IOTA, bekannt für seinen innovativen Ansatz der Distributed Ledger Technology (DLT), hat mit seinem Konsensmechanismus IOTA 2.0 einen weiteren großen Schritt nach vorne gemacht. Dieses evolutionäre Konsensmodell baut auf der Grundlage des Nakamoto-Konsens auf, der durch Bitcoin populär wurde, um die Herausforderungen eines dynamischen, vernetzten Ledgers, dem sogenannten Tangle, zu bewältigen.
Dieser Artikel zeigt, wie IOTA die Prinzipien von Nakamoto anpasst, um ein anpassungsfähigeres und robusteres Konsensmodell zu schaffen und gleichzeitig die Sicherheit und Stabilität des Netzwerks zu gewährleisten.
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— IOTA (@iota) October 16, 2023
Die Anpassung des Nakamoto-Konsens
In der Welt der Blockchain-Technologie ist der Nakamoto-Konsens seit langem der Goldstandard, um einen Konsens zwischen den Knotenpunkten zu erreichen. Laut dem jüngsten Blogbeitrag der IOTA Foundation beruht er auf der Idee, dass die längste oder schwerste Kette von Blöcken die gültige ist. IOTA geht jedoch einen Schritt weiter und führt das Konzept des Directed Acyclic Graph (DAG) ein, bei dem die Blöcke nicht nur nacheinander verknüpft werden, sondern ein dynamisches Netz aus miteinander verbundenen Blöcken bilden.
Das IOTA Tangle, die zugrundeliegende Datenstruktur, stellt eine besondere Herausforderung dar, da Netzwerkstörungen und böswillige Akteure dazu führen können, dass verschiedene Knotenpunkte unterschiedliche Ansichten des Ledgers haben. IOTA 2.0 passt Nakamotos Konzept an, indem es die Idee des schwersten subDAG innerhalb des Tangle einführt und so ein anpassungsfähigeres Konsensmodell schafft.
Abstimmen über das Tangle
In IOTA 2.0 nimmt jeder Knotenpunkt aktiv am Konsensprozess teil. Wenn ein neuer Block erstellt wird, wird er an bestehende Blöcke angehängt, wodurch die Meinung des Knotens über die Gültigkeit von Blöcken und Transaktionen innerhalb des Tangle verschlüsselt wird. Diese Stimmen werden in Validierungsblöcken abgegeben, die von einem ausgewählten Validierungskomitee durch einen Staking-Mechanismus ausgewählt werden.
Das Gewicht jeder Stimme in einem Validierungsblock wird durch die Bedeutung des Validators innerhalb des Komitees bestimmt und gewährleistet so die Sicherheit des Netzwerks. Durch das Zusammenzählen des Gewichts der Blöcke, die einen bestimmten Block oder eine Transaktion validieren, wird ein “Zustimmungsgewicht” berechnet, das die Aufnahme von Konsensflags beeinflusst.
Der Ledger DAG und Konfliktlösung
IOTA 2.0 verwendet ein Transaktionsmodell, das auf Unspent Transaction Outputs (UTXOs) für die Verarbeitung und Registrierung von Transaktionen basiert. Dieses Modell bietet mehrere Vorteile, wie z.B. die Möglichkeit, die Geschichte von Geldern durch Blockzuordnungen zu verfolgen. Diese Assoziationen tragen zur Erstellung der Ledger-DAG bei, die alle durch Blöcke vorgenommenen Ledger-Änderungen darstellt.
Außerdem vereinfacht das UTXO-System die Konfliktlösung. Konflikte entstehen, wenn verschiedene Transaktionen denselben UTXO verbrauchen, und das UTXO-Protokoll verhindert effektiv komplexe Doppelausgabeszenarien und gewährleistet so die Integrität des Netzwerks.
Tipp-Auswahl-Algorithmus
Eine der größten Herausforderungen besteht darin, wie die Knoten das Tangle konstruieren und bestimmen, welche konfliktreichen Transaktionen dem Ledger hinzugefügt werden sollen. Jeder Block repräsentiert die Meinung des Emittenten und verbreitet sich in der Vergangenheit des Tangle. Allerdings ist es für die Knotenpunkte nicht möglich, jeden in Frage kommenden Block zu referenzieren.
IOTA begegnet dieser Herausforderung mit dem Tip Selection Algorithm (TSA), der eine begrenzte Anzahl von Referenzen zufällig auswählt, um eine vielfältige Tangle-Struktur zu gewährleisten. Diese Zufälligkeit hilft dabei, vorgegebene Muster bei der Referenzauswahl zu vermeiden und unterstützt eine effiziente Meinungsverbreitung.
Konsensflaggen und Slot Commitment Chains
IOTA 2.0 verwendet Konsensflaggen und Slot Commitment Chains, um eine Einigung über den Block- und Transaktionsstatus zu erzielen. Diese Konsensflags, wie z.B. “Acceptance” und “Confirmation”, stehen für unterschiedliche Grade des Vertrauens in die Gültigkeit eines Blocks und seine Aufnahme in den Tangle. Slot Commitments spielen eine entscheidende Rolle, damit die Knoten ihre Ansichten darüber, was gültig und bestätigt ist, vergleichen können.
Die Unterteilung der Supermajorität in “Online”- und “Gesamt”-Supermajorität gewährleistet den kontinuierlichen Betrieb des Tangle. Die Online-Supermehrheit sorgt für einen vorläufigen Konsens und für Zusagen, während die Gesamt-Supermehrheit eine robustere Absicherung für das Netzwerk darstellt.
Chain Switching Rule
Im Falle von Netzwerkunterbrechungen und dem möglichen Forking von Slot Commitment-Ketten setzt IOTA 2.0 eine Chain Switching Rule ein, die dem Nakamoto-Konsens ähnelt. Die Knoten verfolgen und aktualisieren ihre eigenen Slot Commitment Chains und bevorzugen dabei die zuletzt abgeschlossene und schwerste Kette.
Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Nakamoto-Konsens for the Tangle von IOTA eine bedeutende Weiterentwicklung der Distributed Ledger-Technologie darstellt. Durch die Anpassung der Nakamoto-Prinzipien an die einzigartigen Herausforderungen des Tangle hat IOTA ein anpassungsfähigeres, sichereres und effizienteres Konsensmodell geschaffen, das die Stabilität des Netzwerks gewährleistet.