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Der Blockchain wird nachgesagt, das “nächste große Ding” zu sein, mit dem Potenzial, unser Leben in vielen Bereichen einschneidend zu verändern. Aber trifft das wirklich zu? Und welche Probleme hat die Technologie noch zu bewältigen? Zwei Wissenschaftler geben Antworten.
Linux-Magazin: Die Blockchain ist in aller Munde. Dennoch ist wahrscheinlich nicht jedem klar, welches prinzipielle Problem sie eigentlich löst. Können Sie einmal kurz skizzieren, was die einmaligen Vorteile der Blockchain-Technologie sind — auch unabhängig von ihrer Verwendung bei Kryptowährungen?
Luca Frignani: Grundsätzlich ist die Blockchain ein dezentrales Register oder Verzeichnis, dessen Einträge dadurch entstehen, dass sich die Teilnehmer auf einen Konsens einigen. Anschließend sind diese Einträge nicht mehr veränderbar. Alle beteiligten Parteien – das ist entscheidend – haben im Grunde in Echtzeit denselben Informationsstand über das Register.
Wie Sie richtig sagen: Wenn wir von öffentlichen Blockchains sprechen, dann sind Kryptowährungen nur ein Anwendungsgebiet der Technologie. Im Unternehmenskontext sind Blockchains mit definierten Zugriffs- und Leserechten der Teilnehmer (so genannte permissioned Blockchains) relevanter.
Philipp Sandner: Wenn man also den Hauptvorteil der Blockchain-Technologie kurz zusammenfassen möchte, kann man sagen, dass sie es ermöglicht, ohne eine zentrale Institution Vertrauen in die Richtigkeit der geteilten Informationen zu schaffen und für Transparenz zu sorgen. Die einzelnen Teilnehmer eines Netzwerks selbst müssen sich dafür untereinander nicht vertrauen. Dadurch macht es die Technologie möglich, Mittler (Intermediäre) zu ersetzen, und das wiederum macht viele unternehmensübergreifende Geschäftsprozesse transparenter, effizienter und günstiger.
Linux-Magazin: Den meisten fallen sicher doch zuerst Kryptowährungen als ein Use Case der Blockchain ein. Dabei existieren viel mehr Einsatzmöglichkeiten. Aber gibt es auch Anwendungsfälle, für die sich die Blockchain aufgrund ihrer Eigenschaften entgegen den Erwartungen explizit nicht eignet?
Luca Frignani: Wie bereits beschrieben, ist der Kernvorteil der Blockchain die Dezentralität. Wer einen Blockchain-basierten Prozesses implementieren will, der sollte damit stets ein bestehendes Problem lösen, bei dem diese Dezentralität eine Rolle spielt.
Aufgrund der momentan hohen Aufmerksamkeit für die Blockchain-Technik passiert es aber schnell, dass der umgekehrte Fall eintritt: Man sucht Probleme oder Anwendungsbereiche, die den Blockchain-Einsatz rechtfertigen sollen. Aus Unternehmenssicht ist das nicht sinnvoll. Ein Beispiel dafür wäre die Ablösung einer beliebigen Unternehmens-internen Datenbank durch eine Blockchain. Doch in diesem Fall sind weder Konsensbildung noch Dezentralität notwendig.
Linux-Magazin: Die Blockchain will ohne Vertrauen auskommen. Aber ist das nicht eine Illusion, weil der Anwender ja – abgesehen von der eigentlichen Verrechnung – in den meisten Fällen doch vertrauen muss: in die Qualität der bezahlten Produkte oder in die Einhaltung von Normen und Vorschriften oder in die Währung zum Beispiel? So gesehen bliebe Vertrauen essenziell, selbst wenn die Blockchain es in einem einzelnen Schritt der Transaktion überflüssig macht.
Philipp Sandner: Wenn von Vertrauen im Kontext von Blockchains gesprochen wird, bezieht sich dies meist auf öffentliche Blockchains und das Protokoll, mit dessen Hilfe ein Konses unter den Knoten erreicht wird. Das Bemerkenswerte dabei ist, dass es dank Kryptographie möglich ist, eine Einigung über die Korrektheit von Transaktionen zwischen den Knoten zu erzielen, obwohl sich diese weder kennen noch vertrauen.
Dennoch besitzen alle Nutzer der Blockchain denselben Informationsstand und können sicher sein, dass er verlässlich ist. Dies schafft die Basis für viele Anwendungsfälle. Ob sie nun aber Vertrauen in den Bitcoin als Zahlungs- oder Wertaufbewahrungsmittel oder die Qualität der Produkte eines Pharmakonzerns haben, ist etwas völlig anderes.
Linux-Magazin: Kann es in bestimmten Fällen nicht auch nachteilig sein, dass alle Transaktionen öffentlich sind? Ich denke da an die Kryptowährungen und an den anonymen Mäzen, der für eine gute Sache spendet, damit aber nicht bekannt werden will — sei es aus Bescheidenheit, sei es um keine weiteren Bittsteller und Neider auf den Plan zu rufen. Oder einfach an den Bürger, der seine Privatsphäre schützen will, indem er nicht allen offenbart, wofür er Geld ausgibt?
Philipp Sandner: Es stimmt zwar, dass alle Transaktionen auf der Blockchain öffentlich sichtbar sind, doch betrifft das lediglich die Wallet-Adressen der Transaktionsparteien in Form von Hexadezimalcodes und nicht deren Namen. Es kommt hinzu, dass ein Nutzer theoretisch beliebig viele Adressen anlegen kann. Für den Mäzen aus Ihrem Beispiel bedeutet dies, dass er seine Spende in mehrere Transaktionen aufteilen kann und sie von unterschiedlichen Adressen an den Empfänger überweist.
Dennoch ist hervorzuheben, dass Transaktionen auf der Blockchain nicht anonym, sondern eher pseudoanonym sind. Sofern Sie in der Lage sind, einer Adresse eine Identität zuzuweisen, lassen sich sämtliche damit verbundenen Transaktionen nachvollziehen. Dies ist übrigens auch ein Argument dafür, illegale Geschäfte besser nicht über Bitcoins abzuwickeln.
Luca Frignani: Gerade der Aspekt der Pseudoanonymität ist ein wichtiger Punkt. Es ist zudem denkbar, dass sich mit Analysetechniken Verhaltensmuster aus der Historie der Transaktionen erkennen lassen. Somit ist es unter Umständen möglich, auch ohne genaue Identitätszuweisung einer Adresse auf den Nutzer zu schließen. Es ist jedoch eher unwahrscheinlich, dass außer Ermittlungsbehörden jemand einen solchen Aufwand betreibt.
Linux-Magazin: Gibt es Versuche, die Kryptowährungen spekulationsresistent zu machen und damit die enormen Wertschwankungen zu reduzieren, sodass sie sich besser als virtuelle Währungen eignen würden?
Philipp Sandner: Die Wertschwankungen der Kryptowährungen sind teils sehr stark durch Spekulation getrieben. Das bedeutet, dass viele Investoren ihr Geld in Kryptowährungen und dann wieder zurücktauschen. Die Wertschwankungen treten dementsprechend auf, wenn Sie den Gegenwert von Kryptowährungen in Fiat-Währungen messen, also etwa Euro oder US-Dollar. Dabei darf man aber nicht vergessen, dass Geld hauptsächlich ökonomisch den Zweck eines Tauschmittels erfüllen muss, als Umrechnungseinheit dienen soll und sich auch als Wertaufbewahrungsmittel eignen muss.
Betrachten Sie die meisten Kryptowährungen, so erfüllen sie die ersten beiden Aspekte. Die beobachteten Wertschwankungen, welche auch zum Teil auf Unsicherheit hinsichtlich Regulierung und Besteuerung zurückzuführen sind, dürften sich längerfristig legen, sobald dieses Marktsegment sich besser etabliert hat. Insofern bedarf es hier vor allem der Schaffung von Rechtssicherheit und geeigneter Rahmenbedingungen seitens des Gesetzgebers.
Linux-Magazin: Wenn die Sicherheit der Blockchain darauf beruht, dass kein einmal eingefügter Block nachträglich entfernt werden kann, ohne die Kette zu brechen, dann bedeutet das, dass die Blockchain immer weiterwachsen muss. Der Verwaltungs- und Kommunikationsaufwand nimmt immer weiter zu, wenn alle Teilnehmer über alle Transaktionen zu informieren sind, es braucht immer mehr Rechenleistung und damit auch Energie. Muss dieses Konzept nicht früher oder später an eine praktische Grenze stoßen? Und/oder zu einer stärkeren Zentralisierung führen, weil nur noch große Teilnehmer die Rechenlast bewältigen?
Luca Frignani: Die Blockchain mit der längsten Historie ist die Bitcoin-Blockchain. Wenn Sie alle 300 Millionen Transaktionen in Bitcoin seit dem Beginn im Jahre 2009 herunterladen, benötigen Sie ungefähr 163 GByte Speicherplatz, wofür eine handelsübliche Festplatte reicht. Viel eher als die Länge der Blockchain ist die benötigte Rechenleistung und der damit verbundene Energieaufwand für das Mining neuer Blöcke ein Problem, das ist sehr Ressourcen-intensiv.
Dies ist jedoch ein Phänomen, das nur die öffentlichen Blockchains der ersten Generation betrifft, allen voran Bitcoin und Ethereum. Neuere Blockchains arbeiten mit anderen Konsensmechanismen, die deutlich weniger Energieaufwand erfordern. Zudem ist hervorzuheben, dass dies auch nur die öffentlichen Blockchains betrifft. Private Blockchains, die zum Beispiel Unternehmen betreiben, erfordern eine weitaus geringere Zahl an Teilnehmern zur Konsensbildung, wodurch erforderliche Rechenleistung und Energieaufwand in einem überschaubaren Rahmen bleiben.
Linux-Magazin: Generell ist ja die Skalierbarkeit der Blockchain ein häufig angeführter Kritikpunkt. Gleichzeitig bemühen sich verschiedene Unternehmen darum, die Blockchain auch für eine Nutzerschaft im Millionen- oder sogar Milliardenbereich fit zu machen. Welchen Ansatz halten Sie da aktuell für den vielversprechendsten?
Philipp Sandner: Die Verallgemeinerung des Skalierungsproblems auf die Blockchain-Technologie ist so nicht richtig. Worauf Sie anspielen ist der Transaktionsumsatz von öffentlichen Blockchains der ersten Generation wie Bitcoin oder Ethereum, die auf dem Proof-of-Work-Protokoll beruhen. Hier stellt die Zeit, welche für das Mining eines Blocks benötigt wird, eine Grenze für die Anzahl der Transaktionen dar, die in einer gewissen Zeit zu verarbeiten sind.
Es gibt aber durchaus auch andere Projekte, etwa Ripple oder IOTA, die mit Hilfe anderer Ansätze viel höhere Transaktionsumsätze erreichen und somit für Anwendungen wie den internationalen Zahlungsverkehr oder sogar Machine-to-Machine Payments geeignet sind.
Linux-Magazin: Ein weiteres großes Problem ist der Energieaufwand beim Mining, dem Projekte wie Ethereum mit Casper und dem Wechsel von Proof-of-Work zu Proof-of-Stake begegnen wollen. Können Sie das kurz erklären und gibt es weitere alternative Ansätze, die womöglich schon im Einsatz sind?
Luca Frignani: In öffentlichen Blockchains müssen sich alle Knotenpunkte des Netzwerks hinsichtlich der Reihenfolge aller Transaktionen einig sein, die in einem gemeinsamen Kontobuch (Ledger) verzeichnet sind. Dieser Konsens ist selbst dann nötig, wenn sie an einzelnen Transaktionen gar nicht beteiligt sind. Bitcoin oder Ethereum erreichen ihn durch ein Proof-of-Work-Protokoll.
Dabei geht es darum, ein mathematisches Puzzle zu lösen, um die Transaktionen, die in einem Block gebündelt sind, in die Blockchain einzutragen und deren Echtheit zu bestätigen. Die so genannten Miner stellen ihre Rechenleistung zur Lösung des Rätsels zur Verfügung und erhalten bei erfolgreicher Lösung des Rätsels einen Obolus in Form von Bitcoins beziehungsweise Ether. Damit die für das Mining eines Blocks nötigte Zeit ungefähr konstant bleibt – das ist ein Sicherheitsfeature – darf das Rätsel nicht zu einfach zu lösen sein.
Die Implementierung des alternativen Protokolls Proof-of-Stake, wie sie Ethereum mit Casper plant, wählt abwechselnd einige Validierer aus, um über den nächsten Block, der an die Blockchain anzuhängen ist, abzustimmen. Das Stimmrecht der Validierer verteilt sich dabei anteilig zum “Stake”, also einer hinterlegten Kaution. Der Vorteil dabei ist, dass hier kein Wettrüsten um mehr Rechenleistung wie beim Mining mit Proof-of-Work nötig ist. Gleichzeitig muss der Betreiber nicht so viele neue Coins wie beim Mining ausgeben, und das Risiko einer Zentralisierung des Einflusses auf die Kreierung neuer Blöcke sinkt im Vergleich zu Proof-of-Work.
Linux-Magazin: Anknüpfend an die vorherige Frage scheint es auch das gegenläufige Problem zu geben, nämlich die Befürchtung, dass in ein paar Jahren Quantencomputer in kürzester Zeit das Mining bewältigen könnten. Droht diese Gefahr?
Philipp Sandner: Die potenzielle Gefahr, die Quantencomputer für öffentliche Blockchains darstellen, hat zwei Seiten: zum einen das Mining, zum anderen die Dechiffrierung der kryptographischen Schlüssel. Bei einer so genannten 51-Prozent-Attacke kann ein Miner, der mehr als die Hälfte der Rechenleistung des Netzwerks kontrolliert, dies für schädliche Aktivitäten missbrauchen. Aktuelle Studien gehen aber davon aus, dass Quantencomputer erst in rund zehn Jahren die Rechenleistung heutiger ASICs (Application-specific Integrated Circuits) erreichen, wie sie Miner zurzeit verwenden.
Viel entscheidender ist jedoch der Aspekt der möglichen Dechiffrierung privater Schlüssel. Im Kontext von Bitcoin kann man sich das so vorstellen, als könnte man anhand Ihrer Kontonummer auf Ihre PIN schließen, mit der Sie Ihre Transaktionen bestätigen. Die kryptographischen Prinzipien, die ein Angreifer hier aushebelt, beziehen sich jedoch nicht allein auf die Blockchain-Technologie oder Bitcoins, sondern finden sich heute in vielen Anwendungen wieder, die mit Verschlüsselung arbeiten. Dennoch gibt es auch hier schon Lösungsansätze, die sich damit beschäftigen, die Kryptographie “quantensicher” zu machen.
Linux-Magazin: Man hört immer wieder, die Blockchain bedrohe das Geschäftsmodell der Banken, weil sie finanzielle Transaktionen mit hoher Sicherheit ohne Vermittlungsinstanz ermöglicht. Aber haben Banken nicht unverzichtbare Aufgaben, die die Blockchain nicht substituieren kann, die sie aber auch mit Einnahmen aus ihrer Vermittlerrolle finanzieren? Ich denke da an die Bündelung kleiner Einlagen für größere Investitionen, an das Risikomanagement für Projekte oder an die Transformation kurzfristiger Anlagen in langfristige Kredite?
Philipp Sandner: Wie gesagt ermöglicht die Blockchain-Technologie, Prozesse ohne zentrale Instanz und Intermediäre abzubilden. So gesehen ist es berechtigt, wenn man das aktuelle Geschäftsmodell von Banken als Finanz-Intermediären hinterfragt. In diesem Kontext ist es vorstellbar, dass zum Beispiel Kreditgeber und -nehmer ihr Geschäft Peer-to-Peer, also von Person zu Person oder Unternehmen zu Unternehmen, über eine Blockchain abwickeln. So könnten die Banken hier perspektivisch die Rolle des Zwischenhändlers verlieren.
Dennoch sollte man diese Möglichkeiten nicht überbewerten. Wie Sie sagten, spielen Banken nach wie vor eine große Rolle in unserem Finanzsystem. Auch sollte man den Einsatz der Blockchain-Technologie auf kurze Sicht nicht überschätzen. Es handelt sich eher um eine Evolution als um eine Revolution.
Prof. Dr. Philipp Sandner leitet das Frankfurt School Blockchain Center an der Frankfurt School of Finance & Management, das im Februar 2017 initiiert wurde. Zu seinen Themengebieten gehören Blockchain, Kryptowährungen, Digitalisierung und Entrepreneurship. Zudem gehört er dem Fintech-Rat des Bundesministeriums der Finanzen an.
Luca Frignani ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Blockchain Center der Frankfurt School of Finance & Management. Er widmet sich schwerpunktmäßig Fragestellungen, die die Schnittstellen zwischen Blockchain-Technologie und Data Analytics untersuchen.
