Was zu Ledger – Teil 2: IOTAs Tangle und Hashgraph

Quelle: Blockchain network concept. Distributed ledger technology. Locks are located in Hexagonal cells on black background. 3d rendering illustration. Big data node base concept. via shutterstock

Was zu Ledger – Teil 2: IOTAs Tangle und Hashgraph

Nachdem wir gestern den Unterschied zwischen der Distributed-Ledger-Technologie und der Blockchain erklärt haben, geht es heute um zwei Alternativen zur Blockchain: IOTAs Tangle und Hashgraph. Von ordentlichem Datengewirr und blühenden Bäumen.

So beliebt die Blockchain-Technologie auch sein mag, kommen immer wieder bestimmte Kritikpunkte auf, die das Konzept in Frage stellen. Gerade die Bitcoin-Blockchain mit ihrem Proof-of-Work-Verfahren benötigt inzwischen recht lange, um Transaktionen zu bestätigen. Während die Anzahl an zu verarbeitenden Transaktionen immer größer wird, scheint die Technologie in Geschwindigkeitsfragen nicht mehr hinterherzukommen, der von der Blockchain benötigte Speicherplatz, die Geschwindigkeit und das Ergebnis stehen nicht mehr in den richtigen Proportionen. Diesem Problem der Skalierbarkeit wollen verschiedene Ansätze entgegentreten – zwei davon sind Tangle und Hashgraph. Beide Systeme sollen in diesem zweiten Artikel der Reihe “Was zu Ledger” beleuchtet werden. Dabei wenden wir uns wieder an den weiter fortgeschrittenen Nutzer.

Tutorial: IOTA-Wallet einrichten & Seed erstellen

Tangle – ein ordentliches Gewirr

Genau wie die Blockchain ist auch Tangle (dt. Gewirr) ein Peer-to-Peer-Netzwerk. Das bedeutet zunächst, dass sie von gleichberechtigten Akteuren betrieben werden. Das Team von IOTA, die das Tangle entwickelt haben, wollen der Blockchain mit einer besseren Skalierbarkeit, schnelleren und sichereren Transaktionen die Stirn bieten. Wie aus dem Namen von IOTA (Internet of Things Association = Verein für das Internet der Dinge) hervorgeht, ist das Netzwerk darauf ausgelegt, ein Bezahlsystem für das Internet der Dinge bereitzustellen.

Dazu möchte die unter IOTA liegende DLT, das Tangle, jedoch keine Blockchain sein. Statt einer Blockchain verwendet IOTA einen direktionalen, d. h. gerichteten azyklischen Graphen (kurz als DAG bekannt): Anders als in der Blockchain, deren Datenstruktur eine verkettete Liste ist, hat hier ein einzelner Datenknoten mehr als ein Kind. Daher sind diese Knoten lose verteilt. Im Gegensatz zur Kette der Blockchain ist das Tangle also ein ordentliches Gewirr aus Knoten. Es existieren noch andere Kryptowährungen wie beispielsweise Byteball, dessen Datenstruktur einem direktionalen azyklischen Graphen entspricht.

Dieses Knoten-Netz wächst mit jeder neuen Transaktion. Dadurch, dass das Tangle eben nicht in eine Richtung wächst, verspricht es eine gleichzeitige Verarbeitung vieler Transaktionen. Ebenso kann deshalb ein Teil des Netzwerkes vom Rest temporär losgelöst agieren und mit dem Tangle zu einem späteren Zeitpunkt wieder vereint werden.

Aller Anfang ist schwer

Auch bei der Überprüfung der Transaktionen will sich Tangle von der Bitcoin-Blockchain abheben. Jede neue Transaktion überprüft dafür zwei vorhandene Transaktionen. Diese werden per Algorithmus zufällig gewählt. Zur Überprüfung gibt es hauptsächlich zwei Kriterien: Es dürfen nicht mehr Token herausgegeben werden, als vorhanden sind. Außerdem muss die Transaktion vom rechtmäßigen Besitzer signiert sein.

Dadurch, dass jede Transaktion für zwei bereits validierte Transaktionen steht, wird das Netzwerk der Theorie nach mit jeder neuen Transaktion sicherer.

Jedoch ist aller Anfang schwer. Die erste Transaktion, Genesis genannt, hatte keine Transaktionen, auf die sie zurückgreifen konnte. Daher operiert das Tangle momentan noch mit einem „Koordinator“, der alle Transaktionen bestätigt.  Gerade aus diesem Grund ist IOTA trotz namhafter Kooperationspartner wie Volkswagen, Innogy, Telekom u. a. in der Community umstritten. Bei ausreichender Größe des Netzwerkes soll dieser “Koordinator” nicht mehr benötigt werden.

Während theoretisch also die Probleme der Bitcoin-Blockchain in Fragen der Geschwindigkeit und auch Energieleistung gelöst werden, kommen beim Tangle Zweifel an der Autonomie der Technologie auf.

Hashgraph – Klatsch und Tratsch im Datenbaum

Wenn man sich die Blockchain als Kette und das Tangle als verknotetes Netz vorstellt, ist der Hashgraph ein Baum. Ganz wie das Tangle will Hashgraph das Problem der Skalierbarkeit lösen. Im Gegensatz zu IOTA hat man es hier jedoch „lediglich“ mit einer Datenstruktur ohne einer dazugehörigen Kryptowährung zu tun. Hashgraph ist momentan lediglich technisches Grundgerüst und darauf ausgelegt, Infrastrukturen für Unternehmen und ähnliches zu bilden.

Das Netzwerk wartet nun mit einem verteilten Konsens-System (Distributed Consensus Algorithm) auf. Wie beim Tangle ermöglicht man damit mehrere parallele Rechenprozesse, Hashgraph verspricht vor allem, effizienter und schneller zu sein.

Als Konsens-Verfahren verwendet Hashgraph das Gossip-over-Gossip-Prinzip (etwa Tratsch über Tratsch). Damit versprechen sich die Entwickler, das Problem des sogenannten byzantinischen Fehlers zu umgehen. Kurz gesagt geht es darum, die (exponentielle) Verbreitung von Fehlinformationen in einem dezentralen System zu verhindern.

Gossip over Gossip

Beim Gossip-over-Gossip-Verfahren kommunizieren die einzelnen Knotenpunkte darüber, was die anderen Knoten „gesagt“ haben. Wenn man so will, verbreitet jeder Klatschtanten-Knotenpunkt die Informationen an weitere Klatschtanten-Knotenpunkte. Dabei synchronisieren alle Teilnehmer regelmäßig ihre Informationen mit zufällig ausgewählten anderen Teilnehmern, um die Aktualität abzusichern.

Um Informationen zu validieren, arbeitet Hashgraph mit Abstimmungen. Durch das Klatsch-Prinzip werden die validierten Informationen an alle Knotenpunkte weitergetragen und bleiben somit ständig aktuell. Die Knotenpunkte stimmen untereinander ab und validieren damit die Informationen. Somit ist es eine Kette von Punkten, die die einzelnen Knotenpunkte miteinander verknüpft – die Information darüber, wer mit wem kommuniziert hat, wird im Hash gespeichert – alle Hashs bilden zusammen den Hashgraph. Hashgraph ist, bildlich gesprochen, ein ständig wachsender Baum, dessen Früchte untereinander Klatsch verbreiten.

Technisch gesehen hat das den Vorteil, dass man nur ein Minimum an Bandbreite benötigt, um den Klatsch weiter zu verbreiten. Bei jeder Weiterverbreitung fügen die Teilnehmer nur ein Minimum an Information hinzu, ohne diese jedoch zu verfälschen.

Zusammenfassung

Sowohl IOTAs Tangle als auch Hashgraph versprechen eine hohe Skalierbarkeit und damit schnelle, sichere und energieffiziente Transaktionen. Im Gegensatz zur Bitcoin-Blockchain gibt es hier jedoch keine Miner, Transaktionen werden bei Tangle mit neuen Transaktionen validiert, die (momentan) über einen Koordinator geordnet werden. Hashgraph hingegen verwendet das Gossip-over-Gossip-Verfahren, bei dem sie Informationen über Hashs weiterreichen und im Abstimmungserfahren validieren.

Natürlich existieren noch weitere Ansätze in der Distributed-Ledger-Technologie und es kommen auch immer wieder neue hinzu. Im Fall der Kryptowährungen werden deshalb in unserer Reihe New Coins on the Block immer wieder neuartige, verteilte Datenstrukturen vorgestellt.

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