DUH-IT
Blockchain-Architekturen & Typen
Ein Projekt von TU Dortmund und Fraunhofer IML gefördert durch EFRE/JTF NRW
Vom Konzept zur passenden Architektur
Blockchain ist nicht „eine“ Technologie, sondern ein Baukasten aus Architektur- und Designentscheidungen:
Weil keine Architektur alles gleichzeitig perfekt kann. Blockchain-Trilemma:
Blockchains können Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit meist nicht gleichzeitig maximieren.
Optimiert man zwei, leidet meist die dritte Dimension.
Die Architektur entscheidet maßgeblich über
Skalierbarkeit · Datenschutz · Governance · Kosten · Nachhaltigkeit
und damit über den realen Mehrwert einer Blockchain-Anwendung.
Blockchain-Organisation: Offen und zentral gesteuert
Public Blockchain
Offen zugängliches Netzwerk ohne zentrale Kontrolle.
- Teilnahme grundsätzlich für alle möglich
- Validierung durch viele unabhängige Akteure
- Hohe Transparenz und Nachprüfbarkeit
Kernaussage:
Maximiert Offenheit und Manipulationsresistenz, auf Kosten von Kontrolle und Effizienz.
Private Blockchain
Von einer Organisation betrieben und gesteuert.
- Zugang und Validierung sind geregelt
- Fokus auf Effizienz, Kontrolle und Datenschutz
- Klare Betriebsverantwortung
Kernaussage:
Maximiert Steuerbarkeit und Performance, auf Kosten von Dezentralisierung.
Blockchain-Organisation: Kooperation und Mischformen
Consortium Blockchain
Gemeinsam betriebenes Netzwerk mehrerer Organisationen.
- Validierung durch definierte Partner
- Regeln technisch und vertraglich abgestimmt
- Geteilte Verantwortung und Governance
Kernaussage:
Verteilt Vertrauen auf mehrere Akteure und ermöglicht branchenweite Kooperation.
Hybrid Blockchain
Kombination aus öffentlicher und kontrollierter Struktur.
- Teile der Daten öffentlich, andere geschützt
- Validierung oft permissioned, Transparenz selektiv
- Verbindung von Offenheit und Kontrolle
Kernaussage:
Versucht, Transparenz und Datenschutz gleichzeitig zu ermöglichen.
Zugangsmodell: Permissionless vs. Permissioned
Wer darf prüfen und validieren?
Nachdem wir gesehen haben, wer ein Blockchain-Netzwerk organisiert,
stellt sich die nächste Frage:
Wer darf darin Transaktionen prüfen und Blöcke validieren?
Permissionless
- Jeder darf am Konsens teilnehmen
- Sicherheit durch Dezentralisierung und Anreize
- Häufig bei öffentlichen Blockchains
Permissioned
- Nur zugelassene Teilnehmer validieren
- Sicherheit durch Identitäten und Regeln
- Häufig bei privaten oder Konsortiumsnetzwerken
Der Blockchain-Typ beschreibt, wer das Netzwerk organisiert.
Das Permission-Modell beschreibt, wer darin validieren darf.
Entscheidungsleitfaden zur Architekturwahl
Leitfragen zur Auswahl einer Blockchain-Architektur:
- Wie wichtig sind Dezentralisierung und Manipulationsresistenz?
- Welche Anforderungen bestehen an Datenschutz und Zugriffsrechte?
- Wer betreibt das System und trägt Verantwortung?
- Wie hoch sind Transaktionsvolumen und Performance-Anforderungen?
- Wie gut muss sich die Lösung in bestehende IT, Prozesse und Regulierung integrieren lassen?
Architekturwahl bedeutet, technische, organisatorische und rechtliche Anforderungen in Einklang zu bringen – sie ist eine strategische Systementscheidung.
Blockchain-Layer-Modell
Blockchain-Systeme sind technisch mehrschichtig aufgebaut.
Jeder Layer übernimmt eine klar abgegrenzte Funktion von Sicherheit bis Anwendung.
Layer 1 – Das Fundament (On-Chain)
Die Basisschicht der Blockchain.
Aufgaben: - Konsens & Transaktionsvalidierung
- Blockerstellung & Kryptografie
- Endgültige Abwicklung
Charakteristik: - Höchste Sicherheit
- Begrenzte Skalierbarkeit
- Technische Grundlage aller weiteren Layer
Layer 2 – Die Skalierung (Off-Chain)
Erweiterungen auf Basis von Layer 1.
Ziel: - Schnellere & günstigere Transaktionen
- Entlastung der Hauptkette
Ansätze: - Rollups
- State Channels
- Sidechains
Charakteristik: - Höhere Performance
- Sicherheit weiterhin an Layer 1 gekoppelt
Layer 3 – Die Anwendung (DApps)
Nutzerinteraktionsebene.
Beispiele: - dApps & Wallets
- Marktplätze & Spiele
- Branchenlösungen (z. B. DPP, Lieferketten)
Funktion: - Nutzung von Smart Contracts
- Verbindung zwischen Anwendung und Blockchain
Strukturprinzip:
- Layer 1 sichert
- Layer 2 skaliert
- Layer 3 nutzt
Die Erstellung dieser Inhalte wurde durch das Forschungsprojekt DUH-IT gefördert.
