Was ist das Blockchain-Trilemma?

Zentrale Erkenntnisse

Das Blockchain-Trilemma beschreibt die Herausforderung, Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit in verteilten Netzwerken gleichzeitig zu erreichen – eine Verbesserung eines Aspekts geht meist zulasten eines anderen. Verschiedene Ansätze wie Layer 1- und Layer 2-Lösungen versuchen, diese Grenzen zu überwinden, doch eine endgültige Lösung steht noch aus. Trotz angeblicher Durchbrüche bleibt die vollständige Lösung des Trilemmas offen.

Das Blockchain-Trilemma, auch als Skalierbarkeits-Trilemma bekannt, beschreibt das grundlegende Problem beim Skalieren verteilter Systeme. Die zentrale Idee dahinter: Die drei Hauptmerkmale der Blockchain – Dezentralisierung, Sicherheit und Leistung – lassen sich nicht gleichzeitig auf höchstem Niveau erreichen. Dezentrale Netzwerke können immer nur zwei dieser Eigenschaften stark ausprägen; wird eine verbessert, leidet zwangsläufig eine andere.

Am Beispiel von Bitcoin lässt sich das gut erklären: Diese Blockchain verarbeitet nur etwa sieben Transaktionen pro Sekunde, neue Blöcke werden alle zehn Minuten gemined. Wenn das Netzwerk ausgelastet ist, können Transaktionen mit niedrigen Gebühren sehr lange dauern. Vereinfacht gesagt: Sicherheit und Dezentralisierung sind hoch, die Leistung bleibt jedoch gering.

Eine Möglichkeit, die Leistung zu steigern, wäre größere Blöcke – das erhöht jedoch die Komplexität. In der Folge bleiben nur große Mining-Pools übrig, das Netzwerk wird zentralisierter. Wird die Blockzeit verkürzt, leidet die Sicherheit, weil die Nodes womöglich nicht rechtzeitig einen Konsens erreichen, bevor neue Blöcke entstehen.

Die Geschichte des Blockchain-Trilemmas

Der amerikanische Informatiker Eric Brewer formulierte bereits in den 1990er-Jahren das CAP-Theorem (formal bewiesen 2002). Es besagt, dass jedes verteilte Datensystem nur zwei der drei Eigenschaften Konsistenz, Verfügbarkeit und Partitionstoleranz gleichzeitig gewährleisten kann. Entwickler dezentraler Systeme müssen also eine dieser Eigenschaften zugunsten der anderen beiden opfern.

Dieses Theorem wurde später auf die Blockchain übertragen und von Vitalik Buterin populär gemacht. Sein Ethereum-Projekt war die erste Plattform für die Entwicklung von DApps. Da dezentrale Anwendungen potenziell unbegrenzt wachsen können, bestand die Hauptaufgabe der Ethereum-Entwickler darin, den Durchsatz des Netzwerks zu erhöhen, ohne Dezentralisierung oder Sicherheit zu gefährden.

Wie verschiedene Netzwerke das Blockchain-Trilemma erleben

Jede verteilte Datenbank weist drei Haupteigenschaften auf:

• Skalierbarkeit (Fähigkeit der Blockchain, die Leistung zu steigern und mehr Transaktionen pro Sekunde zu verarbeiten);
• Sicherheit (Widerstandsfähigkeit gegen Hackerangriffe);
• Dezentralisierung (kein zentrales Steuerungsorgan, vollständige Verteilung der Kontrolle auf alle Teilnehmer).

Anhand einiger Beispiele lässt sich zeigen, wie sich das Blockchain-Trilemma auf verschiedene dezentrale Netzwerke auswirkt:

• Traditional blockchains (wie Bitcoin und Litecoin): Hier müssen alle Teilnehmer jede Transaktion bestätigen. Das sorgt für hohe Sicherheit und Dezentralisierung, bremst aber die Leistungsfähigkeit.
• High-speed networks: Diese Netzwerke setzen auf wenige, aber leistungsstarke Nodes mit hohen Anforderungen. Dadurch erreichen sie gute Performance und hohe Sicherheit, aber die Dezentralisierung leidet deutlich.
• Multichains: Hier werden Anwendungen über verschiedene Netzwerke verbunden, die mittels Cross-Chain-Interoperabilitätsprotokollen (CCIPs) miteinander kommunizieren. Solche Blockchains bieten hohe Dezentralisierung und Skalierbarkeit, allerdings auf Kosten der Sicherheit: Ein Angreifer müsste nur die Mehrheit der Nodes in einem Netzwerk übernehmen, um das gesamte System zu gefährden – mit potenziell gravierenden Folgen für alle Teilnehmer.

Gibt es eine Lösung für das Blockchain-Trilemma?

Entwickler dezentraler Ledgers haben im Laufe der Jahre zahlreiche Ansätze zur Lösung des Blockchain-Trilemmas erprobt.

Heute arbeiten Entwickler vor allem in zwei Bereichen an Lösungen: Netzwerk-Layer 1 und 2.

• Layer 2: Einige Blockchains versuchen, das Skalierungsproblem zu lösen, indem sie einen Teil der Last auf „Layer 2“ auslagern – also auf eine separate Blockchain. Beispiele für Layer-2-Lösungen auf Ethereum sind die Netzwerke Optimism, Arbitrum und Polygon.
• Layer 1: Lösungen auf Layer 1 erfordern Änderungen an der Architektur der Haupt-Blockchain. Je nach Netzwerk setzen Entwickler auf unterschiedliche Ansätze: Umstieg von PoW (Proof-of-Work), das vergleichsweise langsam ist, auf andere Konsensmechanismen, Sharding, größere Blöcke oder kürzere Blockzeiten. Die Entwicklung und Umsetzung solcher Änderungen ist jedoch deutlich komplexer und zeitaufwendiger als Layer-2-Lösungen.

Manche Projekte behaupten, sie hätten das Trilemma bereits gelöst und nicht nur einen „beinahe perfekten Kompromiss“ gefunden. So verkündeten etwa die Kaspa-Entwickler im vergangenen Jahr, dass das Trilemma dank BlockDAG auf ihrem Netzwerk kein Problem mehr sei. Mehr zu BlockDAG und Kaspa findest du hier.

Immer neue Ideen werden entwickelt, um eine der drei Kerneigenschaften der Blockchain zu stärken, ohne die anderen beiden zu beeinträchtigen. Ob das Blockchain-Trilemma je vollständig gelöst wird, bleibt abzuwarten.