Zentralisiert, Dezentralisiert und Verteilt - Was ist was?

Vitalik Buterin , der Mitbegründer der Kryptowährung Ethereum, hat 2017 einen sehr interessanten Artikel über die Betrachtungsweise der Begriffe Zentralisierte Systeme, Dezentralisierte Systeme und Verteilte Systeme geschrieben. Seine Sicht ist natürlich stark durch das Thema Kryptowährungen und Blockchain geprägt. Was aber aus meiner Sicht die Begrifflichkeiten noch schärfer umrissen definiert.

Der Artikel ist sehr ausführlich und beschäftigt sich fast schon philosophisch mit den Begriffen und deren Auswirkung. Ich will hier aber nur auf diese drei Begriffe Zentralisiert, Dezentralisiert und Verteilt eingehen, damit man das Thema nicht nur in der IT Welt besser einordnen kann. Daher ist das keine Übersetzung des Artikel und auch keine Zusammenfassung, sondern das Herausnehmen einiger Aspekte, die man (hoffentlich) auch ohne den anderen Kontext des originalen Artikels verstehen kann. Für eine tiefere Betrachtung des gesamten Themas Kryptowährungen und Blockchain, sollte originale Artikel gelesen werden.

Die klassische und falsche Darstellung, wie sie aber leider immer noch in vielen Fachbüchern und Veröffentlichungen kolportiert wird sieht folgendermaßen aus

Warum diese Darstellung und Bezeichnungen falsch sind, wird im weiteren Artikel bzw im originalen Artikel erklärt.Im Wesentlichen sind die Bilder zu “Dezentralized” und “Distributed networks” vertauscht, wenn man die folgende Definition beachtet.

Im wesentlichen unterscheidet Vitalik Buterin den Grad der Zentralisierung oder Dezentralisierung zwischen (ich habe die Reihenfolge der aufgeführten Punkte verändert, da sie im folgenden Schaubild auch entsprechend so wie hier priorisiert sind)

1. logisch – (übergeordnet) sieht die Struktur aus wie ein monolithisches Gebilde, oder wie ein Schwarm, der, wenn man ihn zerteilt, immer noch in den Einzelteilen “überleben” kann?
2. architektonisch – Wieviele physische Knoten (Computer) gibt es? Und wieviele können davon ausfallen, ohne dass die Funktionalität des Netzwerkes unterbrochen wird?
3. politisch – Wieviele Individuen oder Organisationen (Computer) haben die Kontrolle, mit der das Netzwerk gesteuert wird?

Wobei es in dieser Unterscheidung eine Hierarchie gibt, die von der logischen Dezentralisierung dominiert wird. Das heißt, dass die architektonische und politische Dezentralisierung immer als Untermenge einer logischen Zentralisierung oder Dezentralisierung ist. In der Übersicht sieh das folgendermaßen aus

Buterin führt 3 Gründe für eine Dezentralisierung an:

1. Ausfallsicherheit – Dezentrale Systeme fallen weniger komplett aus, weil es sehr unwahrscheinlich ist, dass alle Systeme auf einmal ausfallen. Normalerweise fallen Teile eines dezentralen Systems aus, wodurch aber das komplette System weiterhin funktional bleibt. Wenn auch in der Praxis oft einfach nur langsamer.

2. Widerstandsfähigkeit gegen Angriffe - Um dezentralisierte Systeme anzugreifen, bedarf es einen sehr hohen und „teuren“ Aufwand. „Teuer“ ist in diesem Sinne gemeint, als der Einsatz von

   1. Ressourcen (Computer, Netzwerke, Bandbreite, Masse),
   2. die Zeit (die Dauer alle wichtigen Systeme anzugreifen) und
   3. die Verschleierung (ein massiver Anstieg der Netzwerkbandbreite fällt bei vielen Zielen schneller auf, als wenn nur ein Zielt angegriffen wird) zu verstehen
3. Absicherung gegen Betrug/Korruption – Für Teilnehmer in diesem Netzwerk ist es weitaus schwieriger zu betrügen oder sich einen Vorteil gegenüber Anderen zu verschaffen.

Allerdings, beschreibt Vitalik Buterin weiter, dass eine tiefere Betrachtung der einzelnen im wesentlichen einleuchtenden und selbstverständlichen Punkte dazu führt, dass sie dann doch nicht mehr ganz so selbstverständlich sind:

• Denn wie steht es um die Ausfallsicherheit, wenn alle Systeme in einem Werk produziert wurden beziehungsweise alle mit der selben Software Version betrieben werden und in der Produktion oder der Software gibt es einen Fehler?
• Oder der Service eines Produktes kommt hauptsächlich aus einem Land und die Regierung verbietet diesen Service auf einen Schlag?
• Oder die Entwickler/Ingenieure sind korrupt und haben entsprechende Vorkehrungen getroffen, um einen Vorteil aus dem Produkt zu erlangen?

Das führt bei einer ganzheitlichen Betrachtung zu folgenden Schlüssen, bei der

Fehlertoleranz

• Es ist unerlässlich, dass ein Produkt z.B. in konkurrierenden Werken oder bei der Software von unterschiedlichen Teams in unterschiedlichen Programmiersprachen erstellt wird.
• Das Wissen und die technischen Überlegungen zu einem Produkt müssen „demokratisiert“ sein, um Menschen die Teilnahme und die Möglichkeit schlechte Entscheidungen aufzuzeigen, zu vereinfachen beziehungsweise überhaupt zu ermöglichen.
• Die führenden Entwickler eines Produktes sollten bei unterschiedlichen Unternehmen angestellt, oder Selbständige sein, um eine Interessenlenkung (Korruption) aufzuzeigen und zu vermeiden.

Widerstandsfähigkeit bei Angriffen

• Es muss sichergestellt werden, dass kein Einzelinteresse die Mehrheit (51%) in einem Netzwerk erlangen kann.
  Entwickler müssen von ihren Interessen und ihrer Geographie weit gestreut sein, so dass die Entwicklung nicht durch äußere Faktoren (Interessenvertreter, restriktive Gesetze, Bedrohungsszenarien) eingeschränkt werden kann.

• Die Verteilung der selben Funktion auf sehr viele Teilnehmer, macht es einem Angreifer extrem schwer, die Funktion komplett auszuschalten. Die Charakteristik von Angriffs- und Abwehrszenarien in zentralisierten Umgebungen sind asymmetrisch mit dem Vorteil auf der Angreiferseite. Diese Asymmetrie kann man durch Dezentralisierung erheblich abschwächen. Ein Beispiel anhand von Häusern verdeutlicht die Aussage:

  • Baut man für 10 Mio. € ein Haus, so sind die Kosten für einen Angreifer es zu zerstören oder einzureisssen bei z.B. 100.000 €
  • Baut man aber 10 Häuser für 1 Mio. €, so sind zwar die Kosten für einen Angreifer eventuell nur bei 30.000 € pro Haus, aber dafür muss er nun 10 Häuser zerstören, um die Funktion auszuschalten und damit hat er dann Kosten von 300.000 € statt 100.000 €.

Absicherung gegen Betrug/Korruption

• Koordination, die „ausschließt“ vermeiden. Also eine Hierarchie bei den Teilnehmern, die eine Gleichberechtigung ausschließt: „Die Einen“ könnten bestimmen, wo es lang geht und „die Anderen“ dürfen nur hinterher laufen.
• Monopolisierung verhindern

Quellen

1. “The Meaning of Decentralization"  by Vitalik Buterin Feb 6, 2017
   https://medium.com/@VitalikButerin/the-meaning-of-decentralization-a0c92b76a274
2. Vitalik Buterin on Wikipedia
   https://de.wikipedia.org/wiki/Vitalik_Buterin