Distributed-Ledger-Technologie: ihre Versprechen und ihr Potenzial

Sie wissen wahrscheinlich, dass Blockchain die Technologie hinter Bitcoin, Ethereum und anderen Kryptowährungen ist. Aber haben Sie schon einmal darüber nachgedacht, welche Technologie hinter der Blockchain steckt? Es heißt Distributed-Ledger-Technologie (DLT).

Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Datenbank werden die Daten bei DLT auf mehrere Knoten oder Computer verteilt und nicht in einer zentralen Datenbank gespeichert. Jeder Knoten zeichnet jede Transaktion auf und überprüft sie, unabhängig davon, ob es sich um statische Daten wie eine Registrierung oder dynamische Daten wie Finanztransaktionen handelt.

Daher gibt es bei DLT weder einen einzigen Kontrollpunkt noch einen einzigen Fehlerpunkt. Dieser dezentrale Charakter ermöglicht eine sichere, transparente und manipulationssichere Aufzeichnung von Aufzeichnungen.

Heute definiert DLT die herkömmliche Vorstellung von Geschäftstransaktionen neu und findet Anwendung in den Bereichen Banken, Finanzen, Lieferkettenmanagement und Gesundheitswesen. Es ist der Baustein für zukunftsweisende Innovationen wie dezentrale Identitätslösungen und Blockchain-Plattformen.

Geschichte von DLT

Die Einführung von Bitcoin im Jahr 2009 wird oft als Ausgangspunkt für DLT angesehen. Die Idee und Technologien zur Unterstützung von DLT existierten jedoch schon lange vor der Einführung von Bitcoin.

Von Hauptbüchern zu dezentralen verteilten Hauptbüchern

Seit der Antike sind Hauptbücher das Herzstück des Handels. Die Menschen machten sich Notizen über ihr Geld und Vermögen, von Tontafeln und Papyrus bis hin zu Pergament und Papier. Durch die Computerisierung wurde dieser Aufzeichnungsprozess von Papier auf Bits und Bytes als digitale Hauptbücher verlagert.

Schneller Vorlauf: Fortschritte bei Datenbankverwaltungssystemen und verteiltem Computing boten Komfort und Geschwindigkeit. Dadurch konnten Datenbanken standortübergreifend gemeinsam genutzt werden.

Ledger erfordern eine zentrale Autorität, die die Authentizität aller darin aufgezeichneten Daten überprüft, ob digital oder in Papierform. Beispielsweise überprüfen und validieren Banken alle Transaktionen zwischen verbundenen Unternehmen. Unternehmen verfügen häufig über Systemadministratoren, die ihre Datenbanken verwalten.

Solche zentralisierten Datenbanken sind, selbst wenn sie über verschiedene Standorte verteilt sind, anfällig für Single Points of Failure, Datenschutzverletzungen und mögliche Manipulationen durch die zentrale Behörde. Es führte zu Ineffizienzen und erhöhten Transaktionskosten. Als Lösung für diese Probleme entstand das Konzept der DLT.

Konzeptionelle und technologische Fortschritte, die den Aufstieg von DLT vorangetrieben haben

Ab den 1970er Jahren machten mehrere technologische Durchbrüche im Bereich Kryptographie und Informatik DLT möglich.

Im Jahr 1976 legten Whitfield Diffie und Martin Hellman den Grundstein für die Public-Key-Kryptographie – die grundlegende Technologie hinter der Datenverschlüsselung und -entschlüsselung, die heute in DLT verwendet wird.

Im Jahr 1982 verfassten die Wissenschaftler Leslie Lamport, Robert Shostak und Marshall Pease eine bahnbrechende Arbeit mit dem Titel „The Byzantine Generals Problem“, die die konzeptionelle Grundlage für DLT bildete. Lamport et al. veranschaulichte die Herausforderungen beim Erreichen eines Konsenses in einem verteilten System, wenn einige Teilnehmer möglicherweise böswillig oder unzuverlässig sind. Sie beschrieben einfache Algorithmen zur Überwindung fehlerhafter Komponenten in einem Computernetzwerk. Fehlerhafte Geräte könnten widersprüchliche Informationen an verschiedene Teile des Systems senden.

Anschließend schlugen eine Reihe von Wissenschaftlern unterschiedliche Lösungen für das Problem vor, wie Computersysteme in einer kontradiktorischen Umgebung mit widersprüchlichen Informationen umgehen müssen. Dies führte zur Entwicklung verschiedener Konsensmechanismen , die heute für Distributed-Ledger-Systeme ohne zentrale Autorität verwendet werden.

Ein weiterer großer Aufschwung für DLT erfolgte 1991. Stuart Haber und W. Scott Stornetta schlugen ein System vor, um digitale Dokumente mit einer kryptografisch gesicherten Blockkette mit einem Zeitstempel zu versehen. Ihre Lösung diente als Vorläufer des Blockchain-Konzepts.

Allerdings erlangten diese Konzepte und Algorithmen vor der Einführung von Bitcoin und der zugrunde liegenden Blockchain-Technologie kaum Beachtung. Die praktische Demonstration, wie DLT über Bitcoin genutzt werden kann, brachte die Technologie in den Vordergrund. Es zog erhebliche Investitionen nach sich, was zu einer raschen Entwicklung der DLT-Systemtypen und -Anwendungen führte.

Heute reichen die Anwendungen von DLT weit über Kryptowährungen hinaus und reichen von Lieferkettenmanagement, Gesundheitswesen und digitaler Identität bis hin zu dezentraler Finanzierung (DeFi) und nicht fungiblen Token (NFT).

Wie DLT funktioniert

Wie bereits erwähnt, funktioniert DLT über ein Netzwerk von Computern, sogenannte Knoten. Diese Knoten, die sich an mehreren Standorten befinden, verwalten gemeinsam eine gemeinsame und synchronisierte digitale Datenbank mit Transaktionen oder Daten.

Die Datenstruktur zum Speichern dieser Transaktionen ist normalerweise in Blöcken (im Fall einer Blockchain) oder einem anderen geeigneten Format organisiert. Hier finden Sie einen allgemeinen Überblick über die Funktionsweise von DLT.

Transaktion wird eingeleitet

Ein teilnehmender Knoten erstellt eine neue Transaktion, die dem Hauptbuch hinzugefügt werden soll. Die neuen Transaktionsdetails werden mithilfe einer Public-Key-Verschlüsselung gesichert, um die einzigartige digitale kryptografische Signatur der Transaktion zu erstellen. Diese digitale Signatur umfasst einen öffentlichen Schlüssel (der zur Überprüfung der Daten mit anderen Knoten geteilt wird) und einen privaten Schlüssel. Während die neue Transaktion erstellt wird, wird eine Anfrage an andere Knoten im verteilten P2P-Netzwerk gesendet, um sie zu überprüfen.

Transaktionsdaten überprüfen

Sobald die Knoten die Anfrage erhalten, prüft jeder Knoten unabhängig die Gültigkeit einer Transaktion. Sie verwenden den vom Transaktionsinitiator gemeinsam genutzten öffentlichen Schlüssel, um die digitale Signatur der Transaktion zu entschlüsseln und sie anhand ihrer vordefinierten Regeln zu überprüfen.

Konsens über die Gültigkeit der Transaktion erzielen

Nach der Überprüfung arbeiten die Knoten zusammen, um einen Konsens über die Gültigkeit der Transaktion zu erzielen. Sie verwenden den von ihnen vereinbarten Konsensalgorithmus. Dadurch wird sichergestellt, dass alle Kopien der Transaktion im Hauptbuch identisch sind.

Nehmen wir zum Beispiel das Bitcoin-Mining. Knoten nutzen den PoW-Mechanismus, der im Volksmund als Mining bezeichnet wird und das Lösen komplexer mathematischer Rätsel zur Validierung und zum Hinzufügen neuer Bitcoin-Blöcke zum Bitcoin-Blockchain-Ledger umfasst.

Hinzufügen der verifizierten Transaktion zur Datenbank

Sobald die Transaktion validiert ist, wird sie an das Hauptbuch angehängt und auf alle Knoten verteilt, wodurch der Status des Hauptbuchs aktualisiert wird. Die Knoten im Distributed-Ledger-Netzwerk können die Transaktionsdetails nicht ändern oder aktualisieren, ohne erneut denselben Konsensmechanismus zu befolgen. Dies stellt die Unveränderlichkeit und Integrität des Hauptbuchs sicher.

Hier ist eine visuelle Darstellung der Funktionsweise eines Blockchain-Ledgers.

Arten von DLT

Es gibt verschiedene Arten von DLTs, basierend auf den zugrunde liegenden Technologien, die verwendet werden, und dem Zugriff auf ein verteiltes Hauptbuch. Jedes bietet unterschiedliche Vorteile und ist auf bestimmte Anwendungsfälle ausgerichtet. Sehen wir uns diese DLT-Typen im Detail an.

3 Arten von DLT basierend auf Zugangskontrolle

Die drei Arten von DLTs, basierend darauf, wer an einem Distributed-Ledger-Netzwerk teilnehmen kann, sind:

• Zugelassenes DLT
• Erlaubnisloses DLT
• Hybrid-DLT

1. Erlaubter oder privater DLT

Für ein autorisiertes Hauptbuch müssen die Teilnehmer genehmigt werden, bevor sie dem Netzwerk beitreten. Autorisierte Knoten führen das Hauptbuch. Autorisierte Plattformen ermöglichen eine schnellere Validierung von Transaktionen und bieten einen verbesserten Datenschutz.

Beispielsweise war Facebooks Diem-Stable-Coin-Projekt (früher bekannt als Libra) ein lizenzierter DLT. Nur den Mitgliedern der Diem-Vereinigung wurde die Validierungsbefugnis eingeräumt. Ein weiteres Beispiel wäre die Hyperledger Fabric, eine Open-Source-Blockchain der Linux Foundation, die für den Einsatz in Unternehmen entwickelt wurde.

2. Erlaubnisloses oder öffentliches DLT

In einem erlaubnisfreien Distributed Ledger kann jeder dem Netzwerk ohne Genehmigung beitreten, es ist also öffentlich. Das Hauptbuch wird durch gemeinsame Aktionen zwischen Knoten im öffentlichen Netzwerk verwaltet und ist für jedermann zugänglich. Beispiele für öffentliche DLTs sind Bitcoin-, Ethereum- und Litecoin-Blockchains.

3. Hybrid-DLT

Diese Art von DLT kombiniert die Datenschutzvorteile eines Distributed-Ledger-Systems mit Berechtigungen mit der Transparenz eines Distributed-Ledger-Systems ohne Berechtigungen. Hybrid DLT bietet Unternehmen erhebliche Flexibilität bei der Auswahl, welche Daten sie öffentlich machen und welche Daten sie privat halten möchten.

6 Haupttypen von DLT basierend auf den zugrunde liegenden Technologien

Die sechs Arten von DLT sind je nach Art der verwendeten Konsensmechanismen und Datenstruktur:

• Blockchain
• Gerichteter azyklischer Graph (DAG)
• Gewirr
• Sidechain
• Holokette
• Hashgraph

1. Blockchain

Blockchain ist der bekannteste DLT-Typ. Die Daten in dieser Art von DLT sind als Liste von Blöcken strukturiert. Jeder Block stellt eine Sammlung von Daten dar. Es ist darauf angewiesen, dass Miner die Daten auswählen und in einer sequentiellen Blockkette zusammenfassen.

Alle Blöcke sind kryptografisch mit dem vorherigen verknüpft und bilden ein unveränderliches und transparentes Hauptbuch. Abhängig vom Design des Netzwerks können Blockchains öffentlich oder privat sein. Blockchain-Anwendungen reichen von Kryptowährungen bis hin zu Smart Contracts.

2. Gerichteter azyklischer Graph (DAG)

Im Gegensatz zur sequentiellen Listenstruktur, der die Blockchain folgt, fügt DAG Transaktionen als gerichtetes Diagramm oder als baumartige Struktur hinzu. Jede Transaktion bestätigt mehrere vorherige Transaktionen und schafft so ein Netz miteinander verbundener Transaktionen, ohne eine strenge Kette zu bilden. Da mehrere Transaktionen gleichzeitig verarbeitet werden, bietet DAG einen höheren Transaktionsdurchsatz und eine schnellere Bestätigungszeit als Blockchain. Dies ermöglicht ein skalierbareres und effizienteres dezentrales Netzwerk.

3. Verwirren

Tangle ist ein Open-Source-DAG-basiertes DLT, das von der Organisation Internet of Things Applications (IOTA) für das Internet der Dinge (IOT) entwickelt wurde. Ein Knoten, der eine neue Ergänzung zum Ledger ausgibt, muss zwei zuvor übermittelte Transaktionen genehmigen, was das Hinzufügen und Validieren von Daten einfacher macht als bei Blockchain.

Dadurch entfällt im Gegensatz zu Blockchain auch die Notwendigkeit, dass Miner oder der Mining-Prozess Transaktionen im Ledger genehmigen. Dieser Prozess macht Tangle zu einer Technologie mit geringem Energieverbrauch.

4. Sidechain

Sidechain ist ein sekundäres Distributed-Ledger-System, das über eine Zwei-Wege-Verbindung mit einem Hauptsystem verbunden ist. Der Two-Way-Peg ermöglicht die bidirektionale Übertragung von Transaktionsdaten. Seitenketten können über einen eigenen Konsensmechanismus verfügen, der von der Hauptkette getrennt ist. Es wird in der Blockchain hauptsächlich zur Skalierung des Hauptbuchs verwendet.

5. Holokette

Holochain ist ein einzigartiges DLT, das dezentrale Anwendungen ermöglichen soll. Es verwendet einen agentenzentrierten Ansatz, der von GitHub und BitTorrent inspiriert ist. Es gibt keinen globalen Konsens. Stattdessen wird jeder Knoten im Netzwerk als autonomer Agent betrachtet, der für seine Daten und Interaktionen verantwortlich ist und eine starke Kontrolle über seine Daten bietet.

6. Hashgraph

Hashgraph ist ein weiteres DAG-basiertes DLT. Als Teil seines Konsensmechanismus verwendet es einen virtuellen Abstimmungsalgorithmus und ein Klatschprotokoll. Mit dem Gossip-Protokoll kommunizieren die Knoten kontinuierlich alle Transaktionsdaten nach dem Zufallsprinzip an andere Knoten, sodass sich die Transaktionsinformationen schnell im gesamten Netzwerk verbreiten können.

Vor- und Nachteile von DLT

Befürworter von DLT heben mehrere potenzielle Vorteile gegenüber herkömmlichen zentralisierten Ledgern und anderen Arten gemeinsam genutzter Ledger hervor. Allerdings befindet sich die Technologie noch in der Entwicklung und kann neue Risiken und Herausforderungen mit sich bringen. Schauen wir uns die Vor- und Nachteile von DLT an, um einen Eindruck von seinem Potenzial und seinen Grenzen zu bekommen.

Hauptvorteile von DLT

Nachfolgend sind die wichtigsten Vorteile von DLT aufgeführt, wobei Verallgemeinerungen aufgrund der Entwicklung verschiedener DLT-Typen schwierig sind.

• Die Dezentralisierung macht Vermittler überflüssig und fördert Vertrauen und Transparenz unter den Teilnehmern. Für Unternehmen kann dies zu geringeren Kosten, besserer Skalierbarkeit und einer schnelleren Markteinführung führen.
• Größere Transparenz, da alle Netzwerkmitglieder über eine vollständig identische Kopie des verteilten Hauptbuchs verfügen.
• Einfache Prüfung, da durch die sequentielle Aufzeichnung der Daten ein permanenter Prüfpfad erstellt wird. Dies reduziert möglicherweise Betrug und eliminiert Abstimmungskosten.
• Automatisierung mit intelligenten Verträgen, die Codes automatisch ausführen, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind, wie z. B. die Zahlung einer Rechnung.
• Verbesserte Cybersicherheit durch kryptografische Sicherheitsmechanismen und verteilte Natur, die den einzigen Angriffspunkt beseitigt.

Nachteile von DLT

Da sich DLT noch in der Entwicklung befindet, müssen viele regulatorische und rechtliche Fragen noch gelöst werden. Hier sind die häufigsten technologischen, rechtlichen und regulatorischen Herausforderungen im Zusammenhang mit DLT:

• Mangelnde Reife und Industriestandards, da sich die Technologie noch in einem frühen Entwicklungsstadium befindet. Dies lässt Zweifel an der Belastbarkeit und Robustheit des Systems aufkommen.
• Ohne Industriestandards ist die Interoperabilität zwischen verschiedenen DLT-Systemen und Altsystemen schwer zu erreichen.
• Wenn die DLT weit verbreitet sein und das Transaktionsvolumen erhöhen soll, stellen sich Fragen zur Skalierbarkeit .
• Regulatorische Unsicherheit , da verschiedene Staaten unterschiedliche Regeln haben können. Dies kann für Unternehmen, die DLT nutzen, zu Compliance-Herausforderungen führen.
• Unbekannte Schwachstellen und ungelöste Cybersicherheitsbedrohungen wie Sybil-Angriffe.
• Umweltbedenken bei der Verwendung energieintensiver Konsensmechanismen wie PoW für den Bitcoin-Mining.

Anwendungsfälle von DLT mit Beispielen

Wie bereits erwähnt, bietet DLT ein breites Spektrum potenzieller Anwendungen in verschiedenen Branchen. Lassen Sie uns tief in einige Anwendungsfälle von DLT in verschiedenen Branchen eintauchen.

Finanz- und Bankenbranche

DLT, insbesondere Blockchain, ist ein integraler Bestandteil der Fintech-Revolution. Die Anwendungen von DLT reichen von Bankgeschäften und Zahlungen bis hin zu Versicherungen und Compliance.

Zu den potenziellen Anwendungen von DLT gehören intelligente Verträge, digitale Währungen, grenzüberschreitende Zahlungen, Handel und Abwicklung von Wertpapieren, Registrierung von Vermögenswerten usw. Viele Banken und Finanzinstitute führen Proof-of-Concept durch, um die Machbarkeit zu untersuchen und die Auswirkungen verschiedener zu messen DLT-Technologie für diese Anwendungsfälle.

Beispielsweise führen US-Banken ein Pilotprojekt für die Abwicklung digitaler Vermögenswerte mithilfe eines Distributed Ledgers durch. Zentralbanken vieler Länder erforschen auch digitale Zentralbankwährungen (CBDCs), die auf der Blockchain-Technologie basieren.

Lieferkettenmanagement

Einer der vielversprechendsten Anwendungsfälle von DLT ist das Supply Chain Management. Frühe Initiativen haben gezeigt, wie DLT die Rückverfolgbarkeit von Produkten verbessert, die Rechnungsstellung rationalisiert, eine schnellere und kosteneffizientere Lieferung ermöglicht und die Koordination zwischen Lieferanten, Käufern und Finanzierungsinstitutionen verbessert.

Walmart Canada beispielsweise nutzte die Blockchain-Technologie und schuf ein automatisiertes System zur Verwaltung von Rechnungen und Zahlungen an seine 70 externen Frachtführer. Dieses System reduzierte Streitigkeiten im Zusammenhang mit Rechnungsabweichungen von über 70 % auf weniger als 1 %.

Gesundheitspflege

Die sichere Aufbewahrung von Gesundheitsakten ist eine der beliebtesten Anwendungen von DLT im Gesundheitswesen, da die Branche allein im Jahr 2022 707 Datenschutzverletzungen gemeldet hat. DLT erleichtert mit seinen Verschlüsselungstechniken die sichere Speicherung und gemeinsame Nutzung elektronischer Gesundheitsakten. Die Rückverfolgung ihrer Lieferkette hilft dabei, die Medikamente und pharmazeutischen Geräte zu verfolgen und zu überprüfen. DLT unterstützt auch die Aufzeichnung von Daten aus klinischen Studien.

Beispielsweise experimentiert die Mayo Clinic mit einer Blockchain-Plattform, um Daten aus ihrer klinischen Studie zu Bluthochdruck aufzuzeichnen und zu verwalten.

Immobilie

Die potenziellen Anwendungen von DLT im Immobilienbereich reichen von der Erleichterung der Immobiliensuche und der Rationalisierung der Verwaltung von Eigentumstiteln bis hin zu Eigentumsübertragungen. Dies reduziert den Papierkram und die Verwaltungskosten und sorgt gleichzeitig für Datenschutz und eine unveränderliche Aufzeichnung des Eigentums.

Ein weiterer Anwendungsfall, der gleichzeitig von der Finanz- und Immobilienbranche untersucht wird, ist die Frage, wie reale Vermögenswerte für den Handel in digitale Token umgewandelt werden können. Eine solche Tokenisierung fördert die Liquidität von Vermögenswerten, das Teileigentum und senkt die Transaktionskosten.

Regierung und öffentlicher Sektor

DLT bietet die Möglichkeit, staatliche Dienstleistungen besser und schneller bereitzustellen. Es findet Verwendung bei der sicheren Pflege verschiedener Regierungsdatenbanken, der Bereitstellung digitaler Regierungszertifikate und der Vereinfachung der Registrierung von Vermögenswerten.

Estland beispielsweise verwendet Blockchain, um sein Gesundheits-, Immobilien- und Unternehmensregister zu verwalten. Es stellt seinen Bürgern auch digitale Ausweise zur Verfügung, mit denen sie staatliche Dienstleistungen in Anspruch nehmen können.

Die Zukunft ist verteilt

Es gibt seit Jahren einen Hype-Zyklus um DLT, Blockchain und seine Fähigkeiten. Doch der Hype weicht praktischen Anwendungsfällen.

Da Unternehmen von Pilotprojekten und Konzeptnachweisen zu praktischeren, realeren Initiativen übergehen, wird sich die DLT-Einführung beschleunigen. Darüber hinaus werden mit zunehmender Reife der Technologie skalierbare Lösungen entstehen, die die Einschränkungen beseitigen, die einer breiten Einführung im Wege stehen. Ergreifen Sie also die verteilte Zukunft mit unbegrenzten Möglichkeiten.

Erfahren Sie mehr über den Proof-of-Stake-Konsensmechanismus, der in der Zukunft dezentraler Technologien eine entscheidende Rolle spielen wird.