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- Die IOTA Stiftung hat das Geheimnis gelüftet, wie das IOTA Tangle langfristig auf eine unendliche Zahl an Transaktionen pro Sekunde skalieren soll.
- Die Sharding-Lösung unterscheidet sich grundlegend von bisherigen Ansätzen innerhalb der Krypto-Industrie, wie dem von Ethereum.
In einer Serie von Blogbeiträgen hat der Entwickler der IOTA Stiftung, Hans Moog, die Sharding-Lösung für das IOTA Tangle präsentiert. Die Technologie befindet sich zwar immer noch in der Erforschung, dennoch sei sie reif genug, um offen diskutiert zu werden. Wie Moog feststellt, sieht sich IOTA anderen Herausforderungen ausgesetzt als beispielsweise Ethereum.
Aufgrund der gebührenfreien Struktur des IOTA Tangle sehen sich die Entwickler zwar nicht dem Problem der steigenden Transaktionskosten bei hohen Belastungen des Netzwerkes gegenüber, trotzdem besteht das Problem, dass jeder IOTA Node nur eine Obergrenze an Transaktionen pro Sekunde (TPS) verarbeiten kann. In der Krypto-Industrie gibt es derzeit zwei Ansätze, um dieses Problem zu lösen.
Entweder werden die Berechnungen durch einen kleinen Satz sehr leistungsfähiger Nodes (z. B. Hashgraph, EOS) durchgeführt oder jeder Node muss nur eine Teilmenge der Gesamtarbeit ausführen (Sharding). Laut Moog ist ersteres nur eine kurzfristige Lösung, während das Sharding Probleme im Bereich der Sicherheit, neben Weiteren, mit sich bringt, weshalb „diese traditionelle Art des Shardens […] keine Antwort für die Vision von IOTA“ ist:
Die Vision von IOTA ist es, eine DLT-Plattform bereitzustellen, die automatisch mit der wachsenden Verbreitung Schritt halten kann, indem sie einen immer höheren Durchsatz bietet, der mit der Anzahl der Knoten im Netzwerk skaliert. Gleichzeitig muss der verwendete Mechanismus flexibel und schnell genug sein, um auf Dinge wie Angebots- und Nachfrageschocks beim Netzwerkdurchsatz zu reagieren, so dass das Netzwerk funktionsfähig bleiben kann, ohne dass die Knoten über Gebühren entscheiden müssen, welche Transaktionen verarbeitet werden sollen.
So funktioniert das IOTA Sharding
Die Funktionsweise des IOTA Sharding ist für Außenstehende vermutlich sehr komplex, wie Moog aber betont, eigentlich sehr einfach. Da das Tangle nicht durch eine Blockgröße begrenzt ist, kann es grundsätzlich eine beliebige Anzahl von Transaktionen verarbeiten. Wenn der Netzwerkdurchsatz die Verarbeitungskapazitäten der Knoten übersteigt, werden Transaktionen auf die Nodes aufgeteilt, sodass einzelne Nodes nicht mehr das gesamte Tangle sehen.
Der Aufspaltungsprozess des Tangle läuft dabei rekursiv ab. Shards, die die Last nicht verarbeiten können, zerfallen in weitere Shards. Wenn die Netzwerklast geringer wird, werden die Shards aufgelöst:
Die verschiedenen Netzwerksegmente werden zu unterschiedlichen Zeiten, je nach dem tatsächlichen Durchsatz, mehr oder weniger augenblicklich aufgeteilt, ohne dass komplizierte Verhandlungen darüber geführt werden müssen, wann und wo aufgeteilt werden soll. […] Sobald die Last sinkt, sind die verschiedenen Dreiecke theoretisch in der Lage, wieder miteinander zu verschmelzen, was zu einem System führt, das in der Lage ist, dynamisch auf unterschiedliche Netzwerkbedingungen und wachsende Akzeptanz zu reagieren.
Dieser einfache Ansatz birgt jedoch einige Probleme, wobei das größte Problem die Doppelausgabe ist. Ursache hierfür ist, wie Moog feststellt, jedoch nicht die Struktur der DAG selbst, sondern die Tatsache, dass das Tangle im Wesentlichen völlig unkontrolliert und zufällig zersplittert, weshalb die IOTA Stiftung eine Lösung entwickelt hat, die Zersplitterung deterministisch zu gestalten.
Jeder Node und jede Transaktion erhält eine Markierung, die definiert, zu welchem Shard sie gehört. Dies verhindert eine Doppelausgabe. Zudem wird eine geografische Kartierung vorgenommen, wodurch die Shards in bestimmte Koordinaten auf der Erde übersetzt werden. Durch die Zersplitterung nach geografischen Regionen auf der Welt erhöht sich die Leistungsfähigkeit des Netzwerks weiter:
Auf diese Weise werden Knoten, die physisch nahe beieinander liegen, Teil desselben Shards sein. Auf diese Weise werden nicht nur die Netzwerklatenzen innerhalb eines Shards reduziert, sondern auch die Kommunikation zwischen den Shards auf ein absolutes Minimum reduziert, da die meisten wirtschaftlichen Aktivitäten lokal stattfinden.
Um einen Konsens zu erhalten, wann und wo die Shards abgespaltet werden, wird IOTA ein „Fluid Sharding“ nutzen. Hierdurch erhält jeder Node die völlige Freiheit zu wählen, an welchem Teil der DAG er teilnehmen möchte.
Beispiel: Eine Person, die zwischen Ost- und West-Berlin lebt, könnte sich entscheiden, der Hälfte von Ost- und der Hälfte von West-Berlin zu „folgen“, während eine Person, die im Zentrum von West-Berlin lebt, sich stattdessen nur West-Berlin folgen könnte.
Den Blogbeitrag von Hans Moog mit einer viel detaillierten Erklärung zum IOTA Sharding Ansatz findest du unter diesem Link.
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