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Was ist Block Finality?

Blockfinalität bezieht sich auf die dauerhafte Natur einer Transaktion, sobald sie auf der Blockchain erfasst ist. Im Gegensatz zur traditionellen Finanzwelt, in der Transaktionen rückgängig gemacht werden können, werden Blockchain-Transaktionen unumkehrbar, sobald sie Finalität erreichen. Dies ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Integrität des Netzwerks, da kein Teilnehmer vergangene Transaktionen manipulieren oder ändern kann.

Der Zeitpunkt, an dem die Endgültigkeit erreicht wird, hängt von dem auf dieser bestimmten Blockchain verwendeten Konsensmechanismus ab. Ob durch Proof of Work (PoW), Proof of Stake (PoS) oder andere Konsensmodelle, jedes Netzwerk hat eine Methode, um zu bestimmen, wann eine Transaktion bestätigt und dauerhaft in die Blockchain aufgenommen wird.

Wie funktioniert Blockfinalität?

Jedes Blockchain-Netzwerk ist einzigartig und hat seine eigenen Merkmale, aber die Block-Endgültigkeit - ein Schlüsselkonzept für die Sicherheit - existiert in allen Netzwerken und wird durch verschiedene Methoden erreicht. Der Konsensmechanismus, der Transaktionen überprüft und die Sicherheit eines dezentralen Netzwerks gewährleistet, spielt eine zentrale Rolle dabei, wie die Endgültigkeit in Blockchains erreicht wird.

Verschiedene Blockchains verwenden verschiedene Konsensmechanismen, die auf ihre Bedürfnisse zugeschnitten sind. Beliebte Beispiele sind der Arbeitsnachweis (PoW), der Einsatznachweis (PoS) und der Nachweis der Geschichte (PoH) - die letzten beiden Beispiele werden gemeinsam im Solana-Netzwerk verwendet. Diese Mechanismen definieren, wie Transaktionen überprüft werden und wann sie Endgültigkeit erlangen, was bedeutet, dass sie dauerhaft aufgezeichnet und nicht rückgängig gemacht werden können.

Zum Beispiel verwendet Bitcoin den traditionellen Proof-of-Work-Mechanismus, bei dem Bergleute um die Lösung komplexer Algorithmen konkurrieren, um Transaktionen zu validieren. Ein wichtiges Merkmal von PoW, das insbesondere für die Blockfinalität relevant ist, ist die „Regel des längsten Ketten“. In diesem System gilt die Kette mit der meisten angesammelten Arbeit als gültig. Mit zunehmender Anzahl von Blöcken, die nach einer Transaktion zur Bitcoin-Blockchain hinzugefügt werden, wird ihre Endgültigkeit gestärkt, was sie zunehmend sicher und unumkehrbar macht.

Quelle: gsr.io

Finalität wird in Proof-of-Stake (PoS)-Netzwerken wie Ethereum nach dem Übergang zu Ethereum 2.0 auf andere Weise erreicht. Anstelle von Minern werden Validatoren basierend auf der Menge an Kryptowährung ausgewählt, die sie gestaked haben. Diese Validatoren sind dafür verantwortlich, neue Blöcke vorzuschlagen und zu validieren. PoS-Netzwerke verwenden Protokolle wie „Casper“, um Finalitätsregeln durchzusetzen.

Quelle: unitychain.io

Sobald ein Block validiert und zur Blockchain hinzugefügt wird, erfordert es die Zustimmung einer Mehrheit der Validatoren, um umgekehrt zu werden. Dies würde bedeuten, dass sie ihre hinterlegten Vermögenswerte opfern müssten. Dieser wirtschaftliche Abschreckungseffekt, kombiniert mit der Anforderung mehrerer Bestätigungen, stellt sicher, dass es äußerst schwierig und kostspielig ist, eine Transaktion auf einem PoS-Netzwerk umzukehren, sobald sie ihre Endgültigkeit erreicht hat. Dadurch ist es genauso sicher wie PoW, aber effizienter und skalierbarer.

Arten der Blockfinalität

Unterschiedliche Blockchains haben unterschiedliche Möglichkeiten, Endgültigkeit zu erreichen. Über alle verschiedenen Netzwerke und entsprechenden Konsensmechanismen hinweg gibt es vier Hauptarten von Endgültigkeit in der Blockchain. Sie werden anhand des Grades an Sicherheit und Unumkehrbarkeit von Transaktionen und Blöcken klassifiziert, sobald sie dem Netzwerk hinzugefügt wurden. Die verschiedenen Arten von Blockendgültigkeit umfassen:

Probabilistische Endgültigkeit

Am häufigsten in Proof-of-Work-Netzwerken wie Dogechain vorkommend, ist die probabilistische Finalität eine einfache, kettenbasierte Finalität. Anstatt absolute Finalität zu haben, sobald ein Block zu einem Netzwerk hinzugefügt wurde, wird er als wahrscheinlich endgültig betrachtet, und die Wahrscheinlichkeit und Sicherheit der Transaktion steigt mit den neuen Blöcken, die auf diesem anfänglichen Block aufgezeichnet werden. Die probabilistische Finalität wird als erreicht betrachtet, wenn eine Transaktion abgebaut, auf der öffentlichen Chain aufgezeichnet und ein anschließender Block danach abgebaut wurde.

Absolute Endgültigkeit

Absolute Endgültigkeit ist der höchste Grad an Gewissheit bezüglich der Unveränderlichkeit einer Transaktion, sobald sie bestätigt wurde. Mit absoluter Endgültigkeit kann eine Transaktion, sobald sie auf der Blockchain bestätigt und aufgezeichnet wurde, niemals geändert oder rückgängig gemacht werden. Absolute Endgültigkeit ist am häufigsten auf Blockchain-Netzwerken wie Stellar und Ripple zu finden, die einen föderierten Konsens verwenden. Ein föderierter Konsensmechanismus wird von einer Gruppe vertrauenswürdiger Validatoren unterstützt, die das Netzwerk durch die Bestätigung einzelner Blöcke absichern.

Wirtschaftliche Endgültigkeit

Wirtschaftliche Endgültigkeit unterscheidet sich darin, dass die Sicherheit von finanziellen Gewinnen oder Verlusten abhängt. Es ist eine Eigenschaft des Konsensmechanismus des Proof of Stake, bei dem die Validatoren Tokens setzen müssen, um an der Netzwerksicherheit teilzunehmen. Sie riskieren auch den Verlust der gesetzten Tokens, wenn sie bösartig handeln. Somit wird die Blockbestätigung durch finanzielle Anreize vorangetrieben, und die Sicherheit wird durch finanzielle Abschreckung aufrechterhalten. In Netzwerken wie Ethereum übersteigen die Kosten für bösartige Handlungen, wie z. B. doppelte Ausgaben oder Umkehrung von Transaktionen, die potenzielle Belohnung für die Validierung von Blöcken, was die Transaktionsendgültigkeit und die Netzwerksicherheit gewährleistet.

Sofortige Endgültigkeit

Dies ist der höchste Grad und der schwierigste Typ der Blockfinalität, der erreicht werden soll. Mit sofortiger Endgültigkeit wird eine Transaktion als bestätigt angesehen und folglich unumkehrbar, sobald sie im Netzwerk aufgezeichnet ist. Realistisch gesehen würde dieser Grad der Endgültigkeit bedeutende Modifikationen an der traditionellen Natur einer Blockchain und dem Prozess der Transaktionsbestätigung erfordern.

Es kann nicht mit Sicherheit gesagt werden, ob ein Netzwerk eine sofortige Endgültigkeit erreicht hat, aber einige Blockchains, die den Byzantine Fault Tolerant (BFT) Konsensmechanismus wie Cosmos verwenden, sollen eine nahezu sofortige Endgültigkeit erreichen. Das Shardeum-Protokoll ist ein Netzwerk, das versucht, ähnliche Ergebnisse mit dem Proof of Quorum Konsensmechanismus zu erreichen, der ein gemeinsames Hauptbuch bei der Bestätigung von Transaktionen im Netzwerk gewährleistet.

Statusendgültigkeit

Ein weiterer Typ von Endgültigkeit bezieht sich mehr auf das große Ganze, nämlich die Blockchain selbst, anstatt auf einzelne Transaktionen. Bei der Zustandsendgültigkeit wird geprüft, ob eine Zustandstransaktion, d.h. eine Änderung des Zustands der Blockchain wie die Ausführung eines Smart Contracts, nach Abschluss geändert oder rückgängig gemacht werden kann. Die Zustandsendgültigkeit ist auch deshalb wichtig, weil für dezentralisierte Protokolle wie Ethereum und Solana die Beständigkeit ausgeführter Smart Contracts für die Sicherheit und Effizienz von dezentralisierten Anwendungen wichtig ist.

Warum ist Block Finalität wichtig?

Blockfinalität ist in Gesprächen über Netzwerksicherheit und Zuverlässigkeit am wichtigsten. Dieses grundlegende Konzept ist jedoch am besten im Zusammenhang mit Smart Contracts und dem Problem des doppelten Ausgebens zu verstehen.

Smart Contracts sind das Rückgrat von dezentralen Anwendungen, die am häufigsten auf DeFi-Netzwerken wie Solana und Ethereum zu finden sind. Im Bereich dezentraler Finanzen (DeFi) automatisieren Smart Contracts finanzielle Transaktionen wie Kredite, Ausleihen und Handel ohne Zwischenhändler. Die Block-Endgültigkeit ist für diese Prozesse von entscheidender Bedeutung, um reibungslos und sicher zu funktionieren.

Wenn ein Benutzer beispielsweise einen Tausch an einer dezentralen Börse (DEX) wie Uniswap initiiert, gleicht ein Smart Vertrag automatisch den Handel ab und transferiert Token zwischen Benutzern. Die Blockfinalität stellt sicher, dass der Handel unveränderlich ist, sobald diese Transaktion bestätigt und auf der Blockchain erfasst wurde. Ohne Finalität könnte ein bösartiger Akteur möglicherweise die Transaktion umkehren oder das System ausnutzen und die Integrität des DeFi-Ökosystems untergraben. Ohne Blockfinalität wäre das Ergebnis dieser Verträge unsicher, was die Tür für potenzielle Streitigkeiten oder Angriffe öffnen würde, wie beispielsweise doppeltes Ausgeben oder Transaktionsumkehrungen.

Das Konzept des doppelten Ausgebens ist ein weiteres Beispiel dafür, wie wichtig die Blockfinalität ist. Doppeltes Ausgeben ist ein Problem, das auftritt, wenn dasselbe Token in mehreren Transaktionen mehr als einmal ausgegeben wird. Es wird als Angriff betrachtet, da es dem bösartigen Akteur erlaubt, die gleichen Münzen mehr als einmal auszugeben. Die Blockfinalität verhindert das doppelte Ausgeben, indem sichergestellt wird, dass es einmal aufgezeichnet wird, sobald eine Transaktion ausgeführt wurde. Sobald eine Transaktion bestätigt und im Chain-Netzwerk aufgezeichnet wurde, hat das Blockchain-Ledger dauerhaft aufgezeichnet, dass ein Token bei der Ausführung einer bestimmten Transaktion ausgegeben wurde. Zum Beispiel, sobald die Transaktion überprüft wurde, teilen alle Knoten denselben Blockchain-Eintrag in einem Proof-of-Work-Netzwerk, der besagt, dass diese Tokens ausgegeben wurden. Auf diese Weise kann ein bösartiger Akteur die gleichen Münzen nicht erneut ausgeben.

Blockfinalität in verschiedenen Layer 1s

Die Blockfinalität bestimmt die Dauerhaftigkeit jeder ausgegebenen Transaktion auf der Blockchain. Allerdings ist die Blockchain-Technologie äußerst komplex, und viele andere Faktoren sind an der Transaktionsverarbeitung auf der Blockchain beteiligt.

Blockfinalität ist nicht das einzige, was bei der Transaktionsverarbeitung eine Rolle spielt. Andere Konzepte wie Netzwerklatenz, Blockzeit und TPS (Transaktionen pro Sekunde) sind wesentlich wichtiger. Netzwerklatenz kann als die beobachtete Zeit zwischen dem Ausstellen und Bestätigen einer Transaktion beschrieben werden. Blockzeit hingegen ist die Zeit, die benötigt wird, um jeden Block abzubauen, bevor er dem Netzwerk hinzugefügt werden kann. Transaktionen pro Sekunde (TPS) wird oft mit Netzwerklatenz verwechselt, aber TPS ist die Gesamtzahl der Transaktionen, die ein Netzwerk pro Sekunde verarbeiten kann. Es kann als die Durchsatzrate eines Netzwerks beschrieben werden.

Andere Konzepte wie Blockhöhe, Blockgröße und Waisenblöcke sind es wert, berücksichtigt zu werden. Die Blockhöhe und -größe beziehen sich auf die Anzahl der Blöcke, die dem aktuellen Block in der Netzwerkkette vorausgehen, während die Größe sich auf die Gesamtmenge an Transaktionen bezieht, die auf der Kette aufgezeichnet werden können. Zum Beispiel beträgt die typische Blockgröße im Bitcoin-Netzwerk 1 MB, während diese bei Ethereum 1 MB beträgt. Die Waisenblöcke in der Kette sind die Konsequenz der längsten Kettenregel. Wie bereits erklärt, folgt Bitcoin der längsten Kettenregel, indem es die längste bewiesene Kette annimmt. Als Folge dieser Regel werden bereits abgebaute Blöcke, die zugunsten der längeren Kette verworfen werden, zu Waisenblöcken, die sich von der restlichen Blockchain unterscheiden.

Hindernisse für Block-Endgültigkeit

Hard Forks

Eine große Herausforderung für die Block-Endgültigkeit ist das Auftreten von Hard Forks. Ein Hard Fork tritt auf, wenn sich eine Blockchain aufgrund einer Änderung im Protokoll oder einer Meinungsverschiedenheit unter den Teilnehmern in zwei verschiedene Pfade aufspaltet. Dies erzeugt zwei Versionen der Blockchain, von denen beide vorübergehend behaupten können, die legitime Kette zu sein. Im Kontext der Endgültigkeit stört ein Hard Fork die Gewissheit, dass Transaktionen permanent und unumkehrbar sind. Wenn die verzweigte Kette als dominant akzeptiert wird, können auf der vorherigen Kette bestätigte Transaktionen ungültig gemacht werden, was das Vertrauen der Benutzer in die Endgültigkeit des Netzwerks untergräbt.

Netzwerklatenz und Kommunikationsverzögerungen


Ein weiteres Problem, das die endgültige Blockierung beeinflusst, ist die Netzwerklatenz oder die langsame Kommunikation zwischen den Knoten. In dezentralen Netzwerken müssen Knoten häufig kommunizieren, um sich über den Zustand der Blockchain zu einigen und Transaktionen zu bestätigen. Wenn es Verzögerungen in der Kommunikation gibt, entweder aufgrund von physischer Entfernung oder Netzwerkstau, kann dies die Blockvalidierung verlangsamen und zu Unsicherheit über die Endgültigkeit von Transaktionen führen. In Proof of Stake- oder Proof of Work-Systemen kann eine langsame Blockausbreitung vorübergehende Forks erzeugen, die zu möglichen Neuorganisationen von Blöcken führen, was die Endgültigkeit von Transaktionen verzögert.

Smart Contract Verwundbarkeiten

Smart Contract-Schwachstellen stellen auch eine Herausforderung für die endgültige Blockierung dar, insbesondere auf Plattformen wie Ethereum, die dezentrale Anwendungen unterstützen. Wenn ein Smart Contract einen Fehler enthält oder von bösartigen Akteuren ausgenutzt wird, müssen Transaktionen, die ursprünglich als endgültig betrachtet wurden, möglicherweise rückgängig gemacht oder angefochten werden. Obwohl Blockchains so konzipiert sind, dass eine Manipulation der Transaktionshistorie verhindert wird, birgt die Komplexität von Smart Contracts eine zusätzliche Risikoschicht. Wenn ein Vertrag kompromittiert ist, können die Folgen schwerwiegend sein, da selbst abgeschlossene Transaktionen durch rechtliche oder gemeinschaftliche Intervention ungültig gemacht werden könnten.

Ein herausragendes Beispiel ist der berüchtigte DAO-Hack im Jahr 2016, bei dem ein Angreifer eine Schwachstelle im Code einer dezentralen autonomen Organisation (DAO) ausnutzte, um 60 Millionen Dollar im Wert von Ether abzuzapfen. Obwohl die Blockchain diese Transaktionen technisch gesehen abschloss, löste die Ausnutzung eine harte Gabelung im Ethereum-Netzwerk aus, was zur Entstehung von Ethereum Classic führte.

51% Angriffe

Ein 51%-Angriff ist eine der ernsthaftesten Bedrohungen für die Blockfinalität. Er tritt auf, wenn eine einzelne Entität oder Gruppe mehr als 50% der Rechenleistung oder der gestakten Tokens des Netzwerks kontrolliert. Mit dieser Mehrheit können sie die Geschichte der Blockchain umschreiben, indem sie alternative Ketten erstellen, doppelte Ausgaben tätigen oder zuvor bestätigte Transaktionen rückgängig machen. Dies untergräbt das Kernprinzip der Finalität, da es für Angreifer möglich wird, Blöcke zu manipulieren, die einmal als sicher und unumkehrbar galten. Obwohl solche Angriffe auf großen, etablierten Netzwerken schwer auszuführen sind, bleiben sie eine bedeutende Sorge für kleinere oder weniger dezentralisierte Blockchains.

Fazit

Blockfinalität ist ein grundlegendes Konzept der Blockchain-Technologie, da sie sicherstellt, dass Transaktionen, sobald sie bestätigt sind, dauerhaft und unumkehrbar sind. Sie ist verantwortlich für die Sicherung von Kryptowährungsnetzwerken und die Verhinderung von bösartigen Aktivitäten wie dem doppelten Ausgeben.

Mit dem Wachstum von Blocknetzwerken werden neue Konsensmechanismen neben neuen Prozessen zur Erreichung der Blockchain-Endgültigkeit entwickelt. Dennoch bestehen weiterhin Herausforderungen in Bezug auf die Endgültigkeit von Blöcken und betonen die Bedeutung der Entwicklung stärkerer Netzwerke.