Per Anhalter durch die Blockchain - Marcel Waldvogel DNIP 2022-04-11 - Das Netz ist politisch
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Per Anhalter durch die Blockchain
Marcel Waldvogel • DNIP • 2022-04-11
Blockchain, Kryptowährungen, Smart Contracts, von einer persönlichen Bewertung und einer Liste von
Web3 und NFTs sind zur Zeit in aller Munde. Fast je- Fragen zum Mitnehmen. Aufgrund der Komplexität der
der hat dazu eine Meinung, aber kaum jemand ver- Materie ist diese strikte Trennung nicht immer aufrecht-
steht die Hintergründe und Zusammenhänge. Diese zuerhalten, aber ich versuche es zumindest.
Artikelserie bietet eine strukturierten Einordnung
1. Welche Hoffnungen und Versprechungen hinter
von Versprechen, Technik und Realität; allgemein-
der entsprechende Technologie stehen und welche
verständlich erklärt an praktischen Beispielen wie
Problem sie lösen sollen.
weltraumfahrenden, anarchistischen Notaren. Hier
2. Einen allgemeinverständlichen Überblick über die
ist der druckfrische Teil 1 einer Trilogie in fünf Bän-
Funktionsweise der zugrundeliegenden Technik
den: Die eigentliche Blockchain, Kryptowährungen,
und über ihre Möglichkeiten und Grenzen.
Smart Contracts, Web3 und NFTs.
3. Ist die Blockchain-basierte Lösung die einzige Mög-
Lösungen auf Blockchain-Basis werden schon seit Jahren lichkeit, dieses Problem anzugehen? Wenn nein, wel-
als Antwort auf jedes Problem gehandelt, was nur halb- che Alternativen gibt es?
wegs mit IT, Digitalisierung, Demokratie und Gesell- 4. Wie sieht eigentlich die Realität hinter den Verspre-
schaft zu tun hat. Wie immer, wenn es um Neues geht, chungen aus?
tauchen Denker, Goldgräber, Trittbrettfahrer, Scharlata- 5. Eine subjektive Bewertung der Technologie auf Basis
ne und Endzeitpropheten auf und erschweren den der obigen vier Punkte.
Durchblick. Das Ziel dieser Serie ist es, sowohl Neulingen 6. Eine Liste von Fragen, die sich jeder stellen sollte,
als auch Kennern einen verständlichen, fundierten Ein- bevor er (mehr) in die jeweilige Schicht investiert, so-
blick zu geben. Insbesondere, soll–so gut es bei diesem wohl technologisch als auch finanziell.
sehr komplexen Themengebiet möglich ist–Eigenschaf-
Also, strecken wir alle gemeinsam unsere elektronischen
ten und Zusammenhänge transparent, fundiert und
Daumen hoch, stecken die Babelfische in die Ohren und
strukturiert vermittelt werden. Einleuchtende und ein-
ab geht die Post! Erster Halt: Die grundlegende Schicht,
gängige Metaphern dürfen dabei natürlich nicht zu kurz
die Blockchain selbst.
kommen.
Dazu wird das Themengebiet in die folgenden fünf Ich habe versucht, den ganzen Text neutral zu schrei-
Schichten aufgeteilt: ben. Doch im Laufe meiner Recherchen habe ich zwei
Dinge gelernt:
1. Die eigentliche Blockchain, in der die Daten trans-
parent und unveränderlich gespeichert werden (hier • Von den Blockchain-Verfechtern wird kritisiert, dass
in diesem Artikel), das aktuelle Wirtschaftssystem von Gier, Ineffizienz,
2. den darauf aufsetzenden Kryptowährungen wie Bit- Intransparenz und übermässiger Komplexität geprägt
coin und deren Verwandten, welche das Finanzsys- sei. Aber das Ziel, auf das die Verfechter hinarbeiten,
tem revolutionieren sollen (in einem Folgeartikel), ist ein neues, nun digitales Wirtschaftssystem, wel-
3. Smart Contracts, «intelligente Verträge», die als ches von Gier, Ineffizienz, Intransparenz und über-
Verallgemeinerungen von Kryptowährungs-Transak- mässiger Komplexität geprägt wird.
tionen auch komplexe Verträge abbilden sollen (in ei- • Wann immer ich nach dem konkreten Vorteil von
nem Folgeartikel). Blockchain-basierten Technologien gegenüber einem
Auf diesen Smart Contracts wiederum bauen auf: Ansatz ohne Blockchain gefragt habe, wurden die
Antworten ausweichend oder widersprüchlich.
4. Non Fungible Tokens (NFTs), in etwa «nicht-aus-
tauschbares digitales Objekt», digitale Kunstwerke, Trotzdem denke ich, dass dieses Umfeld eine sachliche
welche den Kunsthandel und das Urheberrecht revo- Betrachtung verdient hat, weil durch das Blockchain-
lutionieren wollen (in einem Folgeartikel); und Umfeld etliche wichtige Fragen aufgeworfen werden,
5. das Versprechen eines demokratisierten Internets, die für unseren Zukunft als Gesellschaft und unseren
des Web 3.0 oder auch Web3, das unter anderem De- Umgang mit Technik relevant sind. Schon alleine, dass
zentrale Autonome Organisationen (DAO) ermögli- der Begriff «Blockchain» sich eine Dekade lang in den
chen soll (in einem Folgeartikel). Buzzword-Charts halten konnte, erfordert eine vertief-
te sachliche Betrachtung mit dem Phänomen.
Jede dieser fünf Schichten wird zuerst in vier Kapiteln
möglichst verständlich und objektiv analysiert, gefolgt
—1—
Per Anhalter durch die Blockchain Marcel Waldvogel
Teil 1: Die Blockchain und Entscheidungsträgerinnen (und Grossväter und
Enkelinnen) geschrieben: Viele einprägsame Analogi-
en und erklärende Vergleiche mit der realen Welt,
TL;DR (oder das Summary für alle, die keine Ma-
auch geeignet, um ein Geschäfts- oder Familienessen
nager sind)
aufzulockern.
• «Hinreichend fortschrittliche Technologie ist nicht
Ich finde, der Text verdient Chance: Der Vorteil von
von Magie zu unterscheiden», aber wenn eine Tech-
Text ist, dass man jederzeit einzelne Passagen überflie-
nologie als Magie verkauft wird, sollte man unbe-
gen kann und ihn später reumütig doch noch lesen,
dingt fragen, ob sie auch nur dazu taugt. (Oder an-
ohne dass er das einem übel nimmt. Die oft überspitz-
ders gesagt: Wenn etwas zu gut scheint, um wahr zu
ten, farbig hervorgehobenen Einleitungssätze eines
sein, ist es das häufig auch.)
Kapitels helfen hoffentlich bei diesen Leseentschei-
• «Wenn Sie einen Scheissprozess mit einer Blockchain dungen.
versehen, haben Sie einen Scheiss-Blockchain-
Prozess». (Oder anders gesagt: Gute Lösungen ent- Die Blockchain und mit ihr der Bitcoin entstanden zum
stehen nicht quasi automatisch durch Einkauf von Höhepunkt der Finanzkrise 2008. Sie sind als Gegenbe-
Beratern oder Technologie, schon gar nicht, wenn wegung zur Rolle der Banken in dieser Krise zu sehen,
diese neue Komplexität und Ineffizienzen mit sich die mit intransparenten Finanzprodukten auf schlechten
bringen.) Hypothekarrisiken zuerst Gewinne und nachher, bedingt
durch ihre Systemrelevanz («too big to fail»), Rettungs-
• Eine gute Idee alleine ist nicht automatisch Teil einer
gelder erwirtschafteten. Entsprechend zieht sich auch
guten Lösung. (Oder anders gesagt: Auch ein
der Wunsch zur Transparenz und nach Unabhängigkeit
Hammer sollte mal andere Freunde kennenlernen als
von zentralen Organisationen (Banken, Staaten) als Leit-
nur Nägel.)
motiv durch alle Ebenen des Blockchain-Ökosystems.
• Vertrauen erhöht die Effizienz und reduziert Komple-
Diese Entwicklung trägt die Handschrift der
xität. Blockchainlösungen wollen auf jegliche Form
Kryptoanarchie und des Anarchokapitalismus, also von
von Vertrauen verzichten. Sie erkaufen sich dies mit
Bewegungen, welche Vertrauen in Organisationen und
Ineffizienz und Komplexität. (Oder anders gesagt:
Strukturen vermeiden wollen und insbesondere dem
Komplexität ist der Feind von Sicherheit, Transpa-
Staat misstrauen. Vertrauen verdienten nur Programme
renz, Effizienz und Vertrauen.)
(«Code is Law,» (Programm-)Code ist Gesetz) oder freie,
Dies ist kein «Management Summary» sondern d.h. unregulierte, Märkte. Diese Handschrift zieht sich
ein «Summary für Nicht-Manager» (bzw. Nicht- durch alle Ebenen, auch wenn sie bei den Kryptowährun-
Entscheidungsträger), weil ich der Meinung bin, gen und Smart Contracts am stärksten sichtbar sind.
dass ganz besonders Entscheidungsträger so viel
von einer als revolutionär gehandelten Technolo-
gie verstehen sollten, dass sie auch die richtigen Versprechungen
Fragen stellen können, um Blendwerk von echtem
Nutzen zu unterscheiden. Das einzige Kapitel, das Ihnen Blockchain-Enthusias-
ten empfehlen würden.
Die Blockchain wurde als Lösung für ein ganz spe-
zifisches, besonders komplexes Problem geschaf- Da Blockchain und Bitcoin gleichzeitig entstanden sind,
fen. Für dieses Problem mag es–direkt ange- wird der Begriff Blockchain umgangssprachlich (pars
wandt–eine gute Lösung sein. Für die meisten an- pro toto) für darauf aufsetzende Anwendungen (Kryp-
deren Prozesse ist es massives Over-Engineering, towährung, Smart Contracts etc.) sowie das jeweilige
da bereits kleine Änderungen an den Vorbedin- Ökosystem verwendet. Im Rahmen dieser Serie versu-
gungen zu deutlich effizienteren Lösungen füh- che ich, die Begriffe klar zu trennen.
ren. Um diese Faktoren zu kennen und zu begrei-
Die vier bis sechs Eigenschaften (Tabelle 1), die eine
fen ist aber ein tiefer gehendes Verständnis nötig.
Blockchain hat bzw. haben soll, sind nicht einheitlich de-
Und genau dies ist das Ziel dieses Textes.
finiert:Sehen wir uns exemplarisch die vier Kategorien
Der Text ist im Laufe seines Entstehens grösser gewor- aus Christian Cachins Präsentation an:
den als geplant. Er hat aber dadurch auch an Lesbar-
• Eine verteilte Buchführung (engl. «distributed led-
keit und Verständlichkeit gewonnen. Anders gesagt, er
ger») als Transaktionsliste mit unveränderlicher Ver-
wurde gerade mit dem Zielpublikum Führungskräfte
gangenheit.
—2—
Per Anhalter durch die Blockchain Marcel Waldvogel
Wikipedia Christian Cachin/IBM MoreThanDigital
Verkettung Verteilte Buchführung Datenintegrität
Dezentrale Speicherung Kryptographie Zuverlässigkeit
Konsens Verteilter Konsens Schnelle Speicherung
Manipulationssicherheit Geschäftsprozesse Analyse, Transparenz
Transparenz, Vertraulichkeit — —
Nichtabstreitbarkeit — —
Tabelle 1: Eigenschaften der Blockchain
• Kryptographie zur Gewährleistung der Integrität der kumentation der Lieferketten vom Ursprung in den
Buchführung und Authentizität der Transaktionen. Laden. Schnellere/einfachere/günstigere Nachfor-
schungen.
• Verteilter, ausfalltoleranter Konsens über den Inhalt
der Buchhaltung und die Validität der Transaktionen: • Mobilität: Zugriffsrechte, Dokumentation von Eigen-
Alle Blockchain-Teilnehmer sollen sich auf eine ein- tum, automatische Fahrzeugmiete+Abrechnung, siche-
heitliche Weltsicht (z.B. Kontostände) einigen können, re Abrechnung auch bei Elektrifizierung.
auch wenn nicht immer alle Teilnehmer verfügbar
• Energiemarkt: Umgang mit Wandel, Nachvollzieh-
sind.
barkeit von Transaktionen (private Energieeinspei-
• Geschäftsprozesse («business logic»), welche die Va- sung), Abrechnung/Bezahlung an E-Tankstellen.
lidität der Transaktionen gewährleisten und diese um-
• Digitale Wahlen: Keine Angst vor Manipulation,
setzen sollen (Kontoführung, Smart Contracts, …).
Nachverfolgung jeder Stimme.
Diesen Bereich verschieben wir auf die nächsten bei-
den Artikel. • Zertifikate (Abschlusszeugnisse): Nicht fälschbare
Abschlüsse/Zertifikate ausstellen, international aner-
Das ist sehr abstrakt, insbesondere, wenn unklar ist, was
kannt.
damit eigentlich erreicht werden soll. Da sich dieser Arti-
kel vorgenommen hat, die komplexe Materie klar zu Diese Themen decken ein breites Spektrum ab, von der
strukturieren: Wozu möchte man aber diese Eigenschaf- eigentlichen Blockchain über Kryptowährungen bis zu
ten nutzen? Schauen wir uns also eine typische «10 Smart Contracts. Es wäre grossartig, wenn damit so viele
Anwendungen für Blockchain»-Liste an und extrahieren offenen Probleme der modernen Zivilisation gelöst wer-
bzw. strukturieren dann die dort aufgezählten Nutzen: den könnten. Da dies in den letzten 14 Jahren aber nicht
passiert ist, scheint es doch nicht ganz so einfach zu sein.
• Internationale Finanztransaktionen: Datenkonsis-
tenz, Manipulationssicherheit, keine Intermediäre → Schauen wir uns im folgenden (grossen) Technikkapitel
geringere Transaktionskosten und höhere Transakti- die Eigenschaften und Techniken an, mit denen diese
onsgeschwindigkeit. Herausforderungen gelöst werden sollen, bevor wir uns
an den Realitätscheck machen. Da wir uns hier auf die ei-
• Gesundheitswesen: Ablage in verteiltem Netz er-
gentliche Blockchain fokussieren, werden wir am Ende
laubt Speicherung sensibler Daten: Patientenakte, me-
dieses Kapitels die Bereiche Datenkonsistenz/Manipula-
dizinische Befunde und Krankheitsverläufe. Zugriff nur
tionssicherheit, Vermeidung von Datenverlusten, Trans-
vom Eigentümer freigeschaltete Nutzer.
parenz/Aufzeichnungen und (teilweise) Zuordnung/
• Identitätsmanagement: Ausweisdokumente digital Nachvollziehbarkeit/Fälschungssicherheit aufgreifen.
sicher umsetzbar, keine Datenverluste; sicherer und Den Rest der Punkte schauen wir in den nachfolgenden
schneller. Kapiteln genauer an, nachdem die dafür notwendigen
Grundsteine gelegt wurden.
• Vermeidung von Geldwäsche: Transparenz, Auf-
zeichnungen und Zuordnung.
• Versicherungen: Smart Contracts zur Abwicklung
von Schadensfällen, Erkennung von Versicherungsbe-
trug.
• Supply Chain Management: Einfachere Verträge,
kontinuierliches Tracking der Güter, transparente Do-
—3—
Per Anhalter durch die Blockchain Marcel Waldvogel
1. Die Struktur und Funktion der Blockchain.
t 2. Wie ein Block hinzugefügt wird, obwohl kein
Dienstplan existiert (der Konsens).
3. Wie die Knoten miteinander kommunizieren (das
Zeit Konto des
Absenders Peer-to-Peer-Netzwerk).
Metadaten
4. Wieso sich das jemand antut (der Anreiz).
Empfänger
Empfänger
Schürfer Empfänger
Empfänger
Betrag 5. Wie ein gültiger Block erzeugt wird (das Mining und
Transaktion «Proof of Work»).
Gebühr
6. Wie man das sonst noch regeln könnte («Proof of
Verkettung Unterschrift Stake» und Freunde).
Danach folgt eine kurze Zusammenfassung, damit man
nach lauter Bäumen den Wald wieder sieht.
Bevor wir eine digitale Blockchain analysieren, bauen wir
Chain Block Transaktion
uns eine Analogie mit Papier und Büros und schauen zu,
Abbildung 1: Überblick über die Elemente der Bitcoin-
anarchische Buchhalter oder Notare eine fälschungssi-
Blockchain. Links, die eigentliche Chain, eine Verkettung von
Blöcken. Jeder Block (Mitte) beinhaltet insbesondere eine Liste chere Loseblattsammlung führen würden. Wer will (und
von Transaktionen (Rechts). die Hitchhiker's-Guide-Hintergründe kennt), darf sich
diese gerne als Mitglieder der golgafrinchanischen «B»-
Technik Arche vorstellen.
Das Kapitel, in dem der schier undurchdringliche
Dschungel erkundet und kartiert wird. Analogie: Notariat
Schon alleine die Technik der untersten Ebene ist ziem- Das Unterkapitel, in dem wir uns eine unveränderliche
lich komplex. Bevor wir in die Tiefe gehen, hier ein Über- Loseblattsammlung bauen.
blick, basierend auf Bitcoin.
Beginnen wir unsere Transaktionsliste #1
Die Bitcoin-Blockchain besteht aus einer Kette aus Blö- Annäherung an die vom 2022-02-22:
cken («Chain» im rechten Bild), die im Verlaufe der Zeit Blockchain-Technik mit
1. Hans → Regula: 500 CHF
wächst. (In Ausnahmefällen kann sie sich auch einer Analogie aus der 2. Karin → Peter: 800 CHF
verzweigen, wie wir weiter unten noch sehen werden.) analogen Welt: Einer
Aktuell ist die Bitcoin-Blockchain rund 725 000 Blöcke anarchischen Mischung Die Richtigkeit bestätigt
lang und etwa alle 10 Minuten kommt ein neuer hinzu. zwischen Buchhaltung Notarin Nora
Jeder dieser Blöcke beinhaltet eine Sammlung von Trans- und Notariat. (Als
aktionen. Verwaltet wird das ganze gemeinsam (im Kon- Jungnotare dürfen sie
sens) von den Rechnern (Knoten), die das System auf- vorerst nur mit kleinen
bauen und wo eigentlich jeder mitmachen kann (es Finanzwerten jonglie-
braucht keine spezielle Berechtigung). ren. In späteren Kapi-
teln dürfen sie dann
Um das Zusammenspiel zu verstehen, sehen wir uns das auch Verträge und
in mehreren Teilschritten an, die zusammen ein Inhalts- Transfers von Sachwer-
verzeichnis dieses Technikkapitels ergeben: ten beglaubigen. Des- Abbildung 2: Erstes gestempeltes
halb nennen wir sie Loseblatt
auch jetzt schon «Notare», auch wenn sie vorerst eher
Buchhaltung betreiben.)
Aus Effizienzgründen teilen sich mehrere Notare die Ar-
beit. Weil sie es alle mit dem Rücken haben, wurde das
grosse, schwere Notariatsbuch mit den gesammelten Be-
stätigungen der letzten Jahrhunderte abgeschafft. Statt-
dessen wird eine (bei Juristen sowieso viel beliebtere) Lo-
—4—
Per Anhalter durch die Blockchain Marcel Waldvogel
Transaktionsliste #2 seblattsammlung ver-
vom 2022-02-23: wendet. Am ersten Tag
(Abbildung 2) füllt also
1. Peter → Katja: 300 CHF
2. Miriam → Nora: 120 CHF
die zuständige Notarin
die Liste der Transaktio-
Die Richtigkeit bestätigt nen aus und bestätigt Block #3 @ 1547486400:
Notar Neo ihre Richtigkeit mit 1. 1989→1492: 1.4 BTC
ihrem amtlichen Stem- 2. 1315→1415: 0.9 BTC
Fortsetzung Transaktionsliste #1
von:
vom 2022-02-22:
1. Hans → Regula: 500 CHF
pel. Hash: BEEF→C0DE, Erzeuger: 1798
2. Karin → Peter: 800 CHF
Am nächsten Tag (Ab-
Die Richtigkeit bestätigt
Notarin Nora
bildung 3) wiederholt Block #2 @ 1547485800:
der diensthabende No- 1. 4010→8610: 3.1 BTC
tar dasselbe Prozedere. 2. 1848→1984: 2.7 BTC
Damit aber keiner der Hash: F00D→BEEF, Erzeuger: 2010
Abbildung 3: Zweites Loseblatt mit Notare später das Blatt
Kopie des ersten vom Vortag durch ein
anderes ersetzen kann, Block #1 @ 1547485200:
beinhaltet seine heutige Liste eine verkleinerte Kopie der 1. 4711→1337: 1.3 BTC
gelben Liste vom Vortag. Diese Zusammenstellung stem- 2. 1291→8260: 2.1 BTC
pelt er am Abend wie gewohnt zur Bestätigung der Rich- Hash: F00D, Erzeuger: 4010
tigkeit.
Abbildung 5: Die Blockchain als gestapelte Lego-Blöcke
Am dritten Tag (Abbildung 4) wiederholt sich der Vor- sich noch ändern, wenn wir uns der realen Blockchain
gang mit einem dritten Notar. Auch dieser stempelt am nähern.
Abend seine Liste zusammen mit einer verkleinerten Ko-
pie der Liste vom Vortag, auf der wiederum eine verklei-
nerte Kopie des vorletzten Tages zu erkennen ist und so Die digitale Blockchain
weiter. Das Unterkapitel, in dem wir die Loseblattsammlung
So erzeugen die Notare koordiniert eine gemeinsame mit Legosteinen digitalisieren.
Kette von Dokumenten. In dieser Kette kann kein vorhe-
riges Dokument ausgetauscht werden, ohne dass gleich- Wechseln wir zur digitalen Blockchain, so wie sie bei-
zeitig alle nachfolgenden Dokumente ebenfalls angepasst spielsweise von Bitcoin verwendet wird. Sie funktioniert
werden müssten. Und das würde definitiv auffallen. sehr ähnlich wie die obige Loseblattsammlung: Jeder
Block besteht aus einer Liste von Transaktionen und je-
Koordination bedingt aber auch Vertrauen und Anerken- mand bestätigt die Liste. Dieser Jemand ist hier allge-
nung von Autorität. Weiter unten werden wir sehen, wie mein der «Erzeuger»; bei Kryptowährungen wird er meist
Transaktionsliste #3 wir die Papier-Block- «Miner» genannt.
vom 2022-02-24: chain auch ohne diese
vorherige Absprache Über jeden Block kann man eine kryptografische
1. Heidi → Ernst: 620 CHF (und damit Vertrauen in Prüfsumme, einen sogenannten Hash, berechnen und die
2. Sepp → Hannah: 120 CHF Prüfsumme des Vorgängerblocks wird–analog zur ver-
irgend jemanden) lösen
kleinerten Kopie des Vortags im Notariatsbeispiel–im ak-
Die Richtigkeit bestätigt können, denn das ist
Notarin Naomi auch die kryptoanarchi- tuellen Block abgespeichert. Damit ist der neue Block un-
sche Grundlage für die abänderlich an seinen Vorgängerblock und indirekt da-
Fortsetzung digitale Blockchain.
Transaktionsliste #2
vom 2022-02-23:
mit auch an alle dessen Vorfahren gebunden.
von:
Zum genaueren Verständnis passen wir unsere stapelba-
1. Peter → Katja: 300 CHF
2. Miriam → Nora: 120 CHF
Der Einfachheit halber
ren Blöcke etwas an: Statt des immer gleichen, regelmäs-
Die Richtigkeit bestätigt
Notar Neo
haben unsere Junior-
Fortsetzung
sigen Legomusters, bei dem jeder Stein auf jeden anderen
Transaktionsliste #1
Notare vorerst einen
vom 2022-02-22:
von: 1. Hans → Regula: 500 CHF
2. Karin → Peter: 800 CHF
passt, hat nun jeder Block ein eindeutiges Punktemuster
Die Richtigkeit bestätigt
Notarin Nora
festen Arbeitsplan und
lieben ihre Freizeit, also oben, entsprechend seinem einmaligen Hash (Abbildung
gibt es keine Konflikte, 6). Der nachfolgende Block muss nun—wie Schlüssel und
Abbildung 4: Drittes Loseblatt mit wer für welchen Tag zu- Schloss—genau das dazu passende Lochmuster haben,
Kopie des zweiten, auf dem auch
ständig ist. Dies wird
das erste sichtbar ist
—5—
Per Anhalter durch die Blockchain Marcel Waldvogel
Block #1 @ 1547485200:
1. 4711→1337: 1.3 BTC
2. 1291→8260: 2.1 BTC
Hash: F00D, Erzeuger: 4010
Abbildung 6: Jeder Block ist einmalig (besonders sein
Abschluss)
damit die beiden Blöcke gestapelt werden können (Ab-
bildung 7). Abbildung 8: Wohl die bekanntesten Beispiele solcher
Selbstorganisation liefern Fisch- und Vogelschwärme. Vielleicht
Die Eigenschaften der verwendeten Hashes sind so, dass erinnern sich einige von Ihnen an die überspitzte (und damit
auch wenn alle Computer dieser Welt über Jahrmilliar- besonders eingängige) Darstellung der Mondfische in «Findet
Nemo». (Bild: adiprayogo liemena bei Pexels)
den nichts anderes tun würden, sie keinen zweiten Block
finden könnten, der denselben Hashwert besitzt. Im End-
Gesucht: Notare ohne Dienstplan
effekt haben wir damit eine perfekte Verkleinerung des
Vorgängerblocks im aktuellen Block gespeichert: Anstelle Das Unterkapitel, in dem wir die Notare befreien und
der 1-2 Megabyte, die ein typischer Vorgängerblock be- sie endlich selbstbestimmt leben und arbeiten dürfen.
legt, werden nur 32 Byte oder rund 50 000x weiger ver-
wendet. Unsere Notarinnen und Notare hatten bisher einen kla-
ren Dienstplan: An jedem Tag war genau eine einzige
(Im Gegensatz zur Papieranalogie, wo man aus der etwas Person für das Führen der Liste zuständig. Dafür haben
verkleinerten Kopie immer man noch alle Details direkt sie sich einvernehmlich abgesprochen oder ihre Chefin
herauslesen kann, ist es jedoch unmöglich, nur aus dem hat sie so eingeteilt. Bitcoin ist ein Kind sowohl der
Hash irgendwelchen Inhalt des Vorgängerblocks heraus- Krypto-Anarchie als auch der Empörung über das Verhal-
zulesen. Der eigentliche Zweck sowohl von Papierkopie ten der zentrale Machtstrukturen in der Finanzkrise; ent-
als auch Hash–die eindeutige Identifikation des Vorgän- sprechend darf da auf keinen Fall eine irgendwie geartete
gerblocks–ist in beiden Fällen vollständig erfüllt.) Vorgesetztenrolle existieren! Egal wie nützlich sie ist,
wenn es um Steigerung der Effizienz von Koordination
und Schaffung von Regeln geht: Irgendwann einmal
könnte ein Chef seine Macht missbrauchen und es gäbe
innerhalb des Systems keinen Mechanismus, dies zu ver-
hindern.
In der realen Welt gibt es Mechanismen zur Absetzung
Block #2 @ 1547485800: einer solcher missbräuchlichen oder korrupten Vorge-
1. 4010→8610: 3.1 BTC setzten, aber diese Korrekturen können mitunter lang-
2. 1848→1984: 2.7 BTC wierig und mühsam sein. Damit in der realen Welt sol-
Hash: F00D→BEEF, Erzeuger: 2010 che Entwicklungen möglichst häufig früh erkannt wer-
den können und rechtzeitig Gegensteuer gegeben wer-
den kann, hat der Mensch in seiner Entwicklungsge-
schichte Mechanismen wie Ehrlichkeit, Empathie und
Vertrauen geschaffen. Diese benötigen aber regelmässige
Interaktion und skalieren deshalb nicht auf 8 Milliarden
Block #1 @ 1547485200: Menschen. Und passen sowieso nicht in das kryptoanar-
1. 4711→1337: 1.3 BTC chische Weltbild, nachdem man sich von niemandem ab-
2. 1291→8260: 2.1 BTC hängig machen will.
Hash: F00D, Erzeuger: 4010
Damit bleibt nur noch die Absprache zwischen den Nota-
Abbildung 7: Der nächste Block muss die passenden Löcher ren als Ansatz, der oben schon angesprochene Konsens.
aufweisen, sonst ist nichts mit Stapeln Wir haben aber nicht nur keine Chefin, die einen Dienst-
—6—Per Anhalter durch die Blockchain Marcel Waldvogel
plan macht, wir haben auch Dieses Peer-to-Peer-System ist eine Ansammlung von
G keine Chefin, die Notare Rechnern («Knoten», in der Abbildung 9 die Kreise mit
einstellt oder sie zurück- den Buchstaben) und einer Anzahl Verbindungen (Kanä-
E F pfeift, wenn einer der Nota- le oder «Kanten») zwischen ihnen, über die Nachrichten
D re halt mal gerade keine ausgetauscht werden können. Hat jetzt der blaue Knoten
Lust haben sollte, zur Ar- A eine neue Nachricht, schickt er sie, gekennzeichnet
beit zu erscheinen. Das durch die blaue Pfeile, an alle seine Nachbarn; in diesem
C heisst, wir brauchen ein Falle B und C. Wenn die Information für diese beiden
System, das mit einer stän- neu ist und gültig aussieht, senden sie die Information
B dig wechselnden Menge an wiederum weiter an alle ihre anderen Nachbarn: So sen-
Notaren zurechtkommen det B die Nachricht an C und D (rote Pfeile); A wird aus -
A muss, die alle auch vorher gespart, da B die Nachricht ja von dort empfangen hat
keinen Eignungstest able- und damit weiss, dass A diese Informationen schon
Abbildung 9: Ein Netzwerk, um
gen wollen und ihre An- kennt.
sie alle zu (ver-)binden
und Abwesenheiten auch
C wiederum sendet die Nachricht an seine Nachbarn B, E
vorher nicht ankündigen möchten. Das reinste Chaos.
und F. Auf der Verbindung zwischen B und C ist die
Oder, etwas netter, ein selbstorganisierendes (oder,
Nachricht in beide Richtungen einmal unterwegs, da
gebildeter) autopoietisches System.
zum Zeitpunkt des Versands B und C noch nicht wissen,
Menschlichen Gruppen sind deutlich weniger homogen dass das jeweilige Gegenüber die Nachricht bereits
als Fischschwärme; entsprechend gibt es kaum kennt.
selbstorganisierende Gruppen mit mehr als einem
Dieses sogenannte «Flooding» sorgt für eine (winzige)
Dutzend Menschen. Spätestens für grössere Gruppen bil-
Flutwelle, die von A nach G durch das ganze System an
den sich deshalb Strukturen für die Arbeitsteilung her-
Kanälen schwappt. Viele der Teilnehmer erhalten die
aus. Diese reduzieren bei standardisierten Arbeitsabläu-
Nachricht mehrfach, im schlimmsten Fall je einmal von
fen den Koordinationsaufwand und erhöhen damit die
jedem Nachbarn. Nicht sehr effizient, aber so ist das nun
Effizienz. Aber genau diese Strukturen und die damit
einmal, wenn man niemandem trauen kann oder will.
einhergehenden Machtpositionen und Abhängigkeiten
will man bei Kryptowährungen vermeiden. Dies geht auf Schlussendlich bedeutet das nun für unsere Notare, dass
Kosten der Effizienz, wie im Folgenden erläutert. sie ihre Freizeit in den Kamin schreiben können: Dies ist
zwar nicht besonders motivationsförderlich, dafür aber
robust gegen den Ausfall (oder gar Böswilligkeit) von ein-
Struktur des Notariats zelnen Teilnehmern. Mangels zentraler Autorität fehlen
Das Unterkapitel, in dem die Notariate aus ihren Möglichkeiten für Sanktionen, also muss jeder zuerst für
Home-Offices miteinander zu kommunizieren lernen. sich selbst schauen und sich möglichst wenig auf Andere
verlassen. Aus dem kryptoanarchischen Blickwinkel ist
Damit unser papierbasierten Notare zusammen ein Nota- diese Verschwendung besser als Vertrauen; ein Muster,
riat bilden können, brauchen wir dazu sowohl das uns im gesamten Ökosystem immer wieder begleitet.
1. eine organisatorische Struktur (in diesem Unterkapi-
tel) und Zuckerbrot und Peitsche
2. ein Anreiz- bzw. Strafsystem (Zuckerbrot und Peit- Das Unterkapitel, in dem wir die freien Mitarbeiter
sche), also einen Ersatz für Chefinnen und Löhne, motivieren.
welches wir uns im Folgekapitel ansehen.
Das obige Fluten der Nachrichten durch das
Zuerst zur Struktur: Alle, die sich als Notare versuchen
Notariatsnetzwerk ist jedoch nur ein winziger Teil der
wollen, werden zum Zwecke des Informationsaustausch
Arbeit: Unsere Notare müssen nicht nur dauernd alle
Teil eines Netzwerks von gleichberechtigten Partnern, im
Nachrichten weiterleiten, es muss auch jeder dauernd die
Englischen auch als «Peer» bezeichnet. In diesem so auf-
Transaktionsliste nachführen, denn man will ja seinen
gebauten Peer-to-Peer-Netzwerk werden (1) Transaktio-
Kollegen nicht trauen. Das bedeutet im Gegenzug aber
nen, welche in die Blockchain aufgenommen werden sol-
auch, dass man von nun an keine Freizeit mehr hat, weil
len, allen mitgeteilt und (2) die neu geschaffenen fertigen
man rund um die Uhr damit beschäftigt ist, zu Arbeiten
Blöcke (oder in der Analogie die gestempelten Papierzet-
und die Arbeit der Kollegen zu kontrollieren. Und das
tel) gemeinsam gespeichert.
erst noch auf sehr ineffiziente Art und Weise.
—7—Per Anhalter durch die Blockchain Marcel Waldvogel
Doch zuerst zum realweltlichen Arbeitsalltag: Eine Mög- dass Gier zur treibenden
lichkeit, ein Team «auf Kurs» zu halten, ist die Schaffung Kraft geworden ist. (Mehr
eines Anreizsystems mit definierten Kriterien und Beloh- zu Finanzen und deren
nungen. Bei menschlichen Teams ist die Überprüfung Rolle im Ökosystem im
der Erreichung von Kriterien sehr schwierig, auch wenn nächsten Artikel.)
es beispielsweise bei Akkordarbeit versucht wurde; dies
Wenn ich diese Viertel-
reduziert die Motivation auf eine rein e xtrinsische, meist
million will, was muss ich
monetäre (der sogenannte Overjustification Effect). Die-
dafür tun?
se ist kaum nachhaltig, da Quantität auf Kosten der Qua-
lität geht oder die Teammitglieder versuchen, die eigene 1. Einkommende gültige
Leistung besser darzustellen oder die Leistung der Kolle- Transaktionen wer-
gen herabzusetzen: Intrigen, Verheimlichung, Lügen, den gesammelt (mehr
Manipulationen bis zur Sabotage. Derartige Elemente ga- dazu dann im nächs-
rantieren in Filmen und Romanen den Spannungsbogen, ten Artikel zu Kryp-
Abbildung 10: Dieser sogenannte
in der Realität sind sie der Produktivität und gemeinsa- towährungen und 100er-Würfel hat «nur» 100
men Zielerreichung allerdings höchst abträglich. Transaktionen). Flächen. Im Durchschnitt jedes
2. Es werden möglichst hundertste Mal zeigt er eine Eins.
In unserem exotischen Notariat sind die Prozesse ein-
viele pendente Trans-
fach, repetitiv und standardisiert, weshalb die meisten
aktionen in den neu zu schaffenden Block aufgenom-
Blockchains von einer objektiven Messbarkeit der Ar-
men.
beitsleistung ausgehen. So wurde für Bitcoin ein Anreiz-
3. Der Block wird jetzt so lange bearbeitet, bis «genü-
system geschaffen, welches auf Basis konkreter, über-
gend Arbeit» geleistet wurde.
prüfbarer Regeln für das Erstellen eines Blocks eine Be-
4. Der Erzeuger («Miner») diese Blocks erhält dann die
lohnung vergibt, wenn dieser Block allgemein anerkannt
6¼ ₿ Belohnung (den «Reward») sowie die Transakti -
wird. Deshalb nennt man dieses Verfahren «Proof of
onsgebühren aller in diesem Block eingeschlossenen
Work», abgekürzt PoW; Deutsch etwa «Beweis geleiste-
Transaktionen (diese Transaktionsgebühren sind
ter Arbeit».
heutzutage in der Summe etwa um den Faktor 100
So weit, so einfach. Wie kann man aber jemanden bestra- kleiner als der Mining Reward).
fen, wenn er seine Arbeit nicht gewissenhaft genug erle-
«Genügend Arbeit» ist dann geleistet, wenn ein krypto-
digt hat? Man macht die Arbeit so anstrengend und
grafisches Puzzle gelöst wurde, welches wiederholtes, be-
mühsam, dass sie sich niemand freiwillig antut, wenn er
schwerliches Ausprobieren erfordert. Beispielsweise
sich dafür nicht eine grosszügige Entlöhnung erhoffen
kann.
Damit basiert der Anreiz auf einem der stärksten Motiva-
toren, die Menschen haben: Gier. Gier nach Geld und
Macht. Und dieser Anreiz funktioniert auch perfekt, zu-
mindest vordergründig. Aber genau wegen ihrer mittler-
weile korrumpierenden Stärke führt die Gier dazu, dass
die unerschöpfliche menschliche Erfindungskraft in
ihren Dienst gestellt wird und Schlupflöcher gesucht und
gefunden werden. Mehr dazu nach den Fakten in den
«Realität»-Kapiteln in diesem und im nächsten Beitrag.
Arbeit und Lohn
Das Unterkapitel, in dem ehrliche Mitarbeit endlich
entlöhnt wird.
Wer einen neuen Block in die Bitcoin-Blockchain einfü-
gen will, erhält für das Erzeugen («mining») des neuen
Blocks eine Belohnung («reward») von aktuell 6¼ Bitcoin
(₿), was knapp einer Viertelmillion Franken entspricht.
Abbildung 11: Unsere Notare werfen 120 Trilliarden Stempel
Nicht schlecht für 10 Minuten Arbeit! Und kein Wunder,
aus der ISS ab
—8—Per Anhalter durch die Blockchain Marcel Waldvogel
könnte jeder Mining-Rechner im Bitcoin-Netzwerk uner- 1. Es hängt extrem vom Zufall ab, wer den Block «mi-
müdlich so lange einen 120-Trilliarden-seitigen Würfel (1 net» und die Viertelmillion «gewinnt». Um gleich-
Trilliarde ist eine 1 mit 21 Nullen!) werfen, bis er eine Eins mässigere, kalkulierbarere Auszahlungen zu errei-
erzielt. Dieses erfolgreiche Würfelergebnis erhält man im chen, sammeln sich Miner in Pools, welche dann den
Durchschnitt nach 120 Trilliarden Versuchen. Mit diesem Erlös untereinander aufteilen.
Ergebnis, dem «Proof of Work», kann der Miner den
2. Es kann vorkommen, dass mehrere Knoten beinahe
Block für sich beanspruchen und die Belohnung einstrei-
gleichzeitig Glück haben und eine der unzähligen
chen.
(rund 1 Nonillion, eine 1 mit 54 Nullen) möglichen
Unsere Notare würfeln natürlich nicht. Aber sie lieben Lösungen des kryptographischen Puzzles finden. Da-
Versteckspiele, sind sehr vergesslich und gleichzeitig mit existieren gleichzeitig mehrere gültige neue Blö-
auch passionierte Weltraumtouristen. Deshalb verste- cke. Im Allgemeinen unterscheiden sich diese Blöcke
cken sie nach getaner Arbeit ihre Transaktionsliste ir- durch die Liste der in sie aufgenommenen Transakti-
gendwo auf den 510 Millionen Quadratkilometern der onen, sind also nicht austauschbar. Entsprechend
Erdoberfläche, vergessen sofort wieder, wo sie es hinge- muss das System eine Auswahl treffen, mit welchem
legt haben und machen sich auf in den Weltraum. Von Block weitergearbeitet wird. Details dazu weiter
dort werfen sie so schnell sie können ihre Stempel auf die unten.
Erdoberfläche, bis einer das 6x7 cm grosse Stempelfeld Alle anderen, die erfolglos «mitgewürfelt» haben, ha-
ihrer Transaktionsliste trifft (Abbildung 11). ben (wie beim Lotto) beim nächsten Block wieder
eine Chance. Irgendwann muss der grosse Gewinn ja
(510 Millionen km² / 120 Trilliarden ≈ 42 cm². 42. Ehrlich!
kommen…
Hoffentlich kommt niemand ernsthaft auf die Idee, die
Erde als riesigen Spielball zu benutzen…) 3. Während das Zuckerbrot die Chance auf einen Ge-
winn ist (wie ein gespielter Lottoschein), könnte man
Computer würfeln nicht und werfen auch keine Stempel,
die Peitsche als das mutwillige Zerreissen des Lotto-
da Mauscheln bei beiden Techniken zu einfach wäre.
scheins sehen: Falls man den immensen Aufwand ge-
Deshalb wird beim Versuch, einen neuen Block zu «mi-
trieben hat, einen gültigen Block zu minen («eine
nen», in diesem neuen Kandidatenblock ein extra dafür
Eins gewürfelt»), aber die anderen Knoten im Bit-
vorgesehenes Feld so lange mit einem zufälligen Inhalt
coin-Netzwerk diesen Block nicht übernehmen, weil
befüllt, bis der Wert der Prüfsumme («Hash») über den
man einen Fehler begangen hat (z.B. ungültige Trans-
Block genügend klein ist; so klein, wie er nur alle 120 Tril-
aktion aufgenommen), dann verwirkt man seine Ge-
liarden Male wird. Dieser nach unzähligen Versuchen ge-
winnchance und bleibt garantiert auf den aufgelaufe-
nügend kleine Hash ist damit der Beweis unserer Arbeit.
nen Kosten (Stromkosten für Rechner und Kühlung,
(Der Hash des Blocks ist übrigens nicht vorhersehbar,
Miete, Amortisation, …), ohne auch nur den Hauch
ohne ihn auch wirklich zu berechnen, d.h. es gibt keine
einer Gewinnchance.
Abkürzung.)
4. Solange jemand glaubt, dass seine aufgelaufenen Kos-
Je mehr Rechenleistung vorhanden ist, desto schneller ist
ten niedriger sind als der erwartete Anteil am Erlös
dieses Puzzle gelöst. Eine Designentscheidung des Bit-
eines Blocks, wird er oder sie versuchen, zusätzliche
coin-Protokolls sagt aber aus, dass im Durchschnitt alle
Miningkapazität einzurichten. D.h. die Rechenleis-
10 Minuten ein neuer Block hinzugefügt werden solle.
tung folgt dem Kurs des Bitcoin, solange keine
Damit dies auch bei steigender bzw. schwankender Re-
Verbote die Regeln ändern.)
chenleistung bestehen bleibt, muss die Definition von
«genügend Arbeit» regelmässig an die im Netz vorhande- 5. Vorteil hat, wer möglichst günstig an den Strom
ne Rechenleistung angepasst werden. Bei Bitcoin passiert kommt (oder günstig kühlen kann). Das führt dazu,
diese Anpassung der Schwierigkeit («difficulty») alle zwei dass Mining tendenziell an Standorten mit niedrigen
Wochen. Stromkosten betrieben wird, was häufig auch
Kohlestrom ist. (Ausser man «bekommt» den Strom
In der Würfelanalogie würde das bedeuten, dass wenn
gratis.)
mehr oder schnellere Teilnehmer im Netz sind, auch mit
einem entsprechend grösseren Würfel gewürfelt wird Der Cambridge Bitcoin Energy Consumption Index
und damit häufiger gewürfelt werden muss, bis eine Eins (CBECI) geht von jährlich 125 TWh Stromverbrauch für
erscheint. (Bei unseren Weltraumnotaren würde die Bitcoin-Mining aus (Abbildung 12), der Digiconomist von
Grösse des Stempelfeldes verkleinert.) 200 TWh. Zu den vom CBECI angenommenen, für West-
europa unrealistisch günstigen, Strompreis von 5 US-
Daraus ergibt sich Folgendes:
Cent pro kWh, würde alleine für Strom 6.25 bzw. 10 Mil-
—9—Per Anhalter durch die Blockchain Marcel Waldvogel
20 Oktillionen Jahre lang
rechnen, um einen Block so
durch einen anderen zu erset- t
zen, dass seine Prüfsumme
(Hash) dieselbe ist wie die des
Ursprungsblocks, er also als
gültiges Mitglied der Kette
akzeptiert werden könnte.
(Ob er auch wirklich akzep-
tiert würde, steht auf einem
anderen Blatt.)
20 Oktillionen Jahre schreibt
man als 2 mit 49 Nullen. Wer
Vergleiche zum Alter des Uni- OK BAD
Abbildung 12: Zusammenbruch der Miningrate in China (gelb) nach dem de- versums bevorzugt: Die gan-
facto-Verbot von Kryptowährungen (Bild: CBECI, Leerraum eliminiert) zen Rechner hätten seit dem
liarden USD anfallen oder 20 bzw. 32 Millionen Dollar Urknall vor über 13 Milliarden
pro Tag(!), Tendenz steigend. Jahren durchgehend rechnen müssen
und hätten erst einen Sextilliardstel ih-
Dieser hohe Energieverbrauch wird zwischendurch auch rer Sisyphusarbeit hinter sich gebracht.
als Argument für ein Verbot von Proof-of-Work- (Und selbst Deep Thought fände wahr-
Kryptowährungen eingebracht. So hoch dieser Aufwand scheinlich die Antwort auf die «Frage
auch ist, er sollte (wie alle politischen Entscheidungen, aller Fragen nach dem Leben, dem Uni- Abbildung 13:
aber nicht nur diese) immer als Ergebnis einer versum und dem ganzen Rest» schnel- Einen passenden
Kosten-/Nutzenanalyse gesehen werden. Für diese ver- ler als einen Ersatzblock.) Ersatzblock zu
tröste ich auf den folgenden Kryptowährungsartikel. finden ist
Leute aus dem IT-Sicherheitsumfeld «unmöglich»
nennen das zurückhaltend «impraktika-
Unveränderbarkeit in der Blockchain bel»; Normalsterbliche bevorzugen jedoch «unmöglich».
Das Unterkapitel, in dem wir uns als Fälscher versu-
chen und glorios scheitern. Alternative Regeln
Eines der wichtigen Argumente für eine Blockchain ist Das Unterkapitel, in dem sich die Notare nach einem
ihre Unveränderbarkeit. So ist das spätere Ersetzen eines weniger repetitiven, einfacheren Job umschauen.
bestehenden, etablierten Blocks in der Blockchain durch
einen einen anderen nicht möglich, ohne jeden einzelnen Die Proof-of-Work-Regeln führen zwangsläufig zu Ener-
der nachfolgenden Blöcke ebenfalls aufwändig anzupas- gieverschwendung, die meist erst noch mit der Zeit bzw.
sen. D.h. wir können nicht einfach einer der blauviolet- Popularität steigt. Dies behagt weder Umweltschützern
ten Blöcke nehmen (beispielsweise den mit «OK» be- noch den Betreibern der Mining-Rechner selbst: Sie wür-
schrifteten in Abbildung 13) und «mal kurz so» durch den lieber mehr Geld selbst einstreichen, als dieses für
den hellblauen Block («BAD») ersetzen, weshalb er auch Elektrizität und Hardware auszugeben. Entsprechend
rot durchgestrichen ist. Das liegt an der Sicherheit der wurde und wird über alternative Systeme nachgedacht,
verwendeten kryptografischen Hashfunktion. insbesondere «Proof of Stake» (PoS, «Anteilsnachweis»
oder «Beweis eines Einsatzes») und «Proof of History»
Was müsste passieren, um den Block «einfach so» zu er- (PoH, «Beweis verstrichener Zeit»).
setzen?
Eigentlich wollen alle diese Regeln Sicherheit, Geschwin-
Das Bitcoin-Netzwerk vereinigt für sein Proof of Work digkeit und Dezentralisation erreichen. Leider hat es bis-
eine massive Rechenleistung auf sich, und verbraucht da- her niemand geschafft, alle drei gleichzeitig in einer offe-
für 500 Mal mehr Strom als der weltweit nen Blockchain zu erreichen. Trotz intensiver Versuche
leistungsfähigste Supercomputer. Umgerechnet ent- sind bisher immer Abstriche nötig gewesen, eine Er-
spricht das etwa dem doppelten Elektrizitätsverbrauch kenntnis, welche als «Blockchain-Trilemma» bezeichnet
der gesamten(!) Schweiz.Und trotz dieser phänomenalen wird.
Rechenleistung müsst das gesamte Bitcoin-Netzwerk
— 10 —Per Anhalter durch die Blockchain Marcel Waldvogel
Mai-
Wahl Meditation Aktivität Review Unterschrift
Kommittee
April-
Wahl Meditation Aktivität Review Unterschrift
Kommittee
März-
Grundpfand Wahl Meditation Aktivität Review Unterschrift
Kommittee
Ablauf davor Januar Februar März April Mai Juni Juli
Proposer
Abbildung 14: Zeitlicher Ablauf der Kommitteetätigkeit bei Proof of Stake
Proof of Stake steht auf dem Spiel»). Dieser Willen (und die damit
einhergehende Verpfändung des Grundstücks) wird in
Keine der prominenten Blockchains verwendet bisher
der Blockchain eingetragen und notarisiert (wie, sehen
Proof of Stake produktiv. Ethereum, die Nummer zwei
wir gleich).
hinter Bitcoin mit Sitz in Zug, arbeitet aktuell noch auf
Proof-of-Work-Basis, wofür aktuell nochmals über die • Januar: Aus den Hektaren mit Mitspracherechtsantrag
Hälfte des Bitcoin-Stromverbrauchs verwendet wird. werden jeden Monat für übernächsten Monat
Ethereum will PoS seit Jahren produktiv einführen; nach 128 Hektaren ausgewählt. Ihre Vertreterinnen werden
mehreren Verschiebungen ist es aktuell für das zweite als «Validator» (Validatorinnen oder Bestätigerinnen)
Quartal 2022 vorgesehen, parallel zum weiterhin laufen- für die übernächsten Monat (hier: März) verpflichtet.
den PoW.
• Diese PoS-Mitsprache ersetzt das PoW-Mining; auch
Was ist Proof of Stake? Die grundlegende Annahme ist, dieses kommt mit Zuckerbrot und Peitsche: In ihrem
dass je mehr Anteile einer Kryptowährung man besitze, Dienstmonat (und nur dann) arbeiten die Validatorin-
desto eher liege einem das Wohlergehen der Kryptowäh- nen analog zu den PoW-Notaren. Statt ihre Ehrlichkeit
rung als solcher am Herzen und man würde deshalb durch den Willen zu nutzloser Arbeit (endloses
nicht gegen die Interessen der Kryptowährung handeln. Würfeln oder Stempelabwurf) zu bestätigen, tun sie
(Da dies eine extrem homogene Menschheit vorausset- das, indem sie wie oben gesehen einen Teil ihres
zen würde, trifft diese Aussage sicher nicht auf alle Men- Grundbesitzes als Pfand für ihre Ehrlichkeit geben.
schen zu.)
• Februar: Das Kommittee bereitet sich mental auf
Beginnen wir wieder mit einer Analogie, einem selbstor- ihren Einsatz vor.
ganisierenden Dorf. Die Dorfbewohner fühlen sich in Ar-
• März: Für jeden Tag wurde auch eine der dienstha-
beit und Freizeit Tag und Nacht vom hektischen Herum-
benden Validatorinnen als «Proposer» (Vorschlagerin)
gerenne der Proof-of-Work-Notare gestört. Durch ihren
ausgewählt. Diese führt an diesem Tag die Loseblattlis-
Schlafmangel sind die Notare auch sehr asozial gewor-
te. Am Ende des Tages stempelt sie die Liste, wieder
den, keiner will mehr mit ihnen zu tun haben. Deshalb
mit einer kleinen Kopie des Vortagesblatts zur Verket-
beschliesst der Ältestenrat, auf Proof of Stake umzustel-
tung.
len. Hier der Ablauf am Beispiel des für den März zustän-
digen Validatorenkommittees (Abbildung 14): • April: Alle Validatorinnen überprüfen nochmals die
Loseblattsammlung ihres Dienstmonats.
• Pro Hektar Grundbesitz kann ihre Besitzerin Mitspra-
cherecht im neuen Dorfrat beantragen. Wer weniger • Mai: Unsere (März-)Validatorinnen zu den für den ak-
besitzt, muss sich mit anderen zusammen tun und je- tuellen Monat zuständigen (Mai-)Validatorinnen. Dort
mand vertritt diesen Pool; die interne Organisation im erklären sie ihre Unterstützung für die von ihren je-
Pool ist den anderen Bewohnern egal. weiligen Tages-Proposerinenn abgelegten Arbeiten mit
ihrer Unterschrift. Diese sogenannte «Attestation»
• Davor: Wer das Mitspracherecht beantragen will,
(Beglaubigung) erfolgt auf dem aktuellen (Mai-)Lose-
muss dazu sein Grundstück aufs Spiel setzen, soge-
blatt. Sobald ⅔ aller März-Validatorinnen unterschrie -
nannt «staken» («… is at stake» bedeutet auch «…
ben haben, gilt der März als «justified» (gerechtfertigt
— 11 —Per Anhalter durch die Blockchain Marcel Waldvogel
oder, einfacher, bestätigt) und die März-Validatorin- So richtig mitmachen bei Ethereum-PoS kann man im
nen erhalten ihre Erfolgsprämie: zusätzliche, neue Übrigen erst ab 32 Ether, aktuell für rund 80 000 Franken
Grundstücksanteile (das Zuckerbrot, der Ersatz für den erhältlich. Teile dieses Einsatzes oder gar der
«Mining Reward» bei PoW). Gesamteinsatz gehen verloren, wenn ein Rechner im fal-
schen Moment abstürzt oder seine Netzwerkverbindung
Die dumme, repetitive Arbeit von PoW ist weggefallen
gestört wird (z.B. während dem oben erwähnten «RAN-
auf Kosten von deutlich komplexerer Koordination. Auf
DAO»).
dieser Abstraktionsebene klingt es noch recht einfach
und überzeugend. Die obige Beschreibung ist jedoch im
Risiken bei Proof of Stake vs. Proof of Work
Vergleich zur eigentlichen Funktion von PoS bei
Ethereum massiv vereinfacht. Wenn ein Proof-of-Work-Rechner ausfällt (Absturz,
Stromausfall, Netzwerkproblem, DoS-Angriff, …), re-
Zusätzliche Komplexität entsteht dadurch, dass Ethere-
duziert sich u.U. seine Chance auf einen Gewinn, aber
um diese Arbeit auf 65 Blockchains aufteilt (eine Haupt-
das bisher erarbeitete Kapital bleibt unangetastet.
bzw. Koordinationschain, die «Beacon Chain»; und 64
Transaktionschains, die «Shard Chains») Bei Proof of Stake will man hingegen einen möglichst
grossen Teil seines Vermögens «staken», da die Gewin-
Am meisten Komplexität entsteht aber in jedem verteil-
ne proportional zum riskierten Kapital verteilt werden.
ten System immer durch das Abfangen von Fehlern und
Und wenn der Rechner in einem dummen Moment
Umgang mit Spezialfällen. Es gilt die unzählige seltenen
ausfällt, ist das ganze gesetzte Kapital weg.
Konstellationen sinnvoll abzuwickeln und dafür zu sor-
gen, dass alles trotzdem weiterläuft: Proposerin oder
sonstige Validatorin krank, überlastet oder sonstwie Permissioned Blockchains
nicht verfügbar; Uneinigkeit zwischen Proposerin und Neben den öffentlichen, offenen («permissionless»)
sonstigen Validatorinnen; Einschlafen während der Blockchains nach Bitcoin-Vorbild sind für geschlossene
Wahl; …. Im Falle von Ethereum sind alle automatisiert Benutzergruppen in Businessapplikationen sogenannte
mit geeigneten Strafen für die Missetäter und Belohnun- private oder «permissioned» Blockchains beliebt: Zum
gen für den Rest umgesetzt. Auch unter unglücklichsten Beitritt in die geschlossenen Benutzergruppe werden tra-
Kombinationen von Fehlern muss das System immer ditionelle Verträge mit Papier und Unterschrift abge-
sinnvoll weiterarbeiten können. schlossen. Die Mitglieder dürfen dann je einen Rechen-
Ein besonderes Augenmerk verdienen Zufallszahlen, die knoten in dieses abgeschlossene System integrieren.
z.B. für die zufällige, faire Auswahl der Kommitteemit- Diese Rechnerknoten sorgen dann dafür, dass neue Ein-
glieder oder die Aufteilung der Proposer-Tätigkeiten un- träge nur dann in die Blockchain aufgenommen werden,
ter den Mitgliedern benötigt werden. In einer Block- wenn diese mindestens eine ⅔-Mehrheit an Zustimmung
chain-Umgebung ist Zufall jedoch alles andere als trivial erhalten. Das System ist damit immun gegen
und die scheinbar triviale Aufgabe wird bei Ethereum- byzantinische Fehler, d.h. das System funktioniert kor-
PoS umgesetzt mit einem aufwändigen «Smart Contract» rekt, solange weniger als ⅓ der Knoten ausfallen oder
mit (1) eigenen Stakeholdern, (2) noch mehr aufs Spiel fehlerhaft/böswillig agieren.
gesetzte Kryptowährung sowie (3) nochmals Zuckerbrot
In einer solchen kontrollierten Umgebung ist das Erken-
und Peitsche mit verteiltem bzw. eingezogenen Gutha-
nen oder Verhindern von dominanten Akteuren viel ein-
ben. Dieser Zufallszahlen-Smart Contract, «RANDAO»
facher als in einem Jekami-Modell. Im Gegensatz dazu
genannt, ist eines der vielen kleinen Rädchen im ganzen
fehlt diesem Modell auch die Universalität, welche eine
Prozess. (Der Funktionsweise von Smart Contracts wird
öffentliche Blockchain anstrebt.
ein eigener Artikel gewidmet.)
Wir sehen, die Blockchain selbst kann nur funktionieren,
wenn dauernd unzählige Smart Contracts immer wieder Oben wackelt es am meisten
korrekt ineinander greifen, wie ein fein abgestimmtes Das Unterkapitel, in dem wir Konflikte beim Lego-
Uhrwerk. Im Gegenzug hängt aber auch das sauberen Turmbau lösen und die Stabilität nochmals überprü-
Funktionieren der Blockchain von diesen Smart Con- fen.
tracts ab. Solche zyklischen Abhängigkeiten versuchen
Informatiker in verteilten Systemen wenn immer mög- Die Bitcoin-Blockchain ist seit 2009 auf eine Höhe von
lich zu vermeiden, da sie zu mehr Komplexität und zu- inzwischen über 730'000 «Legoblöcken» angewachsen.
sätzlichen Single Points of Failure führen. Wir haben gesehen, dass es «unmöglich» ist, unten einen
— 12 —Per Anhalter durch die Blockchain Marcel Waldvogel
Block rauszuziehen und zu ersetzen. gültig ist, sollte sie in einem der nächsten regulären
Schliesslich ist es ja auch Lego und Blöcke aufgenommen werden und damit zu Anerken-
t nicht Jenga! nung kommen.
Doch wie sieht es oben aus? Im durch
(Wurf- bzw. Würfel-)Glück geprägten Technische Zusammenfassung
Miningprozess können mehrere neue
Das Unterkapitel, das alles nochmals schön büschelt.
gültige, aber unterschiedliche Blöcke
praktisch gleichzeitig entstehen (Abbil- Millionen von Rechnern mit einem Stromverbrauch von
dung 15). Bis alle Knoten über einen 500 Supercomputern oder eines Industrielandes versu-
neuen Block informiert sind, dauert es chen andauernd, ein kryptografisches Puzzle zu lösen.
häufig mehrere Dutzend Sekunden, Dieses Puzzle wird um so schwieriger, je mehr bzw.
manchmal auch mehr als eine Minute. schnellere Rechner sich daran beteiligen, damit im
Rund alle 11 Tage sind deshalb zwei Durchschnitt alle 10 Minuten eine neue Lösung entsteht.
potenzielle neueste Blöcke gleichzeitig Mit dem Lösen dieses kryptografischen Puzzles («Proof
im breiten Umlauf. Aber es kann nur of Work») soll bestätigt werden, dass man genügend In-
einen geben, weil der Konsens über den teresse daran hat, sich ernsthaft den Prinzipien der
Kontostand irgendwie gewährleistet Blockchain zu verschreiben, also nicht zu schummeln.
sein muss.
Falls aber genügend Viele mit den Regeln nicht einver-
Aus diesem Grund werden die obersten standen sind (oder gemeinsam schummeln) werden de
Abbildung 15: Es paar Blöcke als unsicher angesehen,
facto diese Regeln zum Standard («Code is Law»). So
kann manchmal häufig bis etwa sechs Blöcke darüber
auch mehr als werden Veränderungen umgesetzt oder es entstehen Ab-
gestapelt wurden, was im Durchschnitt spaltungen bzw. Ausschlüsse.
einen (gleich-
zeitigen neuen
eine Stunde dauert, aber zwischendurch
auch mal 6 Stunden in Anspruch Der Anreiz, diese Rechenressourcen bereit zu stellen, die
Block) geben
nehmen kann (die Wartezeit hängt ja enormen Stromkosten von 20-30 Millionen Franken täg-
nur vom Würfelglück ab). Dann ist die Wahrscheinlich- lich zu tragen und sich an die Regeln zu halten, basiert
keit hoch, dass nicht plötzlich doch noch irgendwo ein auf den mit der Erzeugung jeden Blocks frisch gemünzte
zusätzliche, längere Kette auftaucht. Kryptowährung (aktuell rund eine Viertelmillion Franken
alle 10 Minuten), die aus dem Nichts entsteht und den
Daraus ergeben sich weitere Folgerungen: Transaktionsgebühren, aktuell ein paar Tausend Franken
1. Falls mehrere Kandidatenblöcke im Spiel sind, wird pro Block. Im Gegenzug, wie wir später auch noch sehen
von jedem Teilnehmer unabhängig von den Entschei- werden, gibt es auch den Wunsch, die Regeln so zu ge-
dungen aller anderen Teilnehmer einer der Kandida- stalten, dass das Einkommen bzw. der Wert der Kryp-
ten als Basis für den Folgeblock ausgewählt. (Typi- towährung möglichst hoch wird.
scherweise ist das der erste gültige Block, den er gese-
hen hat.)
2. Kandidatenblöcke, die der Mehrheit nicht «gefallen»,
Alternativen
bleiben in irrelevanten Seitenarmen der Blockchain Das Kapitel, in dem wir andere Schöpfungen begut-
und werden daher ignoriert. achten.
3. Das «Gefallen» wird durch die Regeln im Programm-
Aus Sicht der Blockchain-Afficionados war die Welt wüst
code definiert und kann sich mit der Zeit verändern.
und leer, bevor Satoshi Nakamoto am ersten Tag die
4. D.h. die Mehrheit bestimmt den Kurs, auch wenn es Welt in Hell (Blockchain und Bitcoin) und Dunkel (alles
einzelne hartnäckige Minderheiten gibt, die dann andere) trennte und sich danach zur Ruhe setzte; viel-
ihren Sonderzug fahren («Hard fork», eine Art Unab- leicht, um die Kursentwicklung seiner ersten Million
hängigkeitserklärung). Dieser Mechanismus wurde Bitcoins genüsslich zu beobachten.
auch schon zur gezielten Diskriminierung bzw.
Doch Digitalarchäologen haben in unermüdlicher Klein-
Ausschluss von Mitgliedern und Technologien
arbeit herausgefunden, dass es bereits davor wichtige An-
genutzt.
sätze gab:
5. Eine Transaktion, die nur in einem dieser Seitenarme
auftauchen, wird von den meisten Mitgliedern nicht
anerkannt. Wenn die Transaktion aber grundsätzlich
— 13 —Sie können auch lesen
