TU Wien macht Bitcoin-Transaktionen schneller

Bitcoin hat sich über die Jahre als zuverlässige und relativ sichere, aber auch langsame Blockchain erwiesen. Vor allem die Skalierung, also die Durchführung vieler Transaktionen pro Sekunde, ist im Vergleich zu neueren Kryptowährungen begrenzt. An der TU Wien wurde nun zusammen mit anderen Forschungseinrichtungen wie dem IMDEA Software Institute und der Purdue University ein neues Protokoll entwickelt, das Abhilfe schaffen soll.

Maximal 10 Transaktionen

"Schon lange weiß man, dass Bitcoin und andere Blockchain-Technologien ein Skalierungsproblem haben: Es kann nur maximal zehn Transaktionen pro Sekunde geben", sagt Lukas Aumayr vom Security and Privacy Forschungsbereich der TU Wien. "Das ist sehr wenig, verglichen etwa mit Kreditkartenfirmen, die weltweit zehntausende Transaktionen pro Sekunde durchführen."

Aumayr verweist in diesem Zusammenhang auf das sogenannte "Lightning Netzwerk", das die Transaktionskanäle zwischen Blockchain-User*innen verbessert. Wenn etwa zwei Personen in kurzer Zeit viele Transaktionen abwickeln möchten, können sie Zahlungen auf diese Weise direkt untereinander austauschen, ohne dass jede einzelne Transaktion in der Blockchain sichtbar wird. Nur zu Beginn und am Ende dieser Serie an Transaktionen kommt es zu einem offiziellen Eintrag in der Blockchain.

Diese "Seitenzweige" der Blockchain können auch relativ kompliziert gestaltet werden, mit Ketten aus mehreren Usern. "Dabei können Probleme entstehen", erklärt Aumayr. "In bestimmten Fällen können User dann an Daten über andere User gelangen. Außerdem muss jeder in dieser Kette einen gewissen Geldbetrag einbringen, der als Sicherheit gesperrt wird. Manchmal scheitert eine Transaktion, und dann kann es passieren, dass viel Geld relativ lange gesperrt bleibt – je mehr Personen beteiligt sind, umso länger."

Mathematisch ausschließen

Das Forschungsteam an der TU Wien analysierte, wie sich dieses Transaktionsprotokoll verbessern lässt, und entwickelte folglich ein alternatives Protokoll. Auf Basis von mathematischen Berechnungen könne man bestimmte Sicherheitsattacken ausschließen und so auch Geldsperren verhindern. Statt 2 Kommunikationsrunden, in denen das Geld zunächst gesperrt und dann wieder freigegeben oder rückgebucht wird, erlaubt das Protokoll, dass die Kommunikation nur einmal durchlaufen werden muss.

Mithilfe einer Simulation verglich das Forscherteam, wie sich das neue Protokoll mit dem bisherigen Lightning-Netzwerk verhält. Je nach Situation, also ob es Attacken und Betrugsversuche gibt oder nicht, werden fehlgeschlagene Transaktionen um den Faktor 4 bis 33 verringert. Das Team der TU Wien hofft nun, dass das Protokoll schnell vom Lightning-Netzwerk implementiert bzw. als sicherere und schnellere Alternative angeboten wird. Gespräche mit den Betreiber*innen des Lightning-Netzwerks laufen.

Die Entwicklung wird in diesem Jahr bei der Sicherheitskonferenz USENIX Security Symposium präsentiert. Eine Vorabversion der Forschungsarbeit wurde bereits veröffentlicht (PDF zum Download).