Was ist das Problem der byzantinischen Generäle?

Das Problem der byzantinischen Generäle ist ein zentrales Konzept in der verteilten Datenverarbeitung und der Spieltheorie. Es beschreibt die Schwierigkeit, in einem dezentralen System einen Konsens zu erreichen, wenn einige Teilnehmer unehrlich oder unzuverlässig handeln könnten. Bitcoin war das erste System, das dieses Problem erfolgreich gelöst hat – und schuf damit ein vertrauensloses Geldsystem, das ohne zentrale Instanz funktioniert.

Ein Verständnis davon, wie Bitcoin dieses Problem überwunden hat, ist entscheidend, um zu erkennen, warum es als das sicherste, zensurresistenteste und zuverlässigste monetäre Netzwerk gilt, das bisher existiert.

Das Problem der byzantinischen Generäle

Mehrere byzantinische Generäle sind rund um eine Stadt stationiert. Sie müssen entscheiden, ob sie gemeinsam angreifen oder sich zurückziehen. Die Kommunikation erfolgt ausschließlich über Boten.

• Nur wenn alle gleichzeitig angreifen, gewinnen sie – aber sie können sich nicht sicher abstimmen.
• Greifen manche an, während andere sich zurückziehen, verlieren sie. Dieses Szenario steht sinnbildlich für dezentrale Systeme, bei denen trotz möglicher fehlerhafter Kommunikation oder böswilliger Teilnehmer ein gemeinsamer Konsens notwendig ist.

📌 Schlüsselfrage: Wie kann sich ein dezentrales Netzwerk auf eine gemeinsame Wahrheit einigen, wenn einige Teilnehmer unehrlich sein könnten?

Bitcoin steht vor genau dieser Herausforderung: Als dezentrales Geldsystem muss es sicherstellen, dass sich alle Teilnehmer ohne zentrale Instanz darauf einigen, welche Transaktionen gültig sind.

Das Problem in zentralisierten Systemen

Zentralisierte Systeme lösen das Problem der byzantinischen Generäle nicht, sondern umgehen es durch das Vertrauen in eine einzige zentrale Instanz.

Beispiel: Traditionelle Banken

• Banken führen Aufzeichnungen darüber, wem was gehört.
• Streitigkeiten werden durch Banken oder Gerichte geklärt.
• Das System ist zentral gesteuert Das Problem entsteht, wenn die zentrale Instanz (z. B. Bank oder Regierung) nicht vertrauenswürdig oder anfällig ist.

Die Lösung von Bitcoin: Ein dezentrales, vertrauensloses System, das ohne zentrale Autorität einen Konsens erreicht.

Die byzantinische Fehlertoleranz?

Ein System gilt als byzantinisch fehlertolerant (BFT), wenn es auch dann zuverlässig funktioniert, wenn einige Teilnehmer falsche Informationen verbreiten oder böswillig handeln.

Bitcoin erreicht BFT durch Proof of Work (PoW): Miner investieren Rechenleistung und Strom, um neue Blöcke vorzuschlagen. Unehrliches Verhalten – wie das Einfügen ungültiger Transaktionen – führt zu wirtschaftlichem Verlust. Ungültige Blöcke werden einfach verworfen.

Geld war stets mit dem Problem verbunden, wie sich Menschen auf eine überprüfbare, einheitliche Geldform einigen können, ohne einer zentralen Instanz zu vertrauen.

Bitcoin benötigt kein Vertrauen in eine einzelne Partei. Stattdessen stützt es sich auf Mathematik, Kryptografie und wirtschaftliche Anreize, um den Konsens zu sichern.

Gold und Fiat-Geld

Früher wurde dieses Problem durch knappe, schwer fälschbare Rohstoffe wie Gold gelöst. Gold war zwar sicher, aber schwer zu transportieren und zu prüfen. Daher übernahmen Staaten die Münzprägung oder führten goldgedeckte Währungen ein, deren Golddeckung später aufgehoben wurde, was über Zeit zur Abwertung der Währungen führte.

In der Hyperinflation in Simbabwe (2000er Jahre) druckte die Regierung exzessiv Geld, was die Währung entwertete. Solche Fälle zeigen die Risiken zentral gesteuerter Währungen. Jedes Fiat-Geldsystem ist ein potenzieller zentraler Ausfallpunkt.

*”Das Hauptproblem bei konventionellen Währungen ist das Vertrauen, das erforderlich ist, damit sie funktionieren. Man muss der Zentralbank vertrauen, dass sie die Währung nicht entwertet, aber die Geschichte der Fiat-Währungen ist voll von Verstößen gegen dieses Vertrauen.”

• *Satoshi Nakamoto

Bitcoin ist die erste Form von Geld, die ohne Vertrauen in eine zentrale Instanz auskommt.

Bitcoin löst das Problem der byzantinischen Generäle

Die Innovation von Bitcoin besteht darin, einen Konsens ohne Vertrauen zu ermöglichen. Dies geschieht durch folgende Mechanismen:

1. Die Blockchain (ein gemeinsames, unveränderliches Kassenbuch)

• Alle Transaktionen werden in einem öffentlichen, dezentralen Kassenbuch gespeichert
• Jeder Node führt eine vollständige Kopie
• Manipulationsversuche werden vom Netzwerk verworfen In der Analogie der byzantinischen Generäle ist die Blockchain die gemeinsame Wahrheit, auf die sich alle Teilnehmer einigen.

2. Proof-of-Work

Miner konkurrieren darum, gültige Hashes zu finden. Der Erste darf einen Block hinzufügen und erhält eine Belohnung in Bitcoin.

→ Ehrliches Verhalten wird belohnt

→ Unehrliches Verhalten wird wirtschaftlich bestraft

Versuche, gefälschte Transaktionen einzubringen, kosten Rechenleistung, bringen aber keinen Ertrag, da der Block vom Netzwerk einfach abgelehnt werden würde. Dadurch entsteht ein Anreiz für korrektes Verhalten.Bitcoin macht Betrug teuer.

3. Jeder Node verifiziert Transaktionen

• Jeder Node überprüft eingehende Transaktionen nach den Bitcoin-Regeln.
• Entdeckt ein Node eine ungültige Transaktion, wird sie ignoriert.

Können byzantinisch fehlertolerante Systeme angegriffen werden?

Bitcoin gilt als sehr sicher, doch absolute Sicherheit gibt es nie. Ein 51%-Angriff wäre theoretisch möglich, wenn eine Entität mehr als die Hälfte der Mining-Leistung kontrolliert.

Ein solcher Angriff ist jedoch:

Wirtschaftlich kaum machbar (enorm hohe Kosten für Hardware und Energie) & selbstschädigend (ein Angriff würde den Bitcoin-Wert und damit die Investition des Angreifers gefährden).

📌 Die Sicherheit steigt mit der Anzahl der Teilnehmer im Netzwerk.

Geschichte des Problems der byzantinischen Generäle

• 1982: Das Problem wurde von Leslie Lamport, Robert Shostak und Marshall Pease formuliert.
• 2008: Satoshi Nakamoto übertrug die Prinzipien auf Bitcoin und entwickelte das erste byzantinisch fehlertolerante Geldsystem.

Das solltest du mitnehmen

• Das Byzantine Generals Problem beschreibt die Schwierigkeit, in einem dezentralen System trotz unzuverlässiger Teilnehmer einen Konsens zu erreichen
• Zentrale Finanzsysteme umgehen das Problem mit einer Vertrauenspartei
• Bitcoin löst das Problem erstmalig mithilfe von Blockchain und Proof-of-Work