22. Krypto - Das Trilemma - die größte Herausforderung

 Das sogenannte "Blockchain Trilemma" bezieht sich auf die Herausforderung, drei grundlegende Eigenschaften in einem Blockchain-Netzwerk zu optimieren: Sicherheit, Skalierbarkeit und Dezentralisierung.  Die Schwierigkeit besteht darin, dass es bisher nicht möglich ist, alle drei Eigenschaften gleichzeitig zu maximieren.

Hier ist eine kurze Erklärung der drei Komponenten:

- Sicherheit: Sie gewährleistet, dass die aufgezeichneten Daten unveränderlich und fälschungssicher sind. Hohe Sicherheitsmaßnahmen können jedoch die Skalierbarkeit und Dezenträlitat beeinträchtigen. 

- Skalierbarkeit: Dies bezieht sich auf die Fähigkeit eines Blockchain-Netzwerks, mit einer zunehmenden Anzahl von Transaktionen umzugehen, ohne dass die Leistung beeinträchtigt wird. Die Skalierbarkeit wird durch Faktoren wie Transaktionsgeschwindigkeit, Durchsatz (Transaktionen pro Sekunde), und die Effizienz der Datenverarbeitung bestimmt⁴. Zum Beispiel kann das Bitcoin-Netzwerk bis zu 7 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten, während Ethereum etwa 15 Transaktionen pro Sekunde schafft.

- Dezentralität: Dezentralität in der Blockchain bedeutet, dass die Kontrolle und Entscheidungsfindung von einer zentralisierten Einheit (wie einer einzelnen Organisation) auf ein verteiltes Netzwerk von Knoten übertragen wird¹. Dies erhöht die Sicherheit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Manipulationen, da es keine zentrale Angriffsfläche gibt. In einem dezentralen Netzwerk ist kein Vertrauen zwischen den Teilnehmern erforderlich, da das Netzwerk selbst die Integrität und Authentizität der Transaktionen sicherstellt.

Alle drei Eigenschaften sind entscheidend für die Funktionsweise und das Vertrauen in Krypto-Blockchains. Sie stehen jedoch oft im Konflikt miteinander, da eine Erhöhung der Skalierbarkeit manchmal zu Lasten der Dezentralität gehen kann und umgekehrt.

Um das Blockchain Trilemma zu adressieren, werden verschiedene Lösungsansätze verfolgt. Hier sind einige der vielversprechenden Methoden:

- Verbesserungen im Konsensmechanismus: Neue ode r weiterentwickelte Konsensmechanismen wie Proof of Stake (PoS) oder Proof of Authority (PoA) können helfen, eine Balance zwischen Sicherheit, Skalierbarkeit und Dezentralisierung zu finden.

- Sharding: Diese Technik teilt die Blockchain in mehrere Segmente auf, wodurch die Last auf das Netzwerk verteilt und die Skalierbarkeit verbessert wird, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen.

- Second-Layer-Lösungen: Technologien wie das Lightning Network ermöglichen es, Transaktionen außerhalb der Hauptblockchain zu verarbeiten, was die Geschwindigkeit erhöht und die Skalierbarkeit verbessert, ohne die Dezentralisierung zu gefährden.

- Hybride Lösungen: Einige Projekte kombinieren verschiedene Konsensmechanismen, um je nach Anforderung der Transaktion die beste Lösung zu bieten.

- Rollups: Rollups sind eine fortschrittliche Skalierungslösung für Blockchains, die darauf abzielt, das Trilemma zu lösen, indem sie die Skalierbarkeit erhöhen, ohne die Sicherheit oder Dezentralisierung zu beeinträchtigen. Sie funktionieren, indem sie Transaktionen außerhalb der Haupt-Blockchain (Layer 1) ausführen und nur die Transaktionsdaten auf Layer 1 speichern. 

Hier ist eine detaillierte Erklärung, wie Rollups arbeiten:

1. Transaktions-bündelung: Rollups nehmen mehrere Transaktionen und bündeln sie zu einer einzigen Transaktion. Dies reduziert die Menge an Daten, die auf der Haupt-Blockchain 

gespeichert werden müssen.

2. Off-Chain-Ausführung: Die Transaktionen werden außerhalb der Haupt-Blockchain verarbeitet, was die Belastung von Layer 1 verringert und die Geschwindigkeit erhöht. 

3. On-Chain-Verifikation: Obwohl die Transaktionen Off-Chain ausgeführt werden, werden ihre Daten und der endgültige Zustand auf Layer 1 gespeichert. Dies ermöglicht es, die Sicherheit der Haupt-Blockchain zu nutzen, um die Integrität der Rollup-Transaktionen zu gewährleisten.

Es gibt zwei Haupttypen von Rollups:

- Optimistic Rollups: Sie gehen davon aus, dass alle Transaktionen gültig sind und führen sie ohne sofortige Überprüfung aus. Nur bei Verdacht auf eine ungültige Transaktion wird eine Überprüfung durchgeführt. 

- ZK-Rollups: Sie verwenden Zero-Knowledge-Beweise, um die Gültigkeit von Transaktionen zu bestätigen, bevor sie auf Layer 1 gespeichert werden. Dies bietet eine schnellere Bestätigung und erhöhte Sicherheit.

Rollups sind besonders in Ethereum populär geworden, da sie helfen, die Skalierungsprobleme zu überwinden, die durch die steigende Anzahl von Nutzern und Anwendungen entstehen. Sie sind ein Schlüsselelement in der Entwicklung von Ethereum 2.0 und anderen Blockchain-Plattformen, die nach Lösungen für das Trilemma suchen.

Wer löst das Problem: 

Es ist wichtig zu beachten, dass keine dieser Lösungen das Trilemma vollständig gelöst hat, aber sie tragen dazu bei, die Grenzen der Blockchain-Technologie zu erweitern und ihre Einsatzmöglichkeiten zu verbessern. Die Forschung und Entwicklung in diesem Bereich ist sehr dynamisch, und es ist wahrscheinlich, dass wir in Zukunft weitere Fortschritte sehen werden.

- Ethereum 2.0: Ethereum arbeitete an einem Upgrade, das Sharding und PoS einführt, um die Leistung zu steigern, ohne bei der Sicherheit Kompromisse einzugehen.

- Projekte wie IMX , DUSK, SYS oder AZERO bieten ZK Rollups, aber auch Arbitrum (ARB), Starknet und  Omni Network nehmen sich dem Problem an. 

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