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Was ist IOTA?

Kurzfassung:

Für alle, die gerade keine Zeit für unseren ausführlichen Artikel haben:

IOTA will die Kommunikation zwischen Maschinen ohne menschliche Beteiligung ermöglichen. Beispiel: der Kühlschrank bestellt vollautomatisch und bezahlt ohne Einbindung des Eigentümers die Waren. Statt Proof of Work oder Proof of Stake setzt IOTA auf den sog. Tangle. Eine abgewandelte Version der Blockchain, die ohne Miner eine schnelle und vor allem günstige Transaktion zwischen den Maschinen erlaubt und dabei sehr gut  skalierbar ist. IOTA verspricht viel, auch wenn noch ein langer Weg vor ihnen liegt. Ziel ist es, Teil der Infrastruktur des aufkommenden Internet der Dinge zu werden.


Einführung

Das Internet der Dinge ist einer der großen Trends in der IT Welt. Immer mehr Geräte in unserer Umwelt werden smart und sind mit dem Internet verbunden. Hinzu kommt eine steigende Automatisierung in vielen Bereichen. Im Jahr 2020 werden laut Studie durchschnittlich 6 smarte Geräten auf eine Person kommen. Dabei ist der Mensch nicht mehr zwingend im Zentrum der Kommunikation. Wie das Internet für uns, über das wir beispielsweise mit Freunden, Bekannten oder Kunden kommunizieren, so kommunizieren die smarten Geräte immer stärker untereinander. Sie bilden damit das sogenannte Internet der Dinge, auf Englisch “Internet of Things” oder kurz IoT. Ziel ist es Daten aus der realen Welt zu erfassen und die daraus gewonnenen Informationen automatisch weiter zu verarbeiten und mit anderen Funktionen zu verknüpfen.

Infografik: Internet of Things wird bis 2020 alltäglich | Statista Mehr Statistiken finden Sie bei Statista

Mögliche Beispiele sind:

  • Sensoren im Haus die bei bestimmter Temperatur die Heizung regeln
  • Ein Kühlschrank der, bei Erreichen des Minimalbestands eines bestimmten Produktes, automatisch nachbestellt
  • Intelligentes einparken durch Kommunikation mit bereits parkenden Autos
  • Handel von Strom zwischen privaten Haushalten in einem sog. Microgrid.

Die Idee

Genau an dieser Stelle setzt IOTA an. Aktuell stehen überall “Mittelsmänner” als Kontrollinstanz hinter diesen Anwendungen und ermöglichen die Kommunikation zwischen den Geräten. Es wird zentralisiert geprüft, ob die Anwendungen korrekt laufen und es zu keinem Missbrauch kommt. Alle Beteiligten müssen einem einzelnen Mittelsmann vertrauen. Hierbei besteht ein sog. Single Point Of Failure. Sobald die Kontrollinstanz ein Problem oder Defekt hat, ist das gesamte System lahmgelegt und funktionsunfähig. An dieser Stelle kommt IOTA ins Spiel. Denn IOTA hilft dabei diese Maschinen dezentral zu organisieren, mit Hilfe einer abgewandelten Form von der Blockchain. Der Ansatz ist, wie auch bei anderen Blockchain-Projekten, die Ersetzung des zentralisierten Systems durch eine dezentrale Konsenssprüfung.


Warum eine normale Blockchain schnell an seine Grenze stoßen würde

Anders als im Internet kommt es beim IoT zu vielen kleinen Interaktionen zwischen den einzelnen Geräten. Entsprechend müssen sehr viele Transaktionen in kurzer Zeit verarbeitet werden. Die bisher entwickelten und etablierten Konsenssysteme der Blockchain-Technologie kränkeln genau an dieser Anforderung. Die zwei großen Problemfelder dazu sind Skalierung und Transaktionsgebühren.

Skalierung beschreibt die Möglichkeit zu wachsen und dabei der größer werdenden Teilnehmerzahl gerecht zu werden. Das ist wichtig, um bestimmte Use-Cases für den Massenmarkt tauglich zu machen. Bitcoin als Pionier der Blockchain erreicht an diesem Punkt bereits seine Grenzen. Mit ‘nur’ 4 Transaktionen pro Sekunde entstand dadurch des öfteren ein Engpass im Netzwerk (Backlog) von mehreren hunderttausend Transaktionen. Als Vergleich, Visa und Mastercard arbeiten mit ihren zentralen Systemen im Bereich von 4000 Transaktionen pro Sekunde einwandfrei. Im IoT wird sogar diese Zahl um Längen geschlagen und mit der Entwicklung vieler smarter Endgeräte weiter zunehmen.

Neben einem hohen Transaktionsdurchsatz spielt deshalb auch die Transaktionsgebühr eine wichtige Rolle. Eine Transaktionsgebühr, wie man sie aus bisherigen Blockchain-Modellen kennt, hat hier einen größeren Effekt. Geht man von davon aus, dass im IoT sehr kleine Transaktionen von bis zu 1 Token getätigt werden, so wirkt schon eine Transaktionsgebühr in Höhe eines einzelnen Tokens, welches die kleinstmögliche Einheit ist, wie ein Preisaufschlag von 100%.

IOTA setzt auf eine Weiterentwicklung der Blockchain-Technologie dem sog. Tangle. Dahinter versteckt sich eine neue Architektur der Blockchain, die bekannt ist unter dem Namen “Direct Acycle Graph” kurz DAG. Diese benötigt keine Miner oder Blockchain im herkömmlichen Sinne. Die neuen Bausteine sind allein die Transaktionen. Es gibt keine einzelnen Blöcke mehr. Jede Transaktion muss zuerst, um seine Netzwerkkosten auszugleichen, zwei andere Transaktionen validieren. Dadurch muss man unterm Strich keine Gebühren zahlen.

Die Trennung von Miner und User in zwei Lager wird damit aufgehoben. Jeder, der eine Transaktion über das Tangle durchführen will, muss gleichzeitig dazu beitragen, dass andere Transaktionen im Netzwerk überprüft werden. Eine Transaktion wird somit im Laufe der Zeit von vielen nachfolgenden Transaktionen indirekt überprüft und mit diesen verknüpft. Das heißt also, im Gegenteil zu den bekannten Blockchains, je schneller und je mehr Transaktionen über das Netzwerk getätigt werden, desto besser und sicherer arbeitet der Tangle.

Daneben wird regelmäßig, derzeit noch manuell, ein sog. “Snapshot” (Schnappschuss) gemacht, bei dem der Tangle abgespeichert wird. Der aktuellste Teil dieses Snapshots wird als Startpunkt genutzt. Dies soll die Größe des Tangle klein halten, um die Speicher der angeschlossenen Geräte nicht zu überlasten.

Eine weiteres Feature des IOTA-Tangle ist, dass sich angeschlossene Geräte abkoppeln können und eigenständig offline untereinander Transaktionen durchführen, um sich dann später wieder in das Netzwerk aufschalten. Interessant ist das beispielsweise für Lieferketten zwischen Unternehmen die teilweise intern abgewickelt werden müssen.


Der Token

Auch IOTA hat einen eigenen “Coin”, den IOTA Token. Dieser ist anders als die bekannten Coins nicht teilbar bzw. hat keine Nachkommastellen. Alle 2,7 Billiarden Token wurden gegen Bitcoins an Investoren verkauft.

Über das Netzwerk können mit Hilfe der IOTA Token auch sehr kleine Zahlungen durchgeführt werden, sog. “Micropayments”. Jedoch müssen Transaktionen nicht zwangsläufig einen Token beinhalten. Es gibt auch leere Transaktionen. Ein gutes Beispiel dafür ist, wenn ein Smartmeter für Strom im Sekundentakt die aktuellen Verbrauchswerte über das Tangle-Netzwerk versendet.


Stiftung & Community

IOTA kann nur erfolgreich funktionieren, wenn es als zentraler Bestandteil in der Architektur des Internets of Things integriert und akzeptiert wird. Eine erfolgreiche Kooperation und Abstimmung mit den verschiedenen Industriebereichen ist daher unerlässlich. Zu diesem Zweck hat IOTA eine Stiftung gegründet, die mit 5% aller IOTA Token – ausschließlich von Spenden aus der Community – ausgestattet wurde. Daneben werden auch diverse Community Reward Programme durchgeführt, wie z.B. das “Bug Bounty” Programm.


 

Roadmap

Bei IOTA steht noch sehr viel auf der To-Do Liste. Beispielsweise sollen mehrere Programmiersprachen wie Python und Java integriert werden, um es einem größeren Kreis an Entwicklern zugänglich zu machen. Zudem sollen die Snapshots automatisiert und der gesamte Tangle, also alle Snapshots zusammen, auf sogenannten “Permanodes” permanent abgespeichert werden können. Eine wirkliche Besonderheit ist die Entwicklung Masked Authenticated Messaging (MAM), bei dem Datenströme verschlüsselt auf dem Tangle gespeichert werden. Nur berechtigte Nutzer haben darauf Zugriff und können diese auslesen. Dies erlaubt auch sensible Daten, wie Adressen, Kontonummern oder Gesundheitsdaten, über das Tangle-Netzwerk zu verwalten.


Das Team

Gegründet wurde IOTA 2015 von David Sønstebø, Sergey Ivancheglo, Dominik Schiener, and Dr. Serguei Popov. Alle waren schon vorher länger in der Kryptoszene aktiv und beschäftigen sich schon seit 2010 mit der Blockchain-Technologie. Das Team ist sehr aktiv auf Slack und Reddit unterwegs.


Zusammenfassung

IOTA ist zur Zeit eines der interessantesten Projekte in der Kryptowelt. Die Idee das Internet der Dinge auf eine dezentralisierte Infrastruktur aufzubauen ist eine vielversprechende Vision. Mit dem Tangle werden die Skalierungsprobleme der Blockchain-Technologie aufgehoben und auf die Anforderungen des IoT ausgelegt. Je mehr Transaktionen getätigt werden, desto besser und effizienter arbeitet der Tangle und ist damit sehr gut geeignet die Kommunikation zwischen unterschiedlichen Geräten durchzuführen. Der Wegfall von Minern erlaubt zudem Transaktionen ohne Gebühren durchzuführen. Neben dem Tangle als Kern, entwickelt IOTA weitere vielversprechende Features, die das Projekt für unterschiedlichste Industrien und Use-Cases interessant macht.


IOTA – Update #1 (September 17)

Flash Channel

Das Konzept des ‘Lightning network’ wurde für Bitcoin entwickelt, um viele Transaktionen zwischen zwei Teilnehmern außerhalb der Blockchain abzuwickeln und nur das Endergebnis auf der Blockchain festzuhalten. Dadurch sollte das Bitcoin Netzwerk entlastet werden, um so viele Transaktionen in eine einzige zusammenzufassen. Dieses Konzept wird bei IOTA ‘Flash Channel’ genannt. Auch wenn IOTA mit dem Tangle eine Blockchain entworfen hat, die kein Skalierungsproblem mit einer steigenden Transaktionsanzahl bekommt, ist dies vor allem in der aktuellen Phase ein wichtiger Schritt. Für jede Transaktion auf dem Tangle muss immer ein Proof-of-Work durchgeführt werden und dies benötigt eine geringe Menge an Zeit. In einem ‘Flash Channel’ hingegen können beliebig viele Transaktionen direkt ausgeführt werden und nur das Endergebnis wird auf dem Tangle festgehalten. Das Konzept ist vor allem speziell für Anwendungsfälle ausgelegt, bei dem die IOTA-Token nur zwischen zwei Parteien ausgetauscht werden sollen.

Probleme mit ‘Curl’

Ein großes Anliegen von IOTA ist es den Tangle gegen die enorme Rechenpower von Quantencomputer abzusichern. Die Computer existieren bis jetzt nur in der Theorie, würden aber die Sicherheit der Blockchain massiv gefährden. Aus diesem Grund hat das IOTA Projekt an einer eigenen quantensicheren Hash-Funktion mit dem Namen ‘Curl’ gearbeitet, um so den Tangle besser zu schützen. Diese Funktion basierte auf der bekannten und modernen ‘SHA-3’ Hash-Funktion (‘Keccak’). Ein Team aus Wissenschaftlern vom MIT und der Boston University hat jedoch einige Schwachstellen in ‘Curl’ entdeckt und erfolgreich ausgenutzt. Daher hat IOTA im August beschlossen vorübergehend den Tangle auf die sichere SHA-3 Funktion umzustellen.


Zum Nachlesen:

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Bent Richter

Bent - Seine Mission: Begeisterung für die Technik hinter den Kryptos schaffen und die neusten Projekte vorstellen. Seine Lieblingsthemen: Die Evolution der Blockchaintechnik und ihre verschiedenen Use Cases.
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