Dezentralisierung von Bitcoin-Transaktionen mithilfe von mobilen Netzen

Wie man Bitcoin nutzen kann, ohne sich auf zentrale Internet Service Provider (ISP) verlassen zu müssen.

Bitcoin wurde entwickelt, um nicht nur gegen technologische, sondern auch gegen politische Angriffe resistent zu sein. Kryptographie, Anreize und Dezentralisierung sind Werkzeuge, die dem Bitcoin-Netzwerk ein hohes Maß an Ausfallsicherheit verleihen. An dieser Stelle möchte ich erläutern, wie wichtig die Dezentralisierung der Kommunikation für die Widerstandsfähigkeit von Bitcoin ist und wie diese Funktion durch alternative Kommunikationstechnologien der letzten Meile wie mobile Mesh-Netzwerke erweitert werden kann.

Zentralisierte Kommunikationssysteme sind anfällig für Ausfälle bei Naturkatastrophen (oder vom Menschen verursachten Katastrophen). So hat beispielsweise der Hurrikan Sandy in den USA 2012 ein Drittel der gesamten Kommunikationsinfrastruktur in einem Gebiet von zehn Bundesstaaten zerstört. Nach einer Naturkatastrophe werden zentralisierte Systeme aufgrund von Ressourcenknappheit nur langsam wiederhergestellt.

Puerto Rico kämpfte viele Monate nach dem Hurrikan María (2017) mit der Instandsetzung von 80% der Festnetzanschlüsse. Dünnbesiedelte Gebiete und Orte mit fehlender oder nicht vorhandener Infrastruktur werden ebenfalls von zentralisierten Anbietern nicht gut bedient. Sie setzen die Prioritäten nach dem Pareto-Prinzip zumeist auf dicht besiedeltes Gebiet wegen der weitaus größeren Kundendichte. Erst nach und nach erschließen sie, wie beim Aufbau der Netze, Gebiete mit geringerer Bevölkerungsdichte.

Moderne Volkswirtschaften sind zunehmend auf elektronische Zahlungen angewiesen und leiden unter der Nichtverfügbarkeit von Kommunikationssystemen (gerade im Katastrophenfall). Dies gilt nicht nur für Bitcoin, sondern auch für Visa und Mastercard. Bitcoin ist ins Leben gerufen worden auch gegen eine gezielte staatliche Finanzzensur und -überwachung resistent zu sein.

Die Dezentralisierung der Netzwerke bietet Bitcoin Schutz vor Zensur auf globaler Ebene, aber lokale ISPs sind in der Lage, die Benutzer des Bitcoin-Protokolls einseitig zu überwachen und zu blockieren. Beispiele für politisch motivierte Internet-Zensur und Überwachung von China bis zur Türkei sind leicht zu finden. Es ist nicht schwer, sich vorzustellen, wie Regime diese Techniken auf Menschen anwenden, die Bitcoin verwenden. Sogar in den Vereinigten Staaten enthüllte Edward Snowden, dass die NSA 2013 ein Programm zur intensiven Erfassung von Bitcoin-Nutzern iniitiert hat.

An einem bestimmten Ort müssen die Nutzer über ISPs und Mobilfunkbetreiber, die von regionalen und nationalen Monopolen dominiert werden, auf das Bitcoin-Netz zugreifen. ISPs wie Comcast haben gezeigt, dass sie das beliebte dezentrale File-Sharing-Protokoll BitTorrent drosseln und blockieren. Als das US-Finanzamt 2016 die Benutzerdatensätze von Coinbase anforderte, verlangte es auch detaillierte IP-Protokolle seiner Benutzer, die mit ISP-IP-Protokollen abgeglichen werden konnten. Anti-Piraterie-Gruppen wie Prenda Law haben zuvor IP-Adressinformationen von ISPs verwendet, um BitTorrent-Nutzer juristisch belangen zu können. Eines Tages könnten Bitcoin-Nutzer auf ähnliche Weise angegangen werden. Es ist viel einfacher für eine Regierung oder ein mächtiges Unternehmen, ein einzelnes Monopol mit riesigen Infrastrukturinvestitionen unter Druck zu setzen, um Menschen automatisch zu überwachen und zu zensieren, als zu versuchen, Bürger individuell zu selektieren. Software-Datenschutz-Tools allein reichen nicht aus. Bevor Snowden sich selbst enthüllte, baute er eine persönliche Map mit offenen WiFi-Hotspots, die nicht in der Nähe seines Hauses auf Hawaii lagen. Er begriff, dass selbst die Verwendung des Anonymisierungsbrowsers TOR das Risiko, das durch die Verwendung eines Internet-Zugangspunktes, der irgendwie mit seiner wahren Identität verbunden ist, bestand, nicht ausgeschlossen werden kann.

Zentralisierte ISP sind der einzige Angriffspunkt für all diese Attacken, entweder durch direkte Zensur oder durch Metadatenprotokollierung. Sogar das Senden einer Chatnachricht an jemanden, der nur wenige Meter entfernt ist, beinhaltet die Übertragung von Daten zu einer entfernten Basisstation und über zentralisierte Server. Mobiltelefone sind technisch in der Lage, dezentrale Mobilfunknetze zu bilden, aber die derzeitigen Frequenznutzer haben keinen wirtschaftlichen Anreiz, dies zu erlauben. Stattdessen ist die Peer-to-Peer-Konnektivität auf ein paar Meter Bluetooth-Reichweite beschränkt, was den praktischen Nutzen in der realen Welt begrenzt.

Glücklicherweise gibt es immer mehr Alternativen zu zentralisierten ISP-Netzwerken. Lokale Mesh-Funknetze, Satelliten und Langstreckenfunk wurden alle als Mittel vorgeschlagen, um eine dezentrale Peer-to-Peer-Kommunikation zu ermöglichen – sowohl für Bitcoin-Transaktionen als auch für eine robuste Kommunikation im Allgemeinen.

kryptoradio.koodilehto.fi

Im Jahr 2014 leistete das Projekt Kryptoradio (https://kryptoradio.koodilehto.fi) Pionierarbeit bei der Übertragung von Bitcoin-Daten über einen terrestrischen digitalen Fernsehsender in Finnland. Die Studie dauerte zwei Monate und erreichte ca. 5 Millionen Menschen, das sind etwa 95% aller Finnen. Zum ersten Mal konnte man Transaktionen ohne Internetverbindung validieren. Dieses System stützte sich jedoch weiterhin auf eine regional zentralisierte Rundfunkinfrastruktur.

Im Jahr 2017 startete Blockstream satellitengestützte Bitcoin-Transaktionssendungen, die inzwischen praktisch die gesamte Weltbevölkerung abdecken. Dies ermöglicht eine dezentrale Transaktionsverifizierung in Ländern, die Bitcoin verbieten könnten, und ermöglicht auch den Einsatz von Bitcoin an Orten ohne zuverlässiges oder erschwingliches Internet. Dieses System empfängt jedoch nur Transaktionsinformationen aus dem Bitcoin-Netzwerk. Wie kann aber ein Offline-Benutzer eine neue Transaktion zum Ledger hinzufügen?

Auf der Scaling Bitcoin 2017 schlugen Nick Szabo und Elaine Ou von Global Financial Access (http://globalfinancialaccess.com) vor, Transaktionen über kostengünstigen digitalen Kurzwellenfunk zu übertragen. Ihr System nutzt weiträumige Funkübertragungen, um die Zensur und Grenzen zu umgehen. Das vorgeschlagene System ist semimobil für den Einsatz in zensierten Ländern und unterstützt die bidirektionale Kommunikation über Hunderte von Kilometern. Dies ist eine vielversprechende Technologie, muss aber weiterentwickelt werden, bevor sie flächendeckend eingesetzt werden kann.

Das goTenna Mesh Funkgerät (https://gotennamesh.com/products/mesh) baut das weltweit erste mobile Mesh-Netzwerk für Verbraucher. Es konzentriert sich auf die Übertragung von Kurzzeitdaten über große Entfernungen, völlig dezentral und netzfern: keine Zelle, WiFi oder Satelliten erforderlich.

In einem mobilen Peer-to-Peer-Netz kommunizieren die Geräte direkt miteinander, wenn sie sich in Reichweite befinden, oder leiten sie von Gerät zu Gerät weiter, wenn das Ziel weiter entfernt ist.

All dies geschieht automatisch, ohne dass ein zentrales Routing oder eine zentrale Infrastruktur erforderlich ist. Bitcoin-Knoten kommunizieren über ein ähnlich flaches Peer-to-Peer-Netzwerk, ohne spezielle Knoten, die ihre Verbindungen koordinieren. Leider ist das Bitcoin Peer-to-Peer-Netzwerk nur ein virtuelles Overlay in einem physischen Internet, das von zentralisierten ISPs und Mobilfunkanbietern abhängig ist. Im Gegensatz zu Knoten in einem mobilen Mesh-Netzwerk haben Knoten, die mit zentralisierten Netzwerken verbunden sind, einen festen Standort oder eine feste Identität, die für Zensur und Überwachung genutzt werden kann.

samouraiwallet.com

Datenschutzaktivisten aus dem Samourai Wallet Team (https://samouraiwallet.com) ließen sich von Blockstreams Satellitenprojekt inspirieren, eine Open-Source-Initiative namens Mule Tools zu gründen, um ähnliche alternative Kommunikationsprojekte zu unterstützen. Im Jahr 2018 entwickelte goTenna in Zusammenarbeit mit Samourai Wallet die Open-Source-TxTenna App für Android-Handys. Mit TxTenna (https://txtenna.com) können Sie signierte Bitcoin-Transaktionen über das goTenna Mesh-Netzwerk direkt von einem Offline-Mobiltelefon aus senden. Dies ermöglicht es, Bitcoin-Transaktionen dezentral und ohne Abhängigkeit von lokalen ISPs zu übertragen. Das goTenna Mesh-Netzwerk verbessert die finanzielle Privatsphäre, indem es jede direkte Verbindung zwischen einer Person und ihrem Bitcoin-Guthaben aufhebt. TxTenna kann auch die lokale Zensur umgehen, indem es Gateways verwendet, um entfernte, unzensierte Internetverbindungen zu erreichen.

txtenna.com

Wie funktioniert das?

Samourai Wallet erstellt von einem Offline-Telefon aus eine signierte Bitcoin-Transaktion. Die signierte Transaktion wird automatisch an die TxTenna App gesendet. TxTenna sendet die Transaktion an benachbarte goTenna Mesh-Knoten. Sie leiten die Transaktionsdaten von Knoten zu Knoten weiter, bis sie einen Mesh-Knoten mit TxTenna mit unzensiertem Internetzugang erreichen, der die Transaktion an das Bitcoin-Netzwerk senden kann.

Eine Python-basierte Version von TxTenna wurde auch für Computer und Internet-of-Things-Geräte entwickelt, so dass sie signierte Bitcoin-Transaktionen übertragen oder als Internet-Gateway zwischen dem goTenna Mesh-Netzwerk und dem Bitcoin-Netzwerk fungieren können. Das goTenna Mesh Radio kann auch mit einem Blockstream-Satellitenempfänger kombiniert werden, um ein Off-Grid-System zu schaffen, das die besten Off-Grid-Funktionen beider Systeme kombiniert. Ein solches System kann sowohl Bitcoin-Blockchain-Updates vom Blockstream-Satellitenempfänger empfangen als auch signierte Bitcoin-Transaktionen über das goTenna Mesh-Netzwerk ohne direkte Internetverbindung übertragen.

Auf die dargestellte Weise können Transaktionen im Bitcoin-Netzwerk, aber auch Kommunikation im allgemeinen vor Angriffen durch Dritte geschützt werden und noch unaufhaltsamer gemacht werden.