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Wie funktionieren Transaktionen im IOTA-Tangle?


Die Kryptowährung MIOTA basiert nicht wie Bitcoin & Co. auf einer Blockchain, sondern auf einem Tangle (Gewirr). Das Tangle ist ein gerichteter, azyklischer Graph, der unendliche Skalierbarkeit, gebührenfreie Mikrotransaktionen und die Unterstützung von Smart Contracts verspricht. Das Tangle verwaltet sich dezentral durch alle Teilnehmer und speichert alle im Netzwerk getätigten Transaktionen. Um zu verstehen, wie sich Transaktionen im Tangle einfügen, werfen wir zunächst einen Blick auf den zugrundeliegenden Konsens-Mechanismus.

Tangle-Konsens

Das Tangle basiert auf dem „Directed Acyclic Graph“ (DAG), also einem gerichteten azyklischen Graphen. Gerichtet bedeutet, dass sich der Graph immer in eine festgelegte Richtung ausbreitet. Azyklisch meint, dass der Graph nicht zum Ausgangspunkt zurückkehrt – also keine Kreisbewegungen ausführt.

Der Konsens entsteht durch gegenseitige Transaktionsbestätigungen. Um eine Transaktion durchführen zu können, muss der Nutzer zuvor zwei andere Transaktionen bestätigen. Sobald eine Transaktion hinreichend bestätigt ist, gilt sie als validiert und lässt sich ausführen. Der bei diesem System erforderliche Konsens ist erreicht, wenn von der Transaktion aus Verifizierungspfade zu sämtlichen Tips führen. Dann liegt eine sogenannte Mehrfachbestätigung vor.

Das IOTA Tangle besteht zurzeit aus „Full Nodes“ und „Light Nodes“. „Full Nodes“ sind voll funktionsfähige Knotenpunkte, die mit allen Nachbarpunkten verbunden sind und dadurch Transaktionen verteilen können. „Light Nodes“ hingegen sind keine richtigen Knoten im Netzwerk. Sie sind auf die Informationen der Full Nodes angewiesen.

Bislang ist das IOTA-Netzwerk auf den sogenannten „Coordinator“ (Coo) angewiesen. Da sich das Ökosystem noch in einer Frühphase befindet, könnten Angreifer durch viele Nodes „bösartige“ Transaktionen durchführen und das System dadurch destabilisieren. Der Coordinator schützt das System, indem er regelmäßig Milestones, also signierte Transaktionen, erstellt. Alle Transaktionen, die diese Milestones direkt oder indirekt bestätigen, gelten als validiert. Dadurch sieht sich das Netzwerk dem Vorwurf der Zentralität ausgesetzt. Die IOTA Foundation arbeitet jedoch an der Ausschaltung dieser Instanz.

IOTA-Transaktionen

Jede Transaktion, auch „Site“ genannt, enthält die wesentlichen Informationen einer Überweisung, also Absender, Empfänger und Menge der IOTA Token. Eine Transaktion validiert dabei zwei vorherige Transaktionen. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Transaktionen sind sogenannte „Edges“. Unbestätigte Transaktionen, sogenannte „Tips“, werden an das Ende des Tangle gehängt, bis sie validiert werden und selbst Transaktionen bestätigen.

Es gibt mehrfach und ausreichend oft validierte Transaktionen. Der Unterschied: Mehrfach validierte Transaktionen werden von allen Tips indirekt bestätigt. Von jedem Tip führt demnach ein Pfad zu dieser Transaktion. Bei diesen Transaktionen ist ein vollständiger Konsens erreicht. Ausreichend bestätigte Transaktionen verweisen im Umkehrschluss nicht auf alle Tips im Tangle, sondern nur auf eine bestimmte Menge.

Innerhalb des Tangle können zwei Arten von Transaktionen durchgeführt werden, „Value Transactions“ und „Zero-value Transactions“ bzw. „Data Transactions“. Bei den „Value Transactions“ handelt es sich um Überweisungen von IOTA Token. Hingegen stellen die „Zero-value Transactions“ sogenannte Meta-Transaktionen dar, bei denen ein Transfer von Daten stattfindet.

Die vier Transaktionsschritte

Jeder Transaktionsprozess wickelt sich in vier aufeinanderfolgenden Schritten ab. Zunächst erfolgt die Signierung neuer Transaktionen mit einem Private Key. Die Signierung speichert die nötigen Informationen einer Transaktion, also Absender, Empfänger und Anzahl der Token. Im zweiten Schritt wählt eine Node zwei unbestätigte Transaktionen (Tips) aus, die in der neuen Transaktion bestätigt werden. Zur Vermeidung von Spam tritt anschließend ein Proof of Work in Kraft, bei dem ein Algorithmus errechnet wird. Im letzten Schritt findet die Veröffentlichung der Transaktion statt. Die Transaktion wird an eine Node gesendet, die diese im Netzwerk verteilt. Diese Transaktion wartet nun auf die Validierung durch andere Netzwerk-Teilnehmer. Je größer das Tangle-Netzwerk, umso schneller verknüpfen sich Knotenpunkte miteinander und desto rascher bestätigen sich Transaktionen.

Zur Veranschaulichung des Transaktionsprozesses hilft folgende Grafik:

IOTA, Wie funktionieren Transaktionen im IOTA Tangle?

Im IOTA-Ökosystem gibt es keine Miner, die Transaktionen bestätigen – Transaktionen bestätigen sich gegenseitig. Das hat einen entscheidenen Vorteil: Für Transaktionen fallen keine Gebühren an. Daher ist IOTA insbesondere im Bereich der Mikrotransaktionen geeignet.

Zudem lassen sich Transaktionen auch offline ausführen. Sobald die Geräte wieder mit dem Internet verbunden sind, verbinden sie sich mit dem Netzwerk und fügen die Offline-Transaktionen zum Tangle hinzu.



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