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Ark: Vielversprechender neuer Ansatz zur Skalierung von Bitcoin?

Am von

Will man mit Bitcoin den gesamten, weltweiten Transaktionsbedarf abdecken, muss man sich von dem Gedanken verabschieden, all diese Transaktionen direkt im Hauptnetzwerk abbilden zu wollen. Erst Technologien wie das Lightning-Netzwerk erlauben auf theoretisch beliebig viele Zahlungen zu skalieren, ohne dabei allzu große Kompromisse in den Aspekten Sicherheit und Dezentralität eingehen zu müssen.

Doch wohl kaum wird das Lightning-Netzwerk die einzige solcher, auf Bitcoin aufbauenden Second-Layer-Lösungen bleiben. Bereits vor mehreren Wochen stellte Burak auf der bitcoin++ Konferenz in Texas, damals noch unter einem Platzhalter-Namen, einen neuartigen Ansatz vor, um Zahlungen abseits des Bitcoin-Mainlayers zu tätigen. Das mittlerweile offiziell vorgestellte Ark-Protokoll versucht dabei mit vielen Vorteilen gegenüber Lightning-Zahlungen zu überzeugen. In diesem Beitrag schauen wir uns etwas genauer an, wie vielversprechend Ark wirklich ist, welche Kompromisse für die versprochene Privatsphäre und Skalierungsmöglichkeiten eingegangen werden müssen und welche Voraussetzungen nötig sind, um Ark überhaupt benutzen zu können.

@brqgoo (Burak) bei seinem Vortrag auf der bitcoin++ Konferenz | Quelle: Twitter

Ark

Ark ist ein komplett neuer Entwurf und alternativer Ansatz, um Zahlungen abseits des Bitcoin-Protokolls durchzuführen. Besonders sind daran vor allem folgenden Eigenschaften, die mit der Nutzung einhergehen sollen:

  1. Keine Liquiditäts-Einschränkungen, also können Nutzer ohne Vorbereitungen „einfach loslegen“.
  2. Keine Interaktivität notwendig, also müssen Nutzer nicht permanent online und in Bereitschaft sein.
  3. Direkte Verbindung zwischen Sender und Empfänger, was positive Auswirkungen auf die Privatsphäre der Nutzer hat.

Darüber hinaus soll Ark deutlich weniger Platz auf der Bitcoin-Blockchain beanspruchen, als es beispielsweise mit Lightning-Kanälen, welche geöffnet und geschlossen werden müssen, aktuell der Fall ist. Generell gibt es das Konzept vom Öffnen und Schließen von Kanälen gar nicht. Fast das gesamte Protokoll findet abseits des Bitcoin-Netzwerks statt, allerdings kann dieses jederzeit, wie auch bei Lightning, hinzugezogen werden, um Bitcoin-Bestände wieder „zurück“ ins Hauptnetzwerk zu retten.

Vergleichstabelle zwischen Ark, Lightning und On-Chain Transaktionen | Quelle: arkpill.me

Ark Service Provider (ASP)

Umgesetzt wird dies mit einem Ansatz, der in seinen Grundzügen Ähnlichkeiten mit David Chaums Ecash aufweist. Wirklich miteinander vergleichen kann man Ark mit dem klassischen Ecash Ansatz, also einer zentralen Instanz, der trotz gewonnener Privatsphäre vertraut werden muss, aber nur auf den ersten Blick. Zwar kommen auch bei Ark zentrale Dienstleister, sogenannte Ark Service Providers (ASP), zum Einsatz, diesen muss aber nicht uneingeschränkt vertraut werden. Nutzer sind effektiv stets in Besitz ihrer Bitcoin, da sie diese notfalls jederzeit wieder zurück ins Hauptnetzwerk retten können. Die Hauptaufgabe der Dienstleister besteht mehr darin, Liquidität bereitzustellen. Für diese Dienstleistung können bzw. werden die ASPs natürlich auch eine kleine Gebühr verlangen, ähnlich wie Teilnehmer im Lightning-Netzwerk, die anderen Nutzern schließlich auch ihre Liquidität für Zahlungen zur Verfügung stellen.

Auch wenn es sich um einen Non-Custodial Ansatz handelt, bei dem die Nutzer effektiv nie Kontrolle über ihre eigenen Bitcoin verlieren, ist ein gewisses Vertrauen in den verwendeten ASP notwendig. Beispielsweise vertraut man darauf, dass der ASP zuverlässig und verfügbar ist, also seine angekündigten Dienstleistungen auch einhält.

Virtual Transaction Outputs (vTXO)

Lese-Tipp: Was ist ein Unspent Transaction Output (UTXO)?

Die technischen Details der Funktionsweise von Ark sind recht kompliziert und werden im folgenden daher stark vereinfacht dargestellt. Für diesen Beitrag reicht uns aber auch ein grober Überblick, um später Vor- und Nachteile des Protokolls besser zu verstehen.

Konkret macht Ark von sogenannten Covenants (dt. Bündnis oder Schwur) Gebrauch, also vorab festgelegten Bedingungen, wie eine bestimmte Menge Bitcoin (UTXO) in der Zukunft ausgegeben werden kann. Innerhalb der Bedingungen eines solchen Bitcoin-Outputs kann dann beispielsweise festgelegt werden, wie zukünftige Outputs auszusehen haben. Diese bereits festgelegten, aber noch verborgenen zukünftigen Outputs, bezeichnen wir als Virtual Transaction Outputs (vTXO), die zunächst nicht direkt auf der Bitcoin-Blockchain existieren.

Vorstellen kann man sich diese „virtuellen Outputs“ wie Spielchips in einem Kasino, die man beim Betreiber des Kasinos (also dem Ark Service Provider) für „echtes Geld“ (also normale Bitcoin UTXOs) erworben hat. Wie auch im Kasino haben die vTXOs feste Betragsgrößen (100 sat, 1.000 sat, 10.000 sat, usw.) und können jederzeit wieder zurückgetauscht werden.

„Spielchips“ eines Ark Service Providers repräsentieren stets echte Bitcoin

Als Nutzer gelangt man an einen solchen Spielchip bzw. vTXO entweder, indem man ihn von einem anderen Nutzer direkt erhält, also mit einer Zahlung innerhalb des Ark Protokolls, oder durch einen Prozess namens Lifting. Bei diesem Vorgang hebt man im übertragenen Sinne einen oder mehrere UTXO von der Bitcoin-Blockchain ab, um sie als vTXOs im Ark Protokoll zu verwenden. In der Analogie ist das der bereits erwähnte Eintausch von echtem Geld für Spielchips.

Die Spielchips bzw. virtuellen Outputs haben darüber hinaus ein Ablaufdatum. Damit der Betreiber des Kasinos auch langfristig einen Überblick über alle bei sich umlaufenden Chips (also das vTXO-Set) behalten kann, müssen diese alle vier Wochen vom Nutzer erneuert werden. Verpasst der Nutzer diesen auf vier Wochen festgelegten Zeitraum, kann der Betreiber die Chips einkassieren, also auch die dahinterstehenden Bitcoin für sich beanspruchen. Hier wird also ein Kompromiss eingegangen, nämlich dass Ark-Nutzer mindestens alle vier Wochen aktiv ihre virtuellen Outputs erneuern müssen, damit sich im Gegenzug keine „Karteileichen“ ansammeln.

Vertrauensproblem?

Spielchips in einem Kasino mögen zwar echtes Geld repräsentieren, doch nur solange der Kasino-Betreiber dieses Versprechen auch einhält. Es benötigt also Vertrauen, wenn man einen Ark bzw. einen Ark Service Provider nutzt? Wie bereits eingangs erwähnt, gibt man seine Bitcoin effektiv nie komplett aus der Hand. In der Analogie können wir uns also das Bitcoin-Netzwerk wie eine Art Super-Versicherung vorstellen, die uns im Notfall unter die Arme greifen kann, sollte der ASP nicht kooperieren.

Es gibt daher für einen ASP auch gar keinen wirklichen Anreiz, unehrlich zu sein. Schließlich handelt es sich um einen Dienstleister, der eine Dienstleistung, nämlich Liquidität zur Verfügung zu stellen, verkaufen möchte.

Privatsphäre

Eine spannende Eigenschaft, die uns erneut an den Ecash-Ansatz erinnert, ist die sehr starke Privatsphäre, die mit der Nutzung von Ark einhergeht. Zurück in unserer Kasino-Analogie weiß der Beitreiber nämlich gar nicht, wer, wann und wie viele Chips mit wem getauscht hat.

Dafür sorgen mehrere Mechanismen, darunter beispielsweise die immer gleichen Betragsgrößen sowie CoinJoins beim Versenden der vTXO.

Voraussetzungen

Der aufmerksame Leser wird bei der Erwähnung von Covenants bereits hellhörig geworden sein: Denn in der beschriebenen Form sind solche Ausgabebedingungen, wie sie für Ark benötigt werden, aktuell gar nicht umsetzbar bzw. im Bitcoin-Netzwerk nicht erlaubt. Änderungen, um genau solch eine Funktionalität zu ermöglichen, sind aber schon seit Jahren im Gespräch und werden auch seit längerem kontrovers diskutiert.

Für eine Umsetzung von Ark würde unter anderem der neue Sighash ANYPREVOUT wie im BIP-118 vorgeschlagen oder der im letzten Jahr besonders kontrovers diskutierte neue Opcode CHECKTEMPLATEVERIFY aus dem BIP-119 ausreichen. Neben diesen beiden prominenten Beispielen gibt es aber auch noch weitere Ansätze. Kurzgesagt: Es braucht eine Soft Fork, also eine Einschränkung der Regeln des Bitcoin-Netzwerks und damit auch breiten Konsens unter den Bitcoin-Nutzern, ob solch eine Neuerung wirklich notwendig ist.

Theoretisch wäre eine erste Umsetzung ohne Covenants schon heute möglich, indem stattdessen auf klassische Multisignaturwallets zurückgegriffen wird, allerdings würde man damit wieder die Notwendigkeit der Interaktivität einführen. Empfänger einer Zahlung müssten sich also wieder, wie auch aktuell im Lightning-Netzwerk, aktiv beteiligen. Einer der großen Vorteile würde damit aber verloren gehen.

Lese-Tipp: Upgrade für Bitcoin & Lightning: Was sind Eltoo und SIGHASH_ANYPREVOUT?

Nachteile/Kompromisse von Ark auf einen Blick:
  • Nutzer müssen regelmäßig online sein und ihre virtuellen Outputs erneuern.
  • Nutzung von Covenants, wofür zunächst eine Soft Fork bzw. ein größeres Update für das Bitcoin-Netzwerk notwendig ist.
  • Zentralisierung auf Ark Service Providers, die zwar keine effektive Kontrolle über Gelder der Nutzer haben, aber dennoch ein Vertrauensproblem darstellen können.
  • Technische Herangehensweise relativ komplex und unerprobt.

Fazit

Keinesfalls ist der Anspruch von Ark, das Lightning-Netzwerk in irgendeiner Form zu ersetzen oder nichtig zu machen, im Gegenteil: Auch wenn Ark einen anderen Ansatz verfolgt, sollen die beiden Protokolle miteinander kompatibel sein und können sich sogar sinnvoll ergänzen. Grundsätzlich geht es bei der Skalierungsfrage immer darum, an welchen Stellen man bereit ist Kompromisse einzugehen, um ein gewünschtes Endergebnis zu erreichen – die „perfekte“ Lösung wird es dabei wahrscheinlich nie geben.

Zwar gibt es noch keine offizielle Spezifikation oder gar konkrete Umsetzungen, der Ansatz wurde schließlich gerade erst in einer Art Whitepaper vorgestellt, doch spannend ist der Skalierungs-Vorschlag von Ark allemal. Vorerst heißt es aber erstmal warten, da neben der Umsetzung von Ark selbst, schließlich auch im Bitcoin-Netzwerk erstmal Änderungsvorschläge wie BIP-118 oder BIP-119 aktiviert werden müssen, um die grundlegende Funktionalität überhaupt erst zu ermöglichen.


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