Bitcoin genießt den Ruf, besonders resistent gegen Hacker-Angriffe zu sein. Das liegt vor allem in dem Umstand begründet, dass Bitcoin Hackern keinen zentralen Angriffspunkt, etwa in Form eines einzelnen Servers, liefert. Stattdessen beheimaten weltweit mehrere Tausend Netzwerkknoten (Nodes), das Bitcoin-Protokoll und die dazugehörige Transaktionsgeschichte (sprich: die Blockchain).
Bevor eine BTC-Überweisung in der Blockchain landet, muss sie zuvor den Netzwerkknoten bekannt gemacht werden. Das geschieht wiederum, indem eine Node, die die Ankündigung einer Bitcoin-Transaktion erhalten hat, diese an jeden ihrer benachbarten Knotenpunkte im Bitcoin-Netzwerk weitergibt. Diese Art der Informationsweiterleitung trägt den Namen Flooding (Überfluten). Auf diese Weise wandert die Information durch das gesamte Bitcoin-Netzwerk. Letzteres besteht derzeit aus rund 60.000 ansteuerbaren Nodes – 6.000 davon sind Full Nodes. Full Nodes tragen ihren Namen, weil sie permanent die gesamte Bitcoin Blockchain speichern, mit dem Netzwerk synchronisieren und geminte Blöcke auf ihre Gültigkeit überprüfen. Dabei verfügt eine Full Node in der Bitcoin-Standardkonfiguration über 125 „Kanäle“ (Ports). Von diesen dienen maximal acht als ausgehende Kanäle dem Weiterleiten von Informationen an die benachbarten Netzwerkknoten. Private Nodes verfügen lediglich über die ausgehenden Kanäle (Outbound Ports).
Redundant im Bitcoin-Netzwerk
Nun liegt das Hauptproblem des Floodings in seiner mangelhaften Effizienz. So erfährt jede Node im Netzwerk gleich mehrfach von einer geplanten Transaktionen. Diese Redundanz spiegelt sich in einem unverhältnismäßig großen Datenverkehr wieder. Die Autoren des Papers „Bandbreiteneffizientes Transaktionsrelais in Bitcoin“ haben mit „Erlay“ einen Ansatz entwickelt, der überflüssigen Datenverkehr im Bitcoin-Netzwerk stark reduzieren kann.
Anstatt jede Transaktion auf jedem Link anzukündigen, [verkündet] ein Knoten, der unser Protokoll verwendet [eine Transaktion], bei einer Teilmenge von Peers – das nennt man Low-Fanout-Flooding. Um sicherzustellen, dass alle Transaktionen das gesamte Netzwerk erreichen, beteiligen sich die Knoten regelmäßig an einem interaktiven Protokoll, um verpasste Ankündigungen zu erkennen und fehlende Transaktionen anzufordern. [Dies] bezeichnet man als Abgleich [Set Reconciliation].
Die Kombination aus Low-Fanout-Flooding und Set Reconciliation führte in der simulierten Testumgebung der Forscher zu erheblichen Einsparungen beim Bitcoin-Datenverkehr. Auch im Praxis-Test mit 100 Nodes konnte Erlay signifikante Effizienzsteigerungen erzielen.
Beim bisherigen Bitcoin-Protokoll steigt der Datenverkehr proportional mit der Anzahl der Verbindungen der Nodes an. Erlay erlaubt eine Vergrößerung der Konnektivität bei gleichbleibend geringem Datenvolumen. Mehr Verbindungen pro Node machen das Netzwerk nach Auffassung der Autoren robuster gegenüber Angriffen. Indessen arbeiten die Forscher an einer Implementierung von Erlay für BTC Core Nodes. Dafür bitten die Forscher die BTC-Entwicklergemeinde aktuell um Feedback.
