Schritt 22: Erkennen der Beschränkungen

Auch eine perfekte Maschine unterliegt Beschränkungen

In Schritt 21 haben Sie alle Einzelteile zusammengesetzt und einen Überblick über die Blockchain in ihrer Gesamtheit erhalten. Dabei wurde auch klar, wie die grundlegenden Konzepte voneinander abhängig sind. Sie haben erfahren, dass die Blockchain ein komplexes und überaus raffiniertes technisches Gebilde ist. Ohne jede Übertreibung lässt sich behaupten, dass es sich hierbei um ein Meisterwerk eines genialen Verstandes handelt – doch auch die Blockchain ist weder vollkommen noch frei von Beschränkungen. In diesem Schritt werden daher die mit ihr einhergehenden wesentlichen Beschränkungen betrachtet und erklärt, wieso diese Beschränkungen große Hürden für eine Kommerzialisierung darstellen. Außerdem umrei��t dieser Schritt schließlich auch, wie sich die Beschränkungen der Blockchain überwinden lassen.

Die Herausforderung

Die Blockchain ist ein rein verteiltes Peer-to-Peer-System, in dem das Lesen der Transaktionshistorie und das Eintragen neuer Transaktionsdaten in den kollektiv geführten Datenspeicher allen offenstehen. Die Offenheit und das Fehlen jeglicher zentralen Kontrolle oder Koordinierung stellen die Grundlage des Systems dar, denn diese ermöglichen es den Knoten, als unabhängige Zeugen zum Abklären von eigentumsrelevanten Fragen zu dienen. Allerdings können die Offenheit und das Fehlen einer zentralen Kontrolle auch unerwünschte Folgen haben, die der Brauchbarkeit des Systems Grenzen setzen. Die Herausforderung besteht darin, diese Folgen zu erkennen und zu verstehen, um dann Strategien zu entwickeln, mit denen sie sich überwinden lassen.

Technische Beschränkungen der Blockchain

Die wichtigsten technischen Beschränkungen der Blockchain sind diese:

Fehlender Datenschutz

​Die Blockchain ist ein rein verteiltes Peer-to-Peer-Hauptbuch, das die gesamte Transaktionsdatenhistorie enthält. Alle Transaktionsdetails wie Art und Menge der übertragenen Güter, die beteiligten Konten und der Zeitpunkt der Übertragung können von jedermann eingesehen werden.[1] Das ist notwendig, damit jeder Peer Eigentum abklären und neue Transaktionen überprüfen kann (zum Beispiel durch Erkennen von Double-Spending-Angriffen). Der fehlende Datenschutz stellt somit ein wesentliches Element der Blockchain dar: Ohne dieses Niveau an Transparenz könnte die Blockchain ihren Zweck nicht erfüllen. Allerdings wird eine derartige Transparenz häufig auch als beschränkender Faktor für Einsatzbereiche genannt, in denen mehr Datenschutz erforderlich ist.

Das Sicherheitsmodell

​Die Blockchain nutzt zur Identifizierung, zur Authentifizierung von Anwendern und zur Autorisierung von Transaktionen asymmetrische Kryptographie. Bei den Kontonummern in der Blockchain handelt es sich tatsächlich um öffentliche kryptographische Schlüssel. Nur die Person, die den zugehörigen privaten Schlüssel besitzt, kann auf das mit einem Konto verknüpfte Eigentum zugreifen. Und nur Transaktionsdaten, die eine digitale Signatur enthalten, die mit dem zugehörigen privaten Schlüssel erzeugt wurde, sind gültig und dazu geeignet, Eigentum von einem Konto an ein anderes zu übertragen. Der private Schlüssel ist das einzige Sicherheitsmerkmal, mit dem sich der rechtmäßige Eigentümer zur Autorisierung ausweisen kann. Sobald der private Schlüssel für ein Konto an eine andere Person übergeben wird – sei es absichtlich, versehentlich, als Folge eines Fehlers oder eines Datendiebstahls –, ist die Sicherheit für dieses Einzelkonto dahin.

Es gibt keine weiteren Sicherheitsmaßnahmen, die das mit einer Kontonummer verknüpfte Eigentum schützen. In diesem Zusammenhang ist es wichtig darauf hinzuweisen, dass die in der Blockchain verwendete asymmetrische Kryptographie​​ zu den besten und stärksten kryptographischen Methoden gehört, die es derzeit gibt – das Sicherheitskonzept der Blockchain an sich ist also weder mangelhaft noch fehleranfällig. Allerdings gibt es kein zusätzliches Sicherheitsnetz, das die Anwender der Blockchain vor dem Verlust oder der unfreiwilligen Preisgabe ihres privaten Schlüssels schützt. Dieses Konzept kennen Sie aus dem Alltag: Sicherheitsschlüssel für Haustüren und Autos oder PINs für Bankkarten und Handys spielen eine ähnliche Rolle. Sobald jemand den Schlüssel oder Code von Ihnen bekommt – aus welchem Grund oder auf welchem Wege auch immer – war’s das mit der Sicherheit und diese Person kann Schlüssel oder PIN nach eigenem Gutdünken einsetzen und zum Beispiel Ihr Konto leer räumen oder mit Ihrem Auto auf und davon fahren. Genauso ist es auch mit dem privaten Schlüssel für ein Blockchain-Konto. Einige halten das Fehlen zusätzlicher Sicherheitsmaßnahmen für einen beschränkenden Faktor bei der Nutzung der Blockchain.

Begrenzte Skalierbarkeit

Die Blockchain ist ein Peer-to-Peer-System mit zwei Zielen: Einerseits ermöglicht es jedem von uns, neue Transaktionsdaten in die kollektiv geführte Historie einzutragen. Andererseits stellt es sicher, dass die Transaktionsdatenhistorie gegen Manipulationen oder Fälschungen gesichert wird. Die Blockchain hält beides im Gleichgewicht, indem eine unveränderliche Nur-Hinzufüge-Datenstruktur zum Einsatz kommt, in der für das Hinzufügen eines neuen Blocks jedes Mal ein Hashpuzzle gelöst werden muss. Das Lösen von Hashpuzzles ist absichtlich ein zeitaufwendiger Vorgang. Und das Beharren auf der Lösung für das Hashpuzzle ist ein angemessener Weg, Manipulationsversuche an der Transaktionsdatenhistorie extrem aufwendig zu machen. Leider besteht der Preis für diese Sicherheitsmaßnahme in einer reduzierten Verarbeitungsgeschwindigkeit, die zu einer begrenzten Skalierbarkeit​​ führt. Dieses Merkmal der Blockchain stellt eine ernstzunehmende Hürde für den Einsatz in Bereichen dar, in denen eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit, eine hohe Skalierbarkeit und ein hoher Durchsatz gefordert sind.

Hohe Kosten

Das Thema der hohen Kosten​ hängt mit dem Problem der begrenzten Skalierbarkeit zusammen. Das Lösen des Hashpuzzles bzw. das Erstellen des Arbeitsnachweises ist absichtlich rechenintensiv. Durch diese Sicherheitsmaßnahme wird die Transaktionsdatenhistorie unveränderlich. Die Berechnungskosten können in unterschiedlichen Einheiten ausgedrückt werden: Anzahl der Berechnungszyklen, verstrichene Zeit, Energieverbrauch und Geld. Das Ergebnis bleibt jedoch immer gleich: Der Arbeitsnachweis ist teuer. Damit verursacht die gesamte Blockchain Kosten. Die Höhe dieser Kosten hängt von der Schwierigkeit des Hashpuzzles ab.

Verborgene Zentralität

Das Erfordernis, für jeden in die Blockchain-Datenstruktur einzutragenden Block ein Hashpuzzle lösen zu müssen, und die Regeln zur Verteilung von Belohnungen für Beiträge zur Systemintegrität führen zu einem technischen Wettrüsten zwischen den Peers. Wer über die erforderlichen finanziellen Mittel verfügt, investiert in spezielle Hardware, die das Lösen der Hashpuzzles und somit den Beitrag zum System zum lohnenden Geschäft macht.[2] Andererseits macht es für jene, die keinen Zugriff auf derart spezielle Hardware haben, keinen Sinn, sich auf das Abenteuer – Validieren und Eintragen neuer Transaktionsdaten – einzulassen, sodass sie nicht länger Berechnungsressourcen zum System beitragen. Die Folge? Die im Systemkonzept noch große und heterogene Gruppe von Peers, die kollektiv die Integrität des Systems wahrt, wird zu einer sehr kleinen Gruppe von Entitäten, die jeweils über eine sehr hohe Rechenleistung in Form von spezieller Hardware verfügen. Die verbleibenden Peers bilden ein Oligopol, das die Verantwortung für das Erhalten von Integrität im System untereinander aufteilt. Wie Oligopole in anderen Branchen könnte diese kleine Gruppe von Entitäten ihre Macht missbrauchen. Es wäre zum Beispiel denkbar, dass bestimmte Transaktionen nicht eingetragen oder bestimmte Anwender diskriminiert werden. Dieser Effekt begründet eine Art verborgene Zentralität​, durch die die verteilte Natur des Gesamtsystems untergraben wird.[3] Vom technischen Standpunkt aus betrachtet, handelt es sich nach wie vor um ein verteiltes System, allerdings wird dessen Integrität lediglich von einer kleinen Gruppe Entitäten gewahrt.

Geringe Flexibilität

​Die Blockchain ist ein komplexes technisches Gebilde, das aus einer Vielzahl von Konzepten und Protokollen besteht, die füreinander optimiert und aneinander angepasst wurden. Änderungen in einem so sorgsam abgestimmten Ökosystem stellen eine gewaltige Herausforderung dar. Tatsächlich gibt es kein formelles Verfahren für Änderungen oder Verbesserungen der wesentlichen Komponenten einer Blockchain, sobald diese den Betrieb aufgenommen hat. Das setzt implizit eine lange Nutzungsdauer der Technologien voraus, aus denen die Blockchain besteht. So müssen die kryptographischen Verfahren für die gesamte Einsatzdauer der Blockchain gültig bleiben – und dabei kann es durchaus um Jahrhunderte gehen. Das gilt auch für den Blockchain-Algorithmus und Konfliktlösungen. Außerdem ergibt sich für Menschen, die die Blockchain entwickeln, ein Problem aus deren Unveränderlichkeit: Es ist sehr schwierig, Fehler zu beheben oder Anpassungen am Blockchain-Protokoll vorzunehmen. Diese Merkmale führen dazu, dass das gesamte Blockchain-Technologiepaket weniger flexibel als andere Technologien ist.

Kritische Größe

Die Robustheit gegenüber Manipulationen und somit die Vertrauenswürdigkeit der kollektiv geführten Transaktionsdatenhistorie beruht auf der Annahme, dass der Großteil der Rechenleistung im System von ehrlichen Knoten kontrolliert wird. Allerdings kann in kleinen Peer-to-Peer-Systemen mit begrenzter Rechenleistung auch die Mehrheit noch sehr klein sein, sodass ein ​51-Prozent-Angriff für einen Angreifer mit genügend Rechenleistung möglich und ökonomisch lohnenswert sein kann. Dieses Problem ist besonders für Kryptowährungen​ mit geringer Marktkapitalisierung und kleiner Anwenderzahl relevant. Daher benötigt jede Blockchain eine kritische Masse an ehrlichen Knoten, die sie unterstützen und vor Angreifern mit hoher Rechenleistung schützen. Das Erreichen der kritischen Größe​, ab der 51-Prozent-Angriffe nicht mehr möglich sind, ist eine Herausforderung, der sich jede neue Blockchain stellen muss.

Nicht technische Beschränkungen der Blockchain

Die wichtigsten nicht technischen Beschränkungen der Blockchain sind:

Mangel an rechtlicher Anerkennung

Die Blockchain ist eine Technologie, die ihren Anwendern die Möglichkeit bietet, Eigentum in einem offenen und rein verteilten Peer-to-Peer-System zu regeln und zu übertragen. Die Art der kollektiven Verwaltung von Eigentum durch unabhängige Peers mithilfe verteilter Konsensentscheidungen hat Fragen bezüglich der Rechtsfolgen der in der Blockchain getätigten und verwalteten Transaktionen aufgeworfen. Diese Fragen, die rechtlichen Folgen und die Akzeptanz der in der Blockchain durchgeführten Transaktionen betreffend, verdienen unsere Aufmerksamkeit, und zwar ungeachtet der Sicherheit, Absicherung und Ausgereiftheit der Technologie an sich. Es geht um die Einbindung eines neuen Ansatzes zur Verwaltung von Eigentum in eine bestehende Rechtsordnung. Falls Sie das Aufkommen und die Entwicklung des Internets miterlebt haben, fällt Ihnen vielleicht eine Ähnlichkeit zwischen der heutigen rechtlichen Stellung der Blockchain und der mangelnden rechtlichen Anerkennung des Internethandels in den 1990er-Jahren auf.

Mangel an Nutzerakzeptanz

Die Nutzerakzeptanz oder der Mangel daran ist eine weitere Beschränkung, die nicht unterschätzt werden darf. Der rechtliche Schwebezustand der Blockchain verursacht Unsicherheit unter ihren Anwendern. Und das wiederum führt zu einer mangelnden Einsatzbereitschaft dieser Technologie. Auch Kenntnis und Wissensvermittlung spielen eine Rolle bei der Nutzerakzeptanz. Es ist nicht realistisch zu glauben, dass Kunden die Blockchain benutzen und ihr vertrauen werden, wenn ihnen die fundamentale Funktionsweise unbekannt ist.

Überwinden der Beschränkungen

Die technischen und nicht technischen Beschränkungen gelten als hohe Hürden für den Einsatz der Blockchain in der realen Welt. Wie sich bestimmte Beschränkungen überwinden lassen, war und ist weiterhin ein aktives Thema der Forschung und Weiterentwicklung. Eine detaillierte Erörterung dieser Aktivitäten würde den Rahmen dieses Buchs sprengen, allerdings geben die folgenden Abschnitte Anregungen zum Überwinden​ der Beschränkungen der Blockchain.

Technische Beschränkungen

Zum Überwinden technischer Beschränkungen der Blockchain sind möglicherweise weitere Eingriffe bei allen Komponenten und auf allen technischen Ebenen erforderlich. Eine der größten Herausforderungen in diesem Kontext besteht in der Unterscheidung zwischen Verbesserungen der bestehenden Technologie und einer fundamentalen Änderung der Technologiebasis selbst. Das ist Thema des nächsten Schritts.

Nicht technische Beschränkungen

Die nicht technischen Beschränkungen der Blockchain lassen sich als gesellschaftliche, wirtschaftliche, rechtliche und psychologische Aspekte bei der Einführung einer neuen Technologie betrachten. Bildung und Gesetzesinitiativen können als angemessene Maßnahmen für die Akzeptanz der Blockchain gelten. Das Beispiel des Internets und des E-Commerce hat bereits gezeigt, dass Rechtsfragen zu neuen Technologien nicht von heute auf morgen beantwortet werden können. Auch die Anwender benötigen Zeit, um die Technologie zu begreifen, ihr zu vertrauen und sie schließlich einzusetzen. Zum Glück hat der Fall des Internets und des E-Commerce auch gezeigt, dass Bildungs- und Aufklärungsinitiativen bezüglich der Funktionsweise neuer Technologien die Akzeptanz und Verbreitung unter den Anwendern fördern und die Lösung rechtlicher Fragen vorantreiben.

Ausblick

In diesem Schritt wurden die wesentlichen technischen und nicht technischen Beschränkungen der Blockchain, die als Hindernisse für deren Verbreitung dienen, behandelt. Bildungs- und Gesetzesinitiativen können als Möglichkeit zur Überwindung der nicht technischen Beschränkungen der Blockchain betrachtet werden. Im nächsten Schritt geht es um das Überwinden einiger der technischen Beschränkungen.

Zusammenfassung

[1] Nakamoto, Satoshi. Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system. 2008. https://bitcoin.org/bitcoin.pdf.

[2] Taylor, Michael Bedford. Bitcoin and the age of bespoke silicon. In Proceedings of the 2013 International Conference on Compilers, Architectures and Synthesis for Embedded Systems. Montreal: IEEE Press, 2013.

[3] Kroll, Joshua A., Davey, Ian C. und Felten, Edward W. The economics of Bitcoin mining, or Bitcoin in the presence of adversaries. Proceedings of WEIS. 2013.