Im Mai 2019 hat IOTA endlich eine neue Lösung vorgestellt, um den Koordinator endgültig verabschieden zu können. Die Datenbankstruktur bei IOTA ist keine Blockchain, sondern ein sogenannter Tangle. Im Gegensatz zur Blockchain, welche alle Transaktionen in Blöcken unterbringt (neuer Block enthält Hash des alten Blocks), gibt es bei IOTA nur Transaktionen, welche auf andere Transaktionen zeigen.
Gebühren gibt es bei IOTA auch nicht. Die Idee dahinter ist, dass jeder, der eine Transaktion tätigen möchte, zur Sicherheit des Netzwerkes beitragen muss, indem er zwei bereits getätigte Transaktionen bestätigt. Dabei wird auch ein Proof of Work verrichtet, um Spam zu vermeiden. Die Knoten sind unbeglaubigt bzw. müssen dem Netz nicht bekannt sein. Es gab jedoch von Anfang an ein Problem. Die Netzwerksicherheit hängt wie bei Bitcoin von der aufgewandten Energie ab. Jedoch ist der Energieaufwand unvorhersehbar. Während bei Bitcoin für die Miner ein Anreiz besteht, das Netzwerk permanent durch ihre Hashleistung abzusichern, ist es bei IOTA völlig unvorhersehbar, wann wie viel Hashleistung erbracht und somit das Netzwerk gesichert wird, weil dies ja mit dem Transaktionsfluss zusammenhängt.
Das Netzwerk ist labil. Um es dennoch sicher zu halten, hat man einen sogenannten Koordinator im Netz laufen. Dies ist ein spezieller, zentraler Netzwerkknoten, der Transaktionen in der Tangledatenbank bestätigt und gleichzeitig finalisiert. Man erhoffte sich anfangs, dass man durch den Anstieg der Transaktionen im Netzwerk die Stabilität so weit steigern kann, dass es den Koordinator nicht mehr braucht. Jedoch wird der Transaktionsfluss immer unvorhersehbar sein und somit auch die wichtige Information, wie viele Tips nun ideal sind. Tips sind unbestätigte Transaktionen. Diese kann man algorithmisch steuern. Kommen als Nächstes viele neue Transaktionen, sind viele Tips ideal, um den Tangle ausgeglichen stricken zu können, kommen wenige Transaktionen, sind wenige Tips ideal.
Völlig neuer Ansatz mit Modulen
Im Mai kam dann, wie schon erwähnt, die Ankündigung eines völlig neuen Ansatzes, um den dezentralen Betrieb des Netzwerkes zu ermöglichen. Dabei unterteilt IOTA die Entwicklung in Module, an welchen unabhängig voneinander gearbeitet wird, die aber am Ende zusammen interagieren.
Modul 1
In diesem Ansatz haben die Knoten eine Reputation namens Mana. Mana ist endlich und wird bei jeder Transaktion an einen Knoten der Wahl des Senders (auch sein eigener möglich) transferiert. Knoten können auch andere Beitrage zum IOTA-Netzwerk leisten, um Mana zu erwirtschaften. Je mehr Mana ein Knoten hat, desto weniger Proof of Work muss er verrichten, sobald er eine Transaktion in die Datenbank einträgt. Fehl- oder bösartiges Verhalten wird mit einem Verlust von Mana geahndet. Auf diese Weise werden Anreize für ein dem Netzwerk zuträgliches Verhalten der Knoten geschaffen und Sybil- bzw. Spamattacken verhindert.
Modul 2
Durch einen neuen Autopeering Mechanismus positionieren sich die Knoten immer neu und zufällig im Peer-to-Peer Overlay-Netz. Somit verhindern sie, dass sie von böswilligen Knoten isoliert und angegriffen werden (Eclipse-Angriff).
Modul 3
Damit das Netzwerk nicht von unsinnigen Transaktionen überlastet bzw. angegriffen wird, gibt es einen Spamschutz. Wie schon erwähnt hängt die Transaktionsleistung eines Knotens von seiner Hashleistung und von der Höhe der Manas in seinem Besitz ab. Je mehr Mana, desto mehr Transaktionen pro Sekunde (TPS) und je mehr Hashleistung, desto mehr TPS kann der Knoten durchführen. Hinzu kommt noch, dass, wenn viele Transaktionen in einem gewissen Zeitraum abgewickelt werden, es mehr Mana bzw. Hashleistung braucht. So wird Spam aufwändig und kostenintensiv.
Modul 4
Neue Tip Auswahlmechanismen, die zusammenwirken sollen, um den alten Gewichts-basierten Mechanismus abzulösen. Dazu kommt noch ein Wahlverfahren, welches bei Konflikten eine schnelle Konsensfindung ermöglichen soll. Nach wie vor wird eine Transaktion zwei andere bestätigen.
Modul 5
Ein zusätzliches Konsensprotokoll, welches bei Diskrepanzen zum Einsatz kommen soll, was sich Shimmer nennt. Dabei nimmt man sich die Natur zur Vorlage. Wissenschaftler konnten beobachten, dass in Schwärmen (Bienen, Vögeln, Fischen) die Individuen dezentral einen gemeinsamen Konsens über die gemeinsame Bewegungsrichtung finden.
Diese Eigenschaft will IOTA modellieren und im Netzwerk zum Einsatz bringen. Dabei wird sie über zwei Mechanismen modelliert.
Zellulärer Konsens
Stehen zwei Transaktionen im Widerspruch zueinander, fragen die Knoten ihre Nachbarknoten, welche Meinung sie haben. Haben mehr als die Hälfte eine bestimmte Meinung, wird diese angenommen. Mana spielt dabei auch eine Rolle. Je mehr Mana ein Knoten hat, desto mehr Einfluss hat seine Meinung.
Des Weiteren sollen Knoten in regelmäßigen Abständen sogenannte Herzschlag Mitteilungen (Lebenszeichen) mit ihrer Meinung digital unterschrieben an ihre Nachbarn senden. Damit kann ein bösartiger, ständig seine Meinung ändernder Knoten eventuell identifiziert werden.
Schneller probabilistischer Konsens (Fast probabilistic Consensus oder FPC)
Diese Modell bezieht, um einen Konens zu finden nicht nur seine Nachbarsknoten mit ein, sondern fragt rundenweise stichprobenartig zufällige Netzwerkknoten nach ihrer Meinung und nimmt dann die an, die am häufigsten auftritt. Diese Vorgehensweise ist sehr ähnlich zum Avalanche Protokoll und funktioniert angeblich mathematisch bewiesen. FPC soll zum Einsatz kommen, sollte der zelluläre Konsens versagen.
Der aktuelle Status
Als die Lösung im Mai angekündigt wurde, erwartete man sich schnelle Lösungen. Das Testnetz sollte schon in wenigen Wochen laufen. Leider gestaltete sich die Implementierung jedoch zeitaufwändiger als erwartet.
Im Juli hat die IOTA Stiftung 5 Mio. $ für Beiträge zur Umsetzung der Pläne bezüglich des Coordicides ausgeschrieben. Bis Ende 2019 soll die Testumgebung für den Coordicide “GoShimmer” fertig sein. Nach erfolgreichen Tests und Sicherstellung der korrekten Funktionsweise aller Komponenten, werden sie dann Schritt für Schritt ins Hauptnetz eingebaut und wenn alles gut geht, soll auch der Koordinator entfernt werden. Die IOTA-Gemeinde geht davon aus, dass das Konzept 2020 bis 2021 umgesetzt sein wird.
Fazit
IOTA hat sich viel vorgenommen mit seinem neuen Konsensmechanismus. Das Projekt wirbt ja nicht nur damit den Koordinator eliminiert, sondern auch das Blockchaintrilemma gelöst zu haben. Durch die ganzen Komponenten ist dieser Mechanismus relativ komplex und deshalb auch vermehrt fehleranfällig. Nun ist jeder Knoten nicht mehr gleichwertig, sondern hat Reputation. Diese Informationen müssen dem gesamten Netzwerk für die Verifizierung bekannt sein. Dies bringt zusätzliche Overheaddaten.
Wenn der Koordinator dann wirklich abgeschaltet und das Netzwerk dezentral ist, fängt für IOTA ein neues Kapitel an. Wer sind die Mächtigen im Netzwerk? Wer entscheidet über Umstellungen der Software oder eventuelle Forks? Die Firmware von IoT-Geräten wird in der Regel von den Herstellern geupdatet. So macht es jetzt den Eindruck, dass diese dann am meisten Entscheidungsmacht haben werden. Die Geräte werden wahrscheinlich das Mana günstigerweise an die Knoten des Herstellerunternehmens delegieren.
Ein weiterer Punkt, der von IOTA immer hochgelobt, aber von Anderen eben auch kritisiert wird, sind die kostenlosen Transaktionen. Wer betreibt freiwillig Knoten bzw. bezahlt die Infrastruktur? Viele Transaktionen setzen schnelles Internet, genügend Speicher und zum validieren genügend Rechenleistung voraus. Auch der Proof of Work Mechanismus kostet auf Dauer Ressourcen.
Durch den völlig neuen Ansatz sehen sich viele Kritiker in ihren Zweifeln an der dezentralen Funktionsweise des alten Konsensmechanismus bestätigt. Da IOTA immer behauptet hat, dass dieser funktionieren werde, wenn nur genügend Transaktionen im Netzwerk abgewickelt werden, wird dies von den Kritikern gerne aufgegriffen, um die allgemeine Kompetenz infrage zu stellen.
Alles in allem ist der neue Ansatz ein spannendes Experiment, das noch viele unvorhersehbare Wege einschlagen bzw. Konsequenzen haben wird. Durch die alternative Herangehensweise ist IOTA eines der spannendsten Projekte im Kryptoraum und wird es vermutlich auch die nächste Zeit bleiben.
