Im Artikel “Unblocking Blockchain – Was ist eine Blockchain und wie funktioniert sie?” haben wir anhand der Bitcoin-Blockchain vertieft dargestellt, was unter einer Blockchain zu verstehen ist und wie die Urform der Blockchain funktioniert. Im Rahmen des Artikels haben wir darauf aufmerksam gemacht, dass für Legal Tech die Ethereum-Blockchain aber von weitaus größerer Bedeutung ist, da auf dieser sog. Smart Contracts ausgeführt werden können. Im Beitrag wird es um die Ethereum-Blockchain gehen. Konkret beleuchten wir zunächst, worin die untechnischen Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen der Bitcoin- und der Ethereum-Blockchain liegen. Anschließend erläutern wir unter Bezugnahme auf unsere Ausführungen zur Bitcoin-Blockchain grob die Funktionsweise der Ethereum-Blockchain. Dabei werden wir Augenmerk auf die Gründe für den bevorstehenden Wechsel des der Ethereum-Blockchain zugrunde liegenden Verschlüsselungsmechanismus legen. Nicht in diesem Artikel behandelt wird die Funktionsweise von sog. Smart-Contracts. Dazu wird ein separater Beitrag erscheinen.

Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Bitcoin- und der Ethereum-Blockchain

Beiden Blockchains ist zunächst gemein, dass sie darauf abzielen, ein dezentrales Peer-to-Peer Netzwerk zu schaffen, dass ohne eine zentrale Instanz fälschungssicher Informationen speichern kann. Mit Blick auf die konkrete Zielsetzung der beiden Blockchain-Projekte werden aber bereits die ersten signifikanten Unterschiede deutlich.

Das Bitcoin-Protokoll wurde 2008 von dem Pseudonym Satoshi Nakamoto entwickelt, um ein alternatives, auf der Kryptowährung Bitcoin basierendes Zahlungssystem bereitzustellen. Durch das Peer-to-Peer Netzwerk sollte ermöglicht werden, elektronisches Geld direkt zwischen Beteiligten des Netzwerks zu transferieren, ohne dass es dafür einer Bank oder ein anderes Finanzinstituts bedarf. Die Schaffung eines Peer-to-Peer-Zahlungsverkehrs sei laut Nakamotos Whitepaper notwenig, da das derzeitige Finanzsystem nur unzureichend funktioniert. Dem Problem von möglichen Doppelausgaben, das grundsätzlich in einem Peer-to-Peer-Netzwerk ohne zentrale Instanz zur Kontrolle der Zahlungsstöme besteht, könne begegnet werden, in dem die Transaktionen durch eine mathematische Verschlüsselung sicher und fälschungssicher auf der Blockchain aufgezeichnet werden. Mit der Bitcoin-Blockchain sollte mithin eine Möglichkeit geschaffen werden, Vermögen sicher aufzubewahren und zu transferieren und mit Bitcoin eine Zahlungseinheit zu schaffen, die herkömmliches zu Geld zu einem gewissen Grad zukünftig ersetzen könnte.

Der Zweck, der mit der Schaffung der Ethereum-Blockchain verfolgt wird, geht über den der Schaffung eines alternativen Vermögenswaltungs- und Zahlungssystems weit hinaus. Zwar lässt sie über die Ethereum-Blockchains auch eine Kryptowährung namens Ether (ETH) vergleichbar einem Bitcoin rein digital an andere Netzwerkteilnehmer transferieren. Im Gegensatz zur Bitcoin-Blockchain hat die Ethereum-Blockchain allerdings noch eine Vielzahl weiterer Funktionen. Sie ist nämlich programmierbar. Konkret ermöglicht die Ethereum-Blockchain, die schon angesprochenen Smart Contracts zu erstellen. In diesen digitalen “Verträgen” können die Parteien unveränderlich Bedingungen festlegen, die bei Bedingungseintritt automatisch eine Konsequenz auslösen. Wie genau dies funktioniert und welche Anwendungsmöglichkeiten sich daraus ergeben wird in einem weiteren Beitrag erläutert. Aufbauend auf der Programmierbarkeit von Smart Contracts ermöglicht die Ethereum-Blockchain, dass Entwickler auf der Ethereum-Blockchain weitere Applikationen bauen können. Diese dezentralen Applikationen (engl. decentralised applications oder “dapps”) sind aufgrund der Blockchain-Struktur nach Programmierung unveränderbar und funktionieren dauerhaft so, wie programmiert. Beispiele von dapps, an denen gearbeitet wird bzw. sogar schon zur Verfügung stehen, sind die folgenden:

• Sogenannte Cryptocurrency Wallets, die es ermöglichen, günstig und augenblicklich Kryptowährungen zu transferieren;
• Finanzapplikationen zum (Ver-) Leihen oder Investieren von digitalen Vermögenswerten;
• Dezentrale Marktplätze, auf denen digitale Vermögenswerte ausgetauscht oder sogar Transaktionen auf Basis von Events in der realen Welt getätigt werden können;
• Spiele, bei denen der Spieler sogenannte in-game assets besitzt und darüber Geld im klassischen Sinne verdienen kann.

Der Zweck der Ethereum-Blockchain geht folglich über den der Bitcoin-Blockchain als reines alternatives Zahlungsmittel hinaus. Sie soll vielmehr eine Plattform darstellen, auf der die Netzwerkteilnehmer sicher und fälschungssicher Smart Contracts und dapps programmieren und ausführen können.

Wiederum sehr ähnlich sind sich die beiden Blockchain-Projekte bis dato in der Funktionsweise. Wie wir in unserem letzten Artikel erläutert haben, basiert die Bitcoin-Blockchain auf dem sogenannten Konsens-Mechanismus Proof-of-Work (PoW). Einen vergleichbaren PoW Mechanismus verwendet auch die Ethereum-Blockchain. Die genaue technische Umsetzung unterscheidet sich zwar in einigen Bereichen von dem bei der Bitcoin-Blochchain verwendeten PoW, jedoch ähneln sich beide Systeme stark in den zur Anwendung kommenden Grundprinzipien: Unter Einsatz erheblicher Rechenleistung und damit einhergehendem massivem Energieverbrauch  erzeugen und validieren Miner durch die Lösung mathematischer Rätsel neue Blöcke. Als Gegenleistung erhalten sie eine bestimmte Menge der jeweiligen Kryptowährung. Auf diese Weise werden neue Einheiten der Kryptowährung geschaffen und die Unveränderbarkeit der Blockchain gewährleistet. Da die Ethereum Blockchain in Zukunft von PoW zu Proof-of-Stake (PoS) wechseln wird, gehen wir an dieser Stelle nicht genauer auf die Funktionsweise von PoW bei Ethereum ein. Nennenswerte Unterschiede zum Bitcoin PoW bestehen aber beispielsweise in der Blockstruktur oder der Funktionsweise des mathematischen Rätsels. Letzteres heißt bei der Ethereum-Blockchain Ethash und funktioniert etwas anders als selbiges bei Bitcoin, so dass auch herkömmliche und nicht nur miningspezifische Hardware – sog. ASICs (application-specific integrated circuits) – für das Mining verwendet werden kann.

Proof-of-Stake bei Ethereum – Funktionsweise und Gründe für den Wechsel

PoS ist, wie bereits erwähnt, der Konsensus-Mechanismus, der in Zukunft bei der Ethereum-Blockchain angewendet werden soll. Hierzu haben Vitalik Buterin, Erfinder von Ethereum, und Virgil Griffith, Programmierer und Hacker, im Jahr 2017 das Casper Protokoll entwickelt. Wie jeder Konsensus-Mechanismus dient auch das Casper Protokoll dazu, Transaktionen zu bestätigen, neue Blöcke zu generieren und Konsensus (Übereinstimmung) auf der Blockchain zu erreichen. Ein wesentlicher Unterschied zu PoW ist, dass es bei PoS keine Miner, sondern sog. Validierer (“Prüfer”) gibt. Grundsätzlich kann jeder, der Ether besitzt, Validierer werden, indem er eine bestimmte Menge Ether als Einlage (sog. Stake) auf der Blockchain hinterlegt. Konkret muss ein Benutzer mindestens 32 Ether einzahlen und zustimmen, dass das gesamte Stake einbehalten wird, sollte er gegen die Regeln des Casper Protokolls verstoßen, um Validierer zu werden. Diese Validierer stimmen dann darüber ab, welche Blöcke zur Blockchain hinzugefügt werden sollen und erhalten dafür eine vom Protokoll bestimmte Rendite in Form von neuen Ether. Sowohl das Gewicht der Stimme als auch die Rendite verhalten sich dabei proportional zur Höhe des Stakes.

Die Gründe für einen Wechsel von PoW zu PoS sind vielfältig: Energieersparnis und höhere Skalierbarkeit sowie Sicherheit und Dezentralität sind nur einige Vorteile von PoS, die an dieser Stelle genauer erläutert werden. Es wird geschätzt, dass das Mining von Bitcoin und Ethereum Strom- und Hardwarekosten im Wert von über einer Million Dollar pro Tag verbraucht. Ein Wechsel zu PoS führt zu immensen Energieeinsparungen, da nur noch ein Bruchteil der Rechenleistung für den Betrieb und die Sicherung der Blockchain notwendig ist. Andererseits stärkt PoS die Dezentralität der Blockchain, da Skaleneffekte wesentlich geringer ausfallen als dies bei PoW der Fall ist. Ein Stake in Höhe von 1000 Ether erbringt wie bereits erwähnt eine exakt 10 mal höhere Rendite als 100 Ether. Bei PoW können Skaleneffekte nämlich nur genutzt werden, wenn sich Miner zu Mining Pools zusammenschließen, die die benötigte Hardware günstiger einkaufen oder sich an Orten niederlassen, wo die Stromkosten besonders niedrig sind, um so überproportionale Gewinne zu erwirtschaften. Dies führt zu einer Zentralisierung der Rechenleistung und somit zu einer Zentralisierung der Blockchain. Ein weiterer Vorteil von PoS ist die höhere Sicherheit, vor allem gegenüber verschiedenen Arten der 51%-Attacke. Diese ist bei PoS wesentlich teurer als bei PoW.  Um eine 51%-Attacke durchzuführen, müsste der Angreifer 51% aller verfügbaren Ether erwerben, was zum jetzigen Zeitpunkt ungefähr 10 Milliarden US-Dollar entspricht. Darüber hinaus müsste ein Angreifer auch gewillt sein, das Risiko einzugehen, sein gesamtes Stake zu verlieren, sollte der Angriff fehlschlagen. Als weiterer großer Vorteil ist die bessere Skalierbarkeit zu nennen. Wenn im Ethereum Netzwerk nicht genügend Kapazitäten (Validierer) vorhanden sind, um ein steigendes Transaktionsvolumen zu bewältigen, wird die Rendite erhöht, so dass mehr Benutzer ihre Ether staken und Validierer werden. Wenn zu vielen Benutzer dem Netzwerk als Validierer beitreten, wird die Rendite wieder reduziert. Dies ermöglicht eine effiziente Skalierung: wenn die Nachfrage steigt, wächst die Belohnung, bis das Angebot zu groß wird und die Belohnung wieder reduziert wird.

Bis Ethereum komplett auf PoS umgestiegen ist, wird es allerdings noch einige Zeit dauern. Der Übergang soll in mehreren Phasen durchgeführt werden und Anfang 2020 mit Phase 0 beginnen. Wie lange die komplette Umstellung auf die Ethereum 2.0-Blockchain dauern wird, kann heute jedoch niemand genau sagen.

Last Updated on 10. March 2021