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Alex Biryukov und Dmitry Khovratovich haben Algorithmus Equihash entwickelt.

Wissenschaftler der Universität Luxemburg haben einen für so genannte Kryptowährungen wichtigen Algorithmus entwickelt. Sein Name: Equihash.

Equihash ist eine zentrale Komponente der neuen digitalen Währung „Zcash“. Die Technologie verspricht besseren Datenschutz und mehr Gleichheit bei der Generierung der digitalen Münzen als „Bitcoin“. Bitcoin ist die bei weitem bekannteste und verbreitetste digitale Währung (mehr dazu in der Infobox). Gestartet im Januar 2009 hat sie seitdem viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Bitcoin ist jedoch nicht die einzige Kryptowährung: Es gibt nahezu 100 dieser Währungen mit einer Marktkapitalisierung von jeweils mehr als einer Million US-Dollar. Eine der neusten Kryptowährungen ist Zcash, eine Art Update des Bitcoin-Protokolls.

In Bitcoin werden die Transfers der der Währungseinheiten („Coins“) in einem globalen Hauptkonto registriert, der sogenannten Blockchain (wörtlich: Blockkette – eine Datenbank zur sicheren Speicherung der Bitcoin-Werte). Die Gültigkeit der neuesten Transfers wird in der Blockchain alle zehn Minuten validiert. Diese Überprüfung erfordert ebenso wie die Generierung neuer Coins (das so genannte Mining) viel Computer-Power, die von weltweit verteilt betriebenen Computern bereitgestellt wird. Die „Miner“ – also Menschen oder Unternehmen, die die Rechnerkapazitäten zur Verfügung stellen – werden dafür mit neuen Coins entlohnt.

Transaktionsüberprüfung liegt derzeit in den Händen einiger weniger

Zcash versucht einige Beschränkungen zu überwinden, denen Bitcoin unterliegt: Etwa den beschränkten Datenschutz bei den Transaktionen oder die Zentralisierung der Transaktionsüberprüfung. Sie liegt in den Händen einiger weniger, die in großem Umfang in die spezialisierte Mining-Hardware investiert haben. Bitcoin ist offen für solch eine Zentralisierung oder Monopolisierung, weil sich die Rechnerarbeit, die die Mining-Algorithmen bei Bitcoin erledigen müssen, in viele kleine, parallel ablaufende Rechenoperationen aufgeteilen lässt. Der Algorithmus kann leicht in speziell darauf ausgelegten, energieeffizienten und billigen Mikrochips ablaufen. (Was ist ein Algorithmus? - siehe Infobox)

Das macht den Einsatz von Standard-Hardware ineffizient und teuer. Vielmehr läuft das Bitcoin-Mining heute auf spezialisierten Supercomputern an Orten, wo Energie oder Kühlung der Maschinen besonders günstig sind. Solche Supercomputer kosten zwar Millionen Euros, bringen aber eine „Mining-Power“, mit der Standard-PCs nicht mithalten können.

Zcash ist eine wesentlich demokratischere digitale Währung

Professor Dr. Alex Biryukov, Leiter der Forschungsgruppe „Cryptolux” am Interdisciplinary Centre for Security, Reliability and Trust (SnT), und Dr. Dmitry Khovratovich vom SnT haben nun einen Algorithmus entwickelt, der dieses Problem umgehen kann. Bei Equihash kann die Rechenoperation nicht in kleinere Arbeitspakete aufgeteilt werden. Deshalb läuft sie effizienter auf Standard-Hardware – etwa Desktop-PCs mit ihren Mehrkern-Prozessoren – als auf Spezial-Chips.

„Verglichen mit 10.000 Zcash-Minern mit jeweils einem PC wäre die Investition in Spezial-Hardware 10.000 mal so teuer“, sagt Khovratovich: „Bei Bitcoin wäre ein wesentlich kleineres Investment nötig.“ Zcash ist damit eine wesentlich demokratischere digitale Währung, indem es mehr Menschen Zugang zum Mining-Prozess gewährt. Khovratovich: „Die Stärke einer Kryptowährung resultiert daraus, dass das Hauptkonto weltweit verteilt ist. Unser Equihash-Algorithmus verändert die Verhältnisse wieder in Richtung einer idealen Welt.“

Benötigt wenig Speicher, ist schnell und billig

Equihash wurde 2016 zuerst auf dem Network and Distributed System Security Symposium präsentiert, eine der fünf wichtigsten IT-Security-Veranstaltungen. „Da Equihash auf der Lösung eines grundsätzlichen Computer-Problems beruht, bringen Fortschritte bei der Entwicklung von Equihash die Computerwissenschaften als Ganzes voran“, sagt Biryukov: „Bisher ist Equihash unter den Mining-Algorithmen einmalig: Er lässt sich nicht aufteilen und ist trotzdem sehr leicht zu überprüfen.“ Anders ausgedrückt: Das Mining neuer Zcash-Münzen mit Hilfe von Equihash ist vergleichsweise aufwändig – und birgt ein kleineres Risiko der Monopolisierung, weil es viel Computerspeicher und Rechenleistung erfordert.

Die Überprüfung, dass die neuen Währungseinheiten vorschriftsmäßig generiert wurden, bedarf hingegen wenig Speicher, sie ist schnell und billig. In Anbetracht dieser Vorteile haben sich die Initiatoren von Zcash dazu entschlossen, Equihash zum Mining- und Überprüfungsalgorithmus dieser neuen digitalen Währung zu machen. Dabei ist die Verwendung von Equihash jedoch nicht auf Zcash beschränkt – der Algorithmus kann in jeder anderen digitalen Währung einschließlich Bitcoin zum Einsatz kommen.

„Mit unserem Beitrag zu Zcash hat CryptoLux, das Kryptographie und Sicherheits-Labor am SnT, bewiesen, dass es innovative Forschungsergebnisse hervorbringt, die unmittelbar im Bereich Fintech zum Einsatz kommen können“, sagt SnT-Direktor Professor Björn Ottersten. Biryukov fügt hinzu, dass „Studierende herzlich eingeladen sind, bei uns mitzuarbeiten. Wir sind in einem spannenden Forschungsfeld unterwegs, in dem es noch jede Menge herausfordernde Forschungsfragen zu knacken gilt.“

Autor: University of Luxembourg
Foto © scienceRELATIONS

Infobox

Bitcoin

Bitcoin ist das neue virtuelle Geld, mit dem wir in Zukunft über Internet zahlen könnten. Der Dienst, schneller und billiger als eine Bank, stößt weltweit auf wachsendes Interesse. Das Bitcoin-System wird nicht von einer zentralen Instanz verwaltet, sondern von einem Peer-to-Peer-Netzwerk im Internet getragen. Jeder kann sich dem Netzwerk als Benutzer anschließen oder Rechnerkapazitäten zur Abwicklung der Transaktionen zur Verfügung stellen.

Wie funktionieren Bitcoin-Transaktionen?

Im Netzwerk ist die Identität des Benutzers hinter einem verschlüsselten Pseudonym verborgen, das nach Belieben geändert werden kann und auch soll. Transaktionen werden mit einem Pseudonym signiert und dem öffentlichen Netzwerk mitgeteilt, wo ihre Authentizität verifiziert wird und die Bitcoins dem neuen Besitzer gutgeschrieben werden.

Algorithmus

Ein Algorithmus ist eine Folge von Anweisungen welche nacheinander abgearbeitet werden. Man findet Algorithmen hauptsächlich in der Mathematik und der Informatik. Sie werden genutzt um Rechenvorgänge auszuführen oder Daten zu verarbeiten. Computerprogramme enthalten meistens eine ganze Menge von Algorithmen.

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