Was passiert mit Bitcoin bei einem globalen Internetausfall?

Originalartikel-Titel: Inside Bitcoin's 24-Hour Race to Survive a Global Internet Blackout

Originalautor: Liam 'Akiba' Wright, CryptoSlate

Übersetzung: Chopper, Foresight News

Stellen Sie sich vor, das globale Internet-Backbone würde innerhalb eines Tages zusammenbrechen.

Ob durch menschliches Versagen, eine katastrophale Software-Schwachstelle, einen bösartigen Computervirus oder einen direkten militärischen Konflikt – wenn die physischen Internet-Knotenpunkte, die die Welt verbinden, plötzlich in Dunkelheit versinken würden, welches Schicksal würde Bitcoin erwarten?

Wenn Frankfurt, London, Virginia, Singapur und Marseille gleichzeitig offline gingen, würde sich das Bitcoin-Netzwerk in drei separate Partitionen aufteilen.

Die Kommunikation über den Atlantik, das Mittelmeer und wichtige transpazifische Routen würde zum Stillstand kommen, wobei Amerika, Europa/Afrika, der Nahe Osten und Asien jeweils ihre eigenen unabhängigen Transaktionshistorien bilden würden, bis die Netzwerkkonnektivität wiederhergestellt ist.

Innerhalb jeder Partition würden Miner weiterhin Blöcke basierend auf der verbleibenden Hashrate produzieren

Bei einer Zielvorgabe von 10 Minuten pro Block würde die Region mit 45 % Hashrate etwa 2,7 Blöcke pro Stunde produzieren, die Region mit 35 % Hashrate etwa 2,1 Blöcke und die Region mit 20 % Hashrate etwa 1,2 Blöcke. Da Knoten keine Block-Header oder Transaktionsdaten über Partitionen hinweg austauschen können, würde jede Region autonom eine gültige Blockchain erweitern, ohne von den anderen zu wissen.

Im Laufe der Zeit, während die Hashrate-Verteilung und die Zeit voranschreiten, würde die natürliche Fork-Länge kontinuierlich zunehmen.

Dieser Partitionierungsrhythmus führt dazu, dass Chain-Splits ein unvermeidliches Ergebnis sind. Wir haben jeder Region ungefähre Hashrate-Prozentsätze zugewiesen: Amerika 45 %, Asien 35 %, Europa/Afrika 20 %, die als Benchmark für die Simulation dienen.

Die Amerika-Partition würde etwa 6 neue Blöcke alle zwei Stunden sehen, Asien 4-5 und Europa/Afrika 2-3.

Nach einem vollen Tag würde die Anzahl der Blöcke im Chain-Split einhundert überschreiten, was die normalen Grenzen von Reorganisationen übersteigt und Dienste dazu zwingt, regionale Bestätigungen als vorübergehend zu behandeln.

Die potenzielle Reorganisationstiefe einer ausgefallenen Partition steigt linear mit der Isolationszeit

Der lokale Mempool würde sofort aufgeteilt werden. Eine in New York gesendete Transaktion kann Singapur nicht erreichen, sodass der Empfänger außerhalb der Partition des Senders die Transaktion erst sieht, wenn das Netzwerk wiederhergestellt ist.

Der Gebührenmarkt jeder Partition würde Lokalisierungsmerkmale aufweisen. Benutzer müssen mit der lokalen Hashrate um begrenzten Blockplatz konkurrieren, sodass in Regionen mit niedrigem, aber stark nachgefragtem Hashrate-Anteil die Gebühren am schnellsten steigen.

Wenn die Transaktionsfinalität global verloren geht, pausieren Krypto Börsen, Zahlungsabwickler und verwahrte Krypto Wallet in der Regel Auszahlungen und On-Chain-Abwicklungen; Gegenparteien im Lightning Network würden mit Unsicherheit konfrontiert – Transaktionen, die in Minderheiten-Partitionen bestätigt wurden, könnten ungültig werden.

Automatische Abstimmung nach Netzwerkwiederherstellung

Nach der Wiederverbindung des Netzwerks würden Knoten einen automatischen Abstimmungsprozess einleiten: Jeder Knoten vergleicht verschiedene Blockchains und reorganisiert sich dann auf die gültige Kette mit der meisten akkumulierten Arbeit.

Die tatsächlichen Kosten spiegeln sich hauptsächlich in drei Bereichen wider:

· Eine Reorganisation führt dazu, dass Blöcke in Minderheiten-Partitionen ungültig werden, wobei die Tiefe der Invalidierung von der Dauer der Aufteilung abhängt;

· Transaktionen, die nur auf der ausgefallenen Kette bestätigt wurden, müssen erneut gesendet und priorisiert werden;

· Krypto Börsen und Verwahrer müssen zusätzliche betriebliche Prüfungen durchführen, bevor sie Dienste wieder aufnehmen.

Während einer 24-stündigen Netzwerkaufteilung können nach der Wiederverbindung Dutzende bis Hunderte von Blöcken in Minderheiten-Partitionen verwaist sein. Zugehörige Dienste benötigen zudem einige zusätzliche Stunden, um den Mempool neu aufzubauen, Salden neu zu berechnen und Auszahlungsfunktionen wiederherzustellen.

Aufgrund der manuellen Überprüfung, die für Fiat-Kanäle, Compliance-Prüfungen und Kanalverwaltung erforderlich ist, hinkt die vollständige Normalisierung wirtschaftlicher Aktivitäten oft der Protokollschicht hinterher.

Die Simulation des isolierten Zustands durch den "erreichbaren Hashrate-Anteil" anstelle der Anzahl der Knotenpunkte macht es einfacher, die dynamischen Änderungen zu verstehen:

· Wenn 30 % der Hashrate isoliert sind, produziert eine Minderheiten-Partition etwa 1,8 Blöcke pro Stunde. Dies bedeutet, dass eine Standard-Zahlung mit 6 Bestätigungen innerhalb der Partition nach etwa 3 Stunden und 20 Minuten dem Risiko der Invalidierung ausgesetzt ist – wenn die restlichen 70 % des Netzwerks eine längere Kette aufbauen, können diese 6 Blöcke verwaist sein.

· In einem Szenario mit einer 50/50-Aufteilung, bei dem zwei Partitionen eine ähnliche akkumulierte Arbeit aufweisen, führt selbst eine kurze Aufteilung dazu, dass beide eine wettbewerbsfähige Transaktionshistorie haben, die als "bestätigt" markiert ist, was bei der Wiederverbindung zu zufälligen Ergebnissen führt.

· In einem 80/20-Aufteilungsszenario gewinnt die Mehrheitspartition fast zwangsläufig; eine Minderheiten-Partition, die etwa 29 Blöcke an einem Tag produziert, wird beim Zusammenführen verwaist, was dazu führt, dass viele bestätigte Transaktionen in diesem Bereich rückgängig gemacht werden.

Das Reorganisationsrisiko ist das Produkt aus "Zeit" und "Hashrate der Minderheiten-Partition", wobei das gefährlichste Szenario eine "langzeitige Isolation + nahezu gleiche Hashrate-Aufteilung" ist.

Rolle bestehender Resilienz-Tools

Es gibt derzeit verschiedene Tools zur Stärkung der Netzwerkresilienz, die die tatsächlichen Auswirkungen einer Trennung beeinflussen:

Alternative Übertragungsmethoden wie Satelliten-Downlinks, Hochfrequenz-Funkrelais, verzögerungstolerante Netzwerke, Mesh-Netzwerke und Tor-Bridges können Block-Header oder komprimierte Transaktionsströme über beschädigte Routen liefern.

Diese Pfade haben eine geringe Bandbreite und hohe Latenz, aber selbst intermittierende Datenübertragungen zwischen Partitionen können die Fork-Tiefe verringern, indem sie es einigen Blöcken und Transaktionen ermöglichen, in andere Partitionen zu gelangen.

Die Vielfalt der Knotenverbindungen innerhalb von Mining-Pools und die geografische Verteilung von Mining-Pools können die Wahrscheinlichkeit einer teilweisen Datenverbreitung weltweit über Seitenkanäle erhöhen und dadurch die Tiefe und Dauer von Reorganisationen begrenzen, wenn das Backbone-Netzwerk wiederhergestellt ist.

Daher sind die operativen Richtlinien für Marktteilnehmer während einer Netzwerkaufteilung klar und präzise:

· Aussetzen von abteilungsübergreifenden Abwicklungen, Betrachten aller Transaktionsbestätigungen als vorübergehend gültig und Optimieren von Gebührenschätzungsmechanismen für lokale Gebührenspitzen;

· Krypto Börsen können in einen Reserve-Proof-of-Reserve-Modus wechseln und Bestätigungsschwellenwerte erweitern, um das Risiko der Minderheiten-Partition zu bewältigen, während explizite Richtlinien herausgegeben werden – Festlegen der erforderlichen Bestätigungsanzahl basierend auf der Isolationsdauer, wenn Auszahlungen ausgesetzt sind;

· Krypto Wallet sollten Benutzer klar vor regionalen Finalitätsrisiken warnen, die automatische Kanalneuausrichtung deaktivieren und zeitkritische Transaktionen in die Warteschlange stellen, um sie nach der Netzwerkwiederherstellung erneut zu senden;

· Miner sollten diversifizierte Upstream-Verbindungen aufrechterhalten und während der Koordination das manuelle Ändern der Standard-"Regel für die längste Kette" vermeiden.

Aus Designperspektive kann das Protokoll selbst überleben – Knoten konvergieren automatisch zur Kette mit der meisten akkumulierten Arbeit, sobald sie sich wieder verbinden.

Die Benutzererfahrung während einer Aufteilung wird jedoch stark beeinträchtigt, da die wirtschaftliche Finalität von einer konsistenten globalen Datenverbreitung abhängt.

Im schlimmsten Fall einer eintägigen Trennung mehrerer Knotenpunkte sind die wahrscheinlichsten Ergebnisse: vorübergehende grenzüberschreitende Nichtverfügbarkeit, schwere und ungleichmäßige Gebührenspitzen und tiefe Reorganisationen, die zu regionalen Bestätigungsfehlern führen.

Nach der Netzwerkwiederherstellung wird die Software das Ledger deterministisch abstimmen, und Dienste werden nach Abschluss der betrieblichen Prüfungen die volle Funktionalität wieder aufnehmen.

Der letzte Schritt ist: Sobald der Saldo und die Transaktionshistorie auf der gewinnenden Kette konsistent sind, Auszahlungen und Lightning Network-Kanäle wieder öffnen.

Wenn die Aufteilung irreparabel ist

Was würde passieren, wenn die eingangs erwähnten Backbone-Netzwerkknoten irreparabel nicht wiederhergestellt werden könnten? In diesem dystopischen Szenario würde der Bitcoin, den wir kennen, aufhören zu existieren.

An seine Stelle würden dauerhafte geografische Partitionen treten, die jeweils als unabhängiges Bitcoin-Netzwerk fungieren: sie teilen die gleichen Regeln, können aber nicht miteinander kommunizieren.

Jede Partition würde weiterhin minen, die Schwierigkeit in ihrem eigenen Tempo anpassen und unterschiedliche Wirtschaftssysteme, Orderbücher und Gebührenmärkte entwickeln. Ohne die Wiederherstellung der Konnektivität oder die Auswahl einer einzigen Kette durch manuelle Koordination gäbe es keinen Mechanismus, um die Transaktionshistorien verschiedener Partitionen abzustimmen.

Konsens und Schwierigkeitsanpassung

Bevor jede Partition die nächste Runde von 2016 Blöcken zur Schwierigkeitsanpassung abschließt, würde die Blockzeit je nach erreichbarer Hashrate schneller oder langsamer variieren. Nach der Anpassung würde jede Partition ihre lokale Blockzeit wieder auf etwa 10 Minuten stabilisieren.

Basierend auf der geschätzten vergangenen Hashrate-Verteilung wären die anfänglichen Schwierigkeitsanpassungszeiten für jede Partition wie folgt:

Nach der anfänglichen Anpassung würde jede Partition etwa 10-minütige Blockzeiten beibehalten, gefolgt von unabhängigen Halvings und Schwierigkeitsanpassungen.

Ohne transkontinentale Verbindungen würde jede Region 31 Tage, 40 Tage bzw. 70 Tage benötigen, um ihr erstes Ziel zur Schwierigkeitsanpassung zu erreichen.

Aufgrund der unterschiedlichen Geschwindigkeiten, mit denen die Halving-Höhen vor der anfänglichen Schwierigkeitsanpassung erreicht werden, würden die Halving-Daten für jede Partition allmählich basierend auf der tatsächlichen Zeit abweichen.

Angebot und die "Definition von Bitcoin": Gebühren, Mempool und Zahlungen

Innerhalb jeder Partition bleibt die Obergrenze von 21 Millionen Coins pro Kette in Kraft. Aus globaler Sicht würde das gesamte Bitcoin-Angebot über alle Partitionen jedoch 21 Millionen Coins überschreiten – da jede Kette unabhängig Block-Belohnungen ausgeben würde.

Auf wirtschaftlicher Ebene schafft dies drei gegenseitig inkompatible BTC-Assets: Sie teilen sich Adressen und private Schlüssel, haben aber unterschiedliche Unspent Transaction Output (UTXO)-Sets.

Ein privater Schlüssel kann Token in allen Partitionen gleichzeitig kontrollieren: Wenn ein Benutzer denselben UTXO in zwei Regionen ausgibt, wären diese Transaktionen auf ihren jeweiligen lokalen Ketten gültig, was letztendlich "Split-Token" erzeugt: Sie teilen die Historie vor der Aufteilung, haben aber völlig unterschiedliche Historien nach der Aufteilung.

· Der Mempool wird dauerhaft lokalisiert, und Cross-Shard-Zahlungen werden sich nicht verbreiten; jeder Versuch, Benutzer in anderen Shards zu bezahlen, wird die beabsichtigten Empfänger nicht erreichen.

· Der Gebührenmarkt wird ein lokales Gleichgewicht bilden: Während der langen Zeit vor der ersten Schwierigkeitsanpassung werden Shards mit einem kleinen Prozentsatz der Hashrate stärker überlastet sein, aber nach der Anpassung wieder zur Normalität zurückkehren.

· Cross-Shard Lightning Network-Kanäle werden nicht routen können: Hash Time Locked Contracts (HTLCs) werden ablaufen, Gegenparteien werden Commitment-Transaktionen veröffentlichen, und Kanalschließungsvorgänge werden nur innerhalb des lokalen Shards wirksam sein, was zu einem Liquiditätsstillstand über Shards hinweg führt.

Sicherheit, Märkte und Infrastruktur

Das Sicherheitsbudget jedes Shards entspricht der Summe aus lokaler Hashrate und Gebühren. Die Hashrate eines Shards, der nur 20 % des ursprünglichen Netzwerks umfasst, bedeutet, dass die Kosten für einen Angriff deutlich niedriger wären als beim ursprünglichen globalen Netzwerk.

Langfristig können Miner zu Shards mit einem "höheren Token-Preis und niedrigeren Energiekosten" migrieren und dadurch die Sicherheitslandschaft jedes Shards verändern.

Da Block-Header nicht zwischen Shards übertragen werden können, kann ein Angreifer in einem Shard die Transaktionshistorie eines anderen Shards nicht manipulieren, was jedes Angriffsverhalten auf eine bestimmte Region beschränkt.

· Handelsplattformen werden regionalisiert, und Handelspaare werden divergieren – was zu Variationen wie BTC-A (Amerika-Edition), BTC-E (Euro-Afrika-Edition), BTC-X (Asien-Pazifik-Edition) führt, wobei jeder Shard sie immer noch als BTC bezeichnet.

· Fiat-On/Off-Ramps, Verwahrungsdienste, Derivatemärkte und Abwicklungsnetzwerke werden sich auf Ketten aus bestimmten Regionen konzentrieren. Indexanbieter und Datendienstleister müssen eine einzige Kette für jede Plattform wählen oder zusammengesetzte Daten für mehrere regionale Ketten bereitstellen.

· Cross-Chain-Assets und Orakel-Dienste, die auf globalen Datenquellen basieren, werden entweder scheitern oder sich in regionale Versionen aufspalten.

Protokollregeln bleiben ohne lokale Koordinationsänderungen innerhalb eines Shards konsistent, aber Upgrades in einem Shard sind in anderen nicht wirksam, was möglicherweise im Laufe der Zeit zu einer allmählichen Regel-Divergenz führt.

Mining-Pool-Software, Block-Explorer und Krypto Wallet müssen eine unabhängige Infrastruktur für jeden Shard aufbauen, und Multi-Host-Dienste werden ohne manuelle Strategien keine Cross-Chain-Saldo-Koordination haben.

Können Shards ohne eine hub-artige Verbindung reorganisieren?

Wenn der Kommunikationspfad auf unbestimmte Zeit nicht wiederhergestellt werden kann, ist eine Konvergenz auf Protokollebene unmöglich.

Der einzige Weg zurück zu einem einzigen Ledger führt über soziale und betriebliche Mittel: zum Beispiel die Koordinierung der Parteien, die Kette eines bestimmten Shards als die orthodoxe zu wählen, während Transaktionen aus anderen Shards aufgegeben oder erneut abgespielt werden.

Nach Wochen tiefer Uneinigkeit ist es nicht mehr möglich, automatisch auf eine einzige Kette zu reorganisieren.

Operative Highlights

Wir müssen die dauerhafte Aufteilung als "Hard Fork der gemeinsamen Historie vor der Aufteilung" behandeln, um damit umzugehen:

· Private Schlüssel ordnungsgemäß verwalten, um die sichere Ausgabe von Token nach der Aufteilung zu gewährleisten;

· Nur Transaktionsausgaben verwenden, die für jede Partition eindeutig sind, um ein versehentliches erneutes Abspielen von Transaktionen über Partitionen hinweg zu vermeiden;

· Separate Buchhaltungs-, Preisbildungsmechanismen und Risikokontrollsysteme für jede Partition einrichten.

Miner, Krypto Börsen und Verwahrer sollten eine Hauptpartition wählen, Kettenkennungen veröffentlichen und Ein- und Auszahlungsrichtlinien für jede Kette entwickeln.

Kurz gesagt, wenn der Backbone-Netzwerkknoten niemals wiederhergestellt werden kann und es keinen alternativen Pfad gibt, um die Kommunikationslücke zu überbrücken, wird Bitcoin nicht untergehen; es wird sich in mehrere unabhängige Bitcoin-Netzwerke entwickeln, die niemals wieder vereint werden können.

Originalartikel-Link