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Wie ein Projekt Kryptowährung skalieren will: Bitcoin für alle?

Elf Jahre gibt es Bitcoin mittlerweile, doch ist die Kryptowährung von ­einer ­Alltags­­tauglichkeit als echtes Geld noch immer weit entfernt. Zu langsam, zu ­umständlich und zu teuer sind einzelne Transaktionen. Ein neues Protokoll soll das nun ändern.

Von Friedemann Brenneis
8 Min. Lesezeit
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Raspberry Pis als vollwertige Knoten im Lightning-Netzwerk: Sie sollen Kapazität und Stabilität der dezentralen Payment-Infrastruktur stützen und weiter vergrößern. Seit das Netzwerk Anfang des Jahres offiziell den Teststatus verlassen hat, ist es schon auf mehrere tausend Knoten angewachsen. (Foto: Friedemann Brenneis)


Es ist heiß, laut und riecht nach dunklem, starkem Kaffee an diesem Samstagnachmittag in einem geräumigen Berliner ­Coworking-Space. Rund 200 Entwickler, Bastler und passionierte Bitcoiner sind aus allen Teilen der Welt zu einem zwei­tägigen Hackday angereist. Sie wollen Vorträge hören, Prototypen ­basteln und über die drängendsten Fragen von Bitcoin diskutieren, dem digitalen Geld, das in diesen Monaten zehn Jahre alt wird. ­Obwohl 64 Prozent der Deutschen mittlerweile schon ­einmal von Bitcoin gehört haben und knapp die Hälfte der 18- bis 34-Jährigen hierzulande Kryptowährungen für ein interessantes Investment hält, hat sich das digitale Geld im Alltag noch nicht wirklich.

„Die ursprüngliche Idee von Bitcoin ist es, Geld in die Hände vieler Menschen zu bringen. Eine Alternative bieten zu können und mit ihr mehr Selbstbestimmung, Eigenverantwortung und individuelle Freiheit“, sagt Jeff Gallas, dessen Research-Startup Fulmo ­regelmäßig ­Bitcoin-Hackdays wie diesen veranstaltet. Dass es Bitcoin als dezentrales Projekt nach zehn Jahren überhaupt noch gibt, sei daher an sich schon ein Erfolg, meint er. ­Immerhin hat die Blockchain als Infrastruktur­technologie gezeigt, dass ein staaten- und bankenunabhängiges Geld zumindest in der Theorie möglich ist. Doch ist das erste rein digitale Geld trotzdem noch weit davon entfernt, die selbst gesteckten An­sprüche als globales Universalgeld zu erfüllen.

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Zwar kann man Bitcoin bereits verwenden, um Geldwerte rund um die Uhr an praktisch jeden Ort der Welt zu verschicken, ohne befürchten zu müssen, dass die Transaktion zensiert oder manipuliert wird. Allerdings ist die Kapazität des Systems noch stark begrenzt. Zu stark, als dass Millionen Menschen das digitale Geld jetzt schon bequem in ihrem Alltag verwenden könnten. Aktuell kann die Blockchain nur drei bis sieben Transaktionen pro Sekunde verarbeiten. Die Transaktionen brauchen mindestens zehn Minuten, um final bestätigt zu werden. Und bei einer starken Netzwerkauslastung drohen die erforderlichen Gebühren für den Nutzer unberechenbar nach oben zu schießen. Das hat sich zuletzt Ende vergangenen Jahres gezeigt, als dringende ­Bitcoin-Transaktionen nur noch möglich waren, wenn man bereit war, 20 Euro und mehr für ihre Abwicklung zu zahlen.

Teilnehmer des dritten Lightning-Hackdays in Berlin haben einen Automaten an das Lightning-Netzwerk angeschlossen, der Schokolinsen ausspuckt, wenn eine Zahlung ausgelöst wird. (Foto: Friedemann Brenneis)

„Der große Nachteil von Bezahlungen mit Bitcoin ist bisher, dass man jede einzelne Transaktion über die Blockchain ab­wickelt und quasi der ganzen Welt mitteilt, weil jeder im Netzwerk ­diese Transaktion sehen, verarbeiten und in seiner internen Buch­führung nachvollziehen muss“, erklärt ­Christian Decker aus ­Zürich das Problem. Er bezeichnet sich selbst als Bitcoin-­Enthusiast der ersten Stunde, hat über Bitcoin promoviert und ­arbeitet mittlerweile beim US-amerikanischen ­Startup ­Block­stream an einer Lösung, die beim Skalierungsproblem von ­Bitcoin Abhilfe schaffen soll. Die Idee: Man muss gar nicht jede einzelne Bitcoin-Transaktion direkt über die Blockchain ab­wickeln. Stattdessen aggregiert man über spezielle Zahlungs­kanäle erst einmal beliebig viele Bitcoin-Transaktionen zwischen zwei Partnern und schreibt am Ende nur noch die Schluss­abrechnung in die Blockchain. Über ein großes Netzwerk solcher Zahlungskanäle könnten auf diese Weise nicht nur Millionen Bitcoin-Transaktionen gleichzeitig abgewickelt werden, sondern auch extrem günstig und vor allem blitzschnell. Daher auch der Name des Konzepts: Lightning.

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Millionen Zahlungen in Sekunden

Bis zu 500 Transaktionen, schätzt Decker, kann so ein Kanal im Lightning-Netzwerk in einer Sekunde verarbeiten. Und das ist erst der Anfang: Schon jetzt erlebe er sogar Debatten darüber, erklärt der Experte, wie es gelingen könne, dass eine Bitcoin-Transaktion nicht länger als eine Zehntelsekunde dauere.

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Es ist eine große Euphorie, die an diesem Tag nicht nur bei ­Decker, sondern bei allen Teilnehmern des Hackdays zu spüren ist. Eine Aufbruchstimmung, die sie aus Japan, Südafrika, den USA und vielen anderen Ländern in Berlin hat zusammenkommen lassen, um sich konzeptionell mit Lightning auseinanderzusetzen, aber auch, um praktische Erfahrungen zu sammeln. Auf den Tischen, an denen ­parallel zu den Vorträgen gebastelt und gecoded wird, steht daher der Prototyp eines Süßigkeitenautomaten, der für jede ­Lightning-Zahlung eine Handvoll Schoko­linsen ausspuckt. Daneben eine Selfie-Kamera, die bei erfolgreicher Zahlung das Foto schießt und direkt twittert, umgeben von einer ganzen Reihe frisch konfigurierter Raspberry-Pi-­­Minicomputer. Jeder einzelne ein vollwertiger Knoten im ­Bitcoin- und ­Lightning-Netzwerk. Sie sollen die Kapazität und Stabilität dieser dezentralen Payment-Infrastruktur stützen und weiter vergrößern. Und damit einem Trend folgen. Denn seit das ­Lightning-Netzwerk Anfang des Jahres offiziell aus dem Testnet ins Mainnet gewechselt hat, ist es bereits auf mehrere tausend Knoten und über 12.000 miteinander verknüpfte Zahlungskanäle gewachsen. Exakte Zahlen gibt es nicht, da sich Daten über dieses für anonyme Zahlungen konzipierte Netzwerk zentral nicht vollständig erfassen lassen. Doch zeigen auch die unvollstän­digen Daten: Lightning ist nicht nur an diesem Tag hier in Berlin ein Thema, sondern begeistert die globale Bitcoin-Community insgesamt.

Die Skalierungsfrage spaltet die ­Bitcoin-Community

Dieser Jubel ist die Folge eines enormen Tatendrangs, der sich Bahn bricht, nachdem er über Jahre hinweg von der ­Community selbst gebremst und zunehmend aufgestaut wurde. Denn das Lightning-Konzept wurde als Skalierungslösung für Bitcoin bereits 2015 vorgestellt. Doch konnte sich die Community lange nicht ­darauf einigen, ob Off-Chain-Transaktionen tatsächlich der beste Weg ­seien, Bitcoin zu einem Alltagsgeld zu machen. Als zu experimentell galt der Ansatz den sogenannten „Big Blockern“. Sie fürchteten, dass die finanziellen Anreize für die Miner sänken, wenn sie das Netzwerk ohne entsprechende Transaktionsgebühr weiter mit ihrer Rechenleistung absichern sollten. Außerdem würden Entwicklung und Erprobung von Lightning viel zu lange dauern – wenn das Konzept insgesamt überhaupt funktioniere. Als schnelle und einfache Lösung wollten sie daher das Daten­limit der Blöcke der Bitcoin-Blockchain Stück für Stück anheben, um so mehr Transaktionen zu ermöglichen. Dieser Skalierungsansatz wurde jedoch von anderer Seite nicht nur als grundsätzlich unzureichend abgelehnt, sondern auch wegen der Gefahr der Zentralisierung kritisiert. Wenn die Blockchain-Datenbank ­immer schneller wachse, so das Argument, stiegen auch die ­Kosten für das Betreiben eines Knotens im Bitcoin-Netzwerks. Das ­gefährde die Dezentralität und mit ihr die Zensur- und Manipulations­resistenz von Bitcoin, ihr größtes Gut.

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Im August vergangenen Jahres eskalierte dieser Konflikt schließlich. Die Bitcoin-Community spaltete sich und mit ihr die ­Bitcoin-Blockchain. Ein Teil der Miner und Knotenbetreiber folgte der Vision der Big Blocker, implementierte Codes zur Vergrößerung der Datenblöcke und schuf damit eine eigenständige Variante von ­Bitcoin, die mit dem Original nicht mehr kompatibel war: Bitcoin Cash.

Die überwiegende Mehrheit der Miner, Entwickler und ­Nutzer folgte der Fork jedoch nicht, sondern verblieb weiterhin beim ­originalen Bitcoin mit Lightning als präferierter Skalierungs­option, die sich ohne den Widerstand der Big Blocker nun leichter umsetzen ließ. Auch der Markt reagierte sehr positiv auf die ­Lösung des Konflikts. Unmittelbar nach der Bitcoin-Cash-Fork begann der Bitcoin-Kurs schnell zu steigen und entwickelte schließlich das euphorische Momentum, das Ende vergangenen Jahres im überhitzten Allzeithoch von knapp 20.000 US-Dollar mündete.

„Langfristig müssen wir aber dennoch auch beim originalen Bitcoin über eine Vergrößerung der Datenblöcke nachdenken“, meint René Pickhardt. Als Data-Scientist mit dem Schwerpunkt „Skalierung von Web-Architektur“ referiert er beim Hackday über die zahlreichen noch ungelösten Herausforderungen des ­Lightning-Netzwerks. Die begrenzte Kapazität der Bitcoin-Blockchain ist weiterhin eine davon. Denn da jeder einzelne ­Zahlungskanal zunächst mit einer individuellen Eröffnungstransaktion auf der Bitcoin-Blockchain verankert werden muss, würde es bei der aktuell verfügbaren Kapazität mehrere Jahre dauern, bis eine Milliarde Menschen einen eigenen Zahlungs­kanal besäße und Lightning damit nutzen könnte. „Vorausgesetzt natürlich, die Bitcoin-Blockchain würde in dieser Zeit keine anderen Transaktionen abwickeln“, ergänzt Pickhardt.

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Wie das Lightning-­Netzwerk ­technisch funktioniert

Bitcoin-Transaktionen werden bisher immer direkt über die Blockchain abgewickelt. Das ist vergleichsweise teuer, langsam und aufwendig, da jeder einzelne Knoten im Bitcoin-Netzwerk über jede Transaktion informiert werden muss. Insbesondere für kleine Transaktionen lohnt sich das nicht.Das Konzept des Lightning-Netzwerks sieht vor, diese Mikro-Transaktionen nicht mehr alle direkt auf der Blockchain abzubilden, sondern „off-chain“ durch ein Netzwerk aus Zahlungskanälen zu routen, von denen jeder einzelne krypto­grafisch mit der Blockchain verbunden ist und durch diese abgesichert wird. Ziel dieses Second-Layer-Protokolls ist, die Zahl gleichzeitiger Bitcoin-Transaktionen von sieben auf mehrere Millionen pro ­Sekunde zu skalieren, die Geschwindigkeit einer Transaktion von zehn Minuten auf wenige Sekunden zu reduzieren, die Gebühren im Millicentbereich zu halten, die Privatsphäre von Sender und Empfänger zu schützen und Bitcoin auf diese Weise zu einem alltagstauglichen digitalen Geld zu machen.Wer Geld über das Lightning-Netzwerk schicken will, muss zunächst einen Zahlungskanal öffnen und diesen mit Bitcoins „aufladen“. Die Bitcoins werden hierfür mit einem Smart Contract auf der Blockchain geblockt. Solange der Zahlungs­kanal offen ist, können diese Bitcoins über den Zahlungskanal verschickt oder Bitcoins von der anderen Seite empfangen werden. Wird der Kanal geschlossen, wird das Saldo aller bis dahin ausgetauschten „Off-chain“-­Transaktionen zurück in die Blockchain geschrieben und die geblockten Bitcoins gemäß diesem Saldo für beide Kanal­partner wieder freigegeben. Da jeder ­Kanal von beiden Seiten zu jedem Zeitpunkt geschlossen werden kann, kann auch der Kanalsaldo jederzeit in Blockchain-Guthaben zurückgewandelt werden. Transaktionen über Zahlungs­kanäle gelten daher als echte Bitcoin-­Transaktionen, selbst wenn sie noch nicht in der Blockchain stehen.Idealerweise sollten Kanäle aber gar nicht erst wieder geschlossen werden, sondern ein wachsendes Netzwerk bilden. Hat nämlich ein Kanalpartner noch weitere Zahlungskanäle zu Dritten offen, kann auch der andere Kanalpartner seine Bitcoins über diese Kanäle an andere Netzwerkteilnehmer schicken.

Noch ist das Konzept experimentell und sollte nur mit kleinen Summen ausprobiert werden. Doch mit aktuell mehreren tausend Nodes und über 12.000 Kanälen lassen sich erste Bitcoin-Zahlungen schon jetzt schnell, billig, privat und sicher durch das Lightning-Netzwerk routen.

Als Zwischenlösung, so hört man es aus der Bitcoin-­Community immer wieder, könnten ja erst einmal Dienst­leister, die schon jetzt viele offene Kanäle haben und gut vernetzt sind, den Menschen über ihre Infrastruktur einen Zugang zu ­Lightning ermöglichen. Das wäre zwar nutzerfreundlich und vor allem ­bequem, doch ist der Knackpunkt offensichtlich: Denn die Idee hinter Bitcoin ist ja eigentlich, Mittelsmänner wie etwa die ­Banken zu überwinden, und nicht, sie in neuem technischen Gewand wieder einzuführen.

Dieses Problem ist nur eines von mehreren, die zeigen: Bei ­aller neuen Euphorie, die Lightning in die Community gebracht hat, ist das Netzwerk noch ein gutes Stück von der Massentauglichkeit entfernt. Davon lässt sich allerdings beim Lightning-Hackday in Berlin niemand entmutigen. Bitcoin, so sagen die Teilnehmer hier, funktioniere seit zehn Jahren nach einem Work-in-Progress-Prinzip: Je dringlicher ein konkretes Problem werde, umso höher sei auch der Ansporn der Community, es zu lösen. Zunächst müsse man sicherstellen, dass das Lightning-Netzwerk Bitcoins ebenso stabil, sicher und zuverlässig verwalte wie die Blockchain. Sichere und bequeme Anwendungen für die breite Masse seien erst der nächste Schritt.

Wie es aussehen könnte, wenn das Bezahlen mit Lightning dann irgendwann Alltag für die Allgemeinheit ist, zeigt sich später noch mit einer im Vorfeld des Hackdays entwickelten Point-of-Sale-Lösung im Room 77. Die Berliner Kneipe ist seit 2011 berühmt dafür, dass sie als weltweit erstes Ladengeschäft Bitcoin als Zahlungsmittel akzeptiert hat. Nun gehört sie erneut zu den Vorreitern beim Einsatz der digitalen Währung: Mithilfe einer mobilen Lightning-Wallet auf dem Smartphone werden an diesem Abend im Room 77 die ersten Bier- und Burger-Rechnungen direkt per Lightning bezahlt. Die ­Transaktion von rund 30 Euro in Bitcoin braucht für ihre Route durch mehrere Kanäle des Lightning-Netzwerks neun Sekunden und kostet umgerechnet 0,017 Cent Gebühren: „Lächerlich klein für eine Transaktion dieser Größen­ordnung“, meint Data-Scientist René Pickhardt. „Zumal das Geld in derselben Zeit und für den gleichen Betrag an jeden Punkt dieser Welt hätte geschickt werden können.“

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