Das Blockchain-Trilemma, auch Skalierbarkeits-Trilemma genannt, ist ein Theorem, das das grundlegende Problem der Skalierung verteilter Systeme beschreibt. Es basiert auf der Idee, dass die drei Hauptmerkmale der Blockchain (Dezentralisierung, Sicherheit, Leistung) nicht gleichzeitig gleich gut unterstützt werden können. Dezentrale Netzwerke können nur zwei der drei Merkmale auf hohem Niveau bereitstellen, was bedeutet, dass bei der Verbesserung eines davon zwangsläufig ein anderes Element darunter leidet.
Wir können dies am Beispiel von Bitcoin erklären. Diese Blockchain hat eine relativ geringe Anzahl von Transaktionen pro Sekunde – etwa sieben – und alle zehn Minuten werden Blöcke abgebaut. Wenn das Netzwerk überlastet ist, kann die Verarbeitung von Transaktionen mit niedrigen Gebühren daher sehr lange dauern. Einfach ausgedrückt werden Sicherheit und Dezentralisierung auf hohem Niveau unterstützt, die Leistung jedoch nicht.
Eine Möglichkeit zur Leistungssteigerung besteht darin, die Blockgröße zu vergrößern. Dies führt jedoch zu einer deutlichen Erhöhung der Komplexität. Infolgedessen verbleiben nur große Mining-Pools im Netzwerk und das System wird stärker zentralisiert. Wenn Sie versuchen, die Leistung durch Verkürzung der Mining-Zeit zu verbessern, leidet die Sicherheit, da die Knoten möglicherweise keine Zeit haben, einen Konsens zu erzielen, bevor neue Blöcke abgebaut werden.
Die Geschichte des Blockchain-Trilemmas
Der amerikanische Wissenschaftler und Informatikprofessor Eric Brewer formulierte das CAP-Theorem bereits in den 1990er Jahren (formal bewiesen wurde es 2002). Sein Kern ist die Idee, dass jeder verteilte Datenspeicher nur zwei von drei Schlüsseleigenschaften erfüllen kann: Konsistenz, Verfügbarkeit und Partitionstoleranz. Das bedeutet, dass Entwickler dezentraler Systeme eine der drei Eigenschaften opfern müssen, um die anderen beiden mit hoher Effektivität unterstützen zu können.
Dieses Theorem wurde später für die Blockchain angepasst und von Vitalik Buterin populär gemacht. Sein Ethereum-Projekt wurde die erste Plattform, die den Einsatz von DApps unterstützte. Angesichts der Tatsache, dass dezentrale Anwendungen potenziell ein unbegrenztes Wachstum der Benutzerzahlen verzeichnen könnten, bestand die Hauptaufgabe der Ethereum-Entwickler darin, den Netzwerkdurchsatz zu erhöhen, ohne die Dezentralisierung oder Sicherheit zu beeinträchtigen.
Wie verschiedene Netzwerke das Blockchain-Trilemma erleben
Es wurde festgestellt, dass jede verteilte Datenbank drei Hauptmerkmale aufweist:
- Skalierbarkeit (die Fähigkeit der Blockchain, die Leistung zu steigern, was bedeutet, immer mehr Transaktionen pro Sekunde zu verarbeiten);
- Sicherheit (Widerstand gegen Hackerangriffe);
- Dezentralisierung (Fehlen eines zentralen Verwaltungsorgans, vollständige Verteilung der Kontrolle über die Funktionsweise des Netzwerks auf die Teilnehmer).
Sehen wir uns nun einige Beispiele an, um die Auswirkungen des Blockchain-Dilemmas auf verschiedene dezentrale Netzwerke zu erklären.
- Traditionelle Blockchains (wie Bitcoin und Litecoin). Teilnehmer dieser Netzwerke müssen jede Transaktion bestätigen, was die Sicherheit und Dezentralisierung deutlich erhöht, aber die Produktivität einschränkt.
- Hochgeschwindigkeitsnetze . Diese Netzwerke verfügen über eine kleine Anzahl von Knoten im Betrieb, aber jeder von ihnen muss strenge Anforderungen erfüllen. Dieser Ansatz verleiht dem Netzwerk eine gute Leistung und ein hohes Maß an Sicherheit, reduziert jedoch die Dezentralisierung erheblich.
- Multichains . Das Prinzip dieses Ansatzes besteht darin, Anwendungen an verschiedene Netzwerke anzubinden, die über Cross-Chain Interoperability Protocols (CCIPs) miteinander interagieren. Blockchains dieser Art weisen ein hohes Maß an Dezentralisierung und Skalierbarkeit auf, allerdings leidet darunter die Sicherheit. Denn um einen erfolgreichen Angriff auf das gesamte System durchzuführen, müsste ein Hacker lediglich die Kontrolle über die Mehrheit der Knoten in nur einem Netzwerk übernehmen. Dies würde die Struktur des Ökosystems bedrohen und katastrophale Folgen für alle Teilnehmer haben.
Gibt es eine Lösung für das Blockchain-Trilemma?
Entwickler dezentraler Ledger haben im Laufe der Jahre viele Versuche unternommen, das Blockchain-Trilemma zu lösen.
Heute gibt es zwei große Bereiche, in denen Entwickler dezentraler Ledger an Lösungen für das Blockchain-Trilemma arbeiten: Netzwerkschicht 1 und 2 .
- Schicht 2. Einige Blockchains, die das Skalierbarkeitsproblem lösen möchten, entscheiden sich dafür, einen Teil ihrer Last auf „Schicht 2“ zu migrieren, was in Wirklichkeit eine separate Blockchain ist. Einige Beispiele für Schicht-2-Lösungen auf Ethereum sind die Netzwerke Optimism, Arbitrum und Polygon.
- Schicht 1. Lösungen, die Schicht 1 betreffen, erfordern Änderungen an der Architektur der Hauptblockchain. Entwickler verschiedener Netzwerke bieten unterschiedliche Lösungen an: Umstellung vom langsamen PoW (Proof-of-Work) auf andere Konsensalgorithmen, Sharding, Erhöhung der Blockgröße oder Verkürzung der Mining-Zeiten und mehr. Es ist anzumerken, dass das Entwerfen und Implementieren dieser Änderungen viel schwieriger ist und länger dauert als Lösungen für Schicht 2.
Einige Projektentwickler behaupten, sie seien über „nahezu perfekte Kompromisse“ hinausgegangen und hätten das Trilemma tatsächlich gelöst. Letztes Jahr gaben beispielsweise die Entwickler von Kaspa bekannt , dass das Trilemma dank BlockDAG in ihrem Netzwerk kein Problem mehr darstellt. Lesen Sie unseren Artikel, um mehr darüber zu erfahren, was BlockDAG ist und wie Kaspa funktioniert.
Es gibt immer mehr Ideen für mögliche Verbesserungen der Blockchain, die eines der drei Kernmerkmale verbessern, ohne die anderen beiden zu beeinträchtigen. Ob das Blockchain-Trilemma jemals vollständig gelöst werden kann, wird nur die Zeit zeigen.