vollständigen Graphen.

Blockchain Skalierbarkeit vollständiger Graph
vollständiger Graph
Blockchain Skalierbarkeit gossip Netzwerk
Gossip-Netzwerk

Die Zahl der Verbindungen steigt in solchen Graphen quadratisch mit der Anzahl der Knoten. Anders ausgedrückt: wenn man die Anzahl der Knoten verzehnfacht, dann verhundertfacht sich der Kommunikationsaufwand.

Erste empirische Untersuchungen zeigen, dass diese Eigenschaft schon bei vergleichsweise kleinen Netzwerken seinen negativen Effekt entfaltet.
Auch wenn die absoluten Zahlen nicht überbewertet werden sollten, zeigen solche Erhebungen, dass je nach Einsatzzweck auch die Dimension „Netzwerkgröße“ in die Skalierbarkeitsdebatte mit einfließen muss.

tps vs Endorsers Blockchain Blockchain Skalierbarkeit
Quelle: Scherer: Performance and Scalability of BlockchainNetworks and Smart Contracts, S. 27

Fazit Blockchain und Skalierbarkeit

Die Versuchung ist groß, die Skalierbarkeitsdebatte auf eine einzige, griffige Kennzahl wie die TPS zu reduzieren. Die präzisen Zahlenangaben dazu sind jedoch häufig nicht nachvollziehbar und schwanken je nach Quelle stark. Wichtiger noch ist, dass diese Verkürzung dramatisch in die Irre führen kann, da sie nur einen winzigen Ausschnitt der Thematik adressiert.
Wenn man die Debatte schon vereinfachen und auf eine nicht-technische Ebene verlagern möchte, sollte man sich nicht auf eine einzige Kennzahl beschränken, sondern im Gegenteil den Blick weiten. Andreas Antonopolous zieht beispielsweise Parallelen zu den Anfängen des Internet und zeigt wunderbar auf, wie mit jeder neuen Anwendung kritische Stimmen behaupteten, das Internet werde scheitern, weil es nicht skaliert. Am Ende wurden die Kapazitätsprobleme für jede Anwendung – vom Usenet mit Einwahlverbindungen über Email bis VoIP – gelöst, nur um an neue Grenzen (aktuell Video on Demand) zu stoßen.

„Every year we will fail to scale for the next application and succeed to scale for the previous ones.“

Andreas Antonopoulos, The Internet of Money

[Bild: Qoppi/Shutterstock.com]
Autor
Tobias studierte Informatik auf Diplom an der RWTH Aachen, der EPF Lausanne und der Universität Freiburg. Seit 2013 beschäftigt er sich mit Bitcoin und Blockchain und ist seitdem ein Kryptowährungsenthusiast. In seiner Freizeit programmierte er Centaurus - eine Android-Wallet für das Stellar-Zahlungsnetzwerk.

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