Was ist IOTA?

IOTA (MIOTA) ist eine Kryptowährung, die sich als sicheres Kommunikations- und Zahlungsprotokoll für das Internet of Things (IOT) versteht. Anstatt einer klassischen Blockchain nutzt das System das sog. "Tangle", welches einige Vorteile bezüglich Skalierbarkeit und Geschwindigkeit bietet. IOTA wird in Zusammenarbeit mit Konsortien und Unternehmen entwickelt, was einen starken Akzent auf die wirtschaftliche Verwertbarkeit legt.

Website von IOTA iota.org Website

IOTA wurde nach einer kurzen Konzeptionsphase im Jahr 2016 eingeführt. Es handelt sich um ein System, das vor allem schnelle Transaktionen zwischen Maschinen, Fahrzeugen und Geräten im sogenannten Internet of Things ermöglichen soll. Von Anfang an herrschte großes Interesse an IOTA, vor allem von privatwirtschaftlicher Seite. So findet die Entwicklung des Systems in enger Zusammenarbeit mit Industrieverbänden und Unternehmen (wie z.B. Bosch, Volkswagen, Jaguar Land Rover, Fujitsu, etc.) statt, die sich eine kryptografisch sichere Infrastruktur von Transaktionen zwischen Geräten des Internet of Things erhoffen.

Wie funktioniert IOTA?

Die im IOTA-Netzwerk durchgeführten Transaktionen sind entweder "Value Transactions" (Wertübermittlung/Bezahlung) oder "Data Transactions" (Informationen/Daten).

Das auffallendste Kennzeichen am Design von IOTA ist der Umstand, dass keine Blockchain, wie zum Beispiel bei Bitcoin, genutzt wird, sondern eine andere, wenn auch verwandte Struktur. Diese heißt gerichteter azyklischer Graph (englisch: directed acyclic graph - DAG).

Gerichteter azyklischer Graph

Eine Menge von Transaktionen (sog. "Knotenpunkte/Nodes") ist durch Wege verbunden, dies ist ein "Graph". Jeder dieser Wege besitzt eine eindeutig festgelegte Laufrichtung, lässt sich also als „Pfeil“ verstehen. Damit ist es ein gerichteter Graph. Lässt sich nun niemals ein Weg aus Pfeilen finden, der zu seinem Ausgangspunkt zurückkehrt, ist der Graph azyklisch, besitzt also keine zyklischen – im Kreis laufenden – Wege. Gerichtete azyklische Graphen sind eine Verallgemeinerung der Kettenstruktur einer Blockchain, also ist jede Blockchain ein sehr einfacher, kettenförmiger DAG.

IOTA Tangle Graph Quelle: https://blog.iota.org/the-tangle-an-illustrated-introduction-c0a86f994445

IOTA "Tangle"

Im Fall von IOTA nennt sich dieser Graph Tangle, also zu Deutsch etwa „Gewirr“. Der entscheidende Punkt ist aber, dass die Knoten des Tangle nicht Knoten im Netzwerk oder Blöcke einer Blockchain darstellen, sondern einzelne Transaktionen. Die Funktionalität, die bei anderen Systemen von der Blockchain übernommen wird, kommt hier dem Gewirr gegenseitiger Transaktionsbestätigungen zu. Dabei muss ein Nutzer, um eine Transaktion vornehmen zu können, mindestens zwei andere Transaktionen bestätigen/validieren. Sammelt eine Transaktion auf diese Weise ein Mindestmaß an Bestätigungen, gilt sie als verifiziert und kann ausgeführt werden.

Tangle Tangle Struktur / Quelle: IOTA Whitepaper

Die Transaktionen selbst werden signiert, sodass sie nicht gefälscht werden können. Die gesendeten Transaktionen werden mit Quadraten dargestellt und heißen "Sites". Die Pfeile nennt man "Edges". Sie symbolisieren bestätigte Transaktionen. Jeweils zwei Edges verweisen auf weitere zwei Transaktionen. Noch nicht bestätigte Transaktionen heißen "Tips". Sie befinden sich im äußeren Bereich des Tangles.

Eine ausführliche Erklärung des Tangle findet sich auch in folgendem IOTA Blog-Artikel:
The Tangle: an illustrated introduction

Sicherheit und Konsens im IOTA Netzwerk

Der bei diesem System erforderliche Konsens (Übereinstimmung im Netzwerk) ist erreicht, wenn von der Transaktion aus Wege zu sämtlichen Tips führen. Dann liegt eine Mehrfachbestätigung vor. Die Verifizierungspfade nennt man Monte-Carlo-Markov-Kette (MCMK). Wird der Algorithmus hundertmal ausgeführt und stellt das System fest, dass eine Transaktion auf 70 Tips verweist, ist sie zu 70 % bestätigt.

Wer am IOTA-Netzwerk teilnimmt, signiert die für die Durchführung der Transaktion benötigten Informationen IOTA-Anzahl, Empfänger und Absender mithilfe seines Private Key, bestätigt die obligatorischen Tips und erledigt zur Vermeidung von Spam einen kleinen Rechenaufwand (Proof of Work). Der Algorithmus errechnet dann eine einmalig vergebene Nummer (Nonce) als Spamschutz. Dann gibt er sie zur Validierung durch andere Netzwerk-Teilnehmer frei.

IOTA Tangle Transaktionsprozess im IOTA Tangle, Quelle:

Das IOTA-Tangle besteht zurzeit aus "Full Nodes" und "Light Nodes". Full Nodes sind voll funktionsfähige Knotenpunkte, die mit allen Nachbarpunkten verbunden sind und so Transaktionen verteilen können. Ein Light Node ist ein IOTA Wallet, siehe Trinity Wallet. Light Nodes sind auf die Informationen der Full Nodes angewiesen.

Damit die Nodes nicht so viel Speicherplatz und Rechenleistung benötigen (und das Tangle nicht unendlich aufgebläht wird), löscht das IOTA-Team alte Transaktionen regelmäßig.

Der IOTA Coordinator

Für die Sicherheit des Tangles vor dem Zugriff Unbefugter ist derzeit noch der sog. "Coordinator" (COO) verantwortlich: Weil das Tangle noch überschaubar ist, können Angriffe auf das Netzwerk ohne ihn nicht ausgeschlossen werden. Der Coordinator erstellt ca. alle 60-90 Sekunden eine Transaktion mit Unterschrift (sog. "Milestones").

Vorteile von IOTA

IOTA steht noch am Anfang seiner Entwicklung, aber zumindest in der Theorie bringt das Design des Systems erhebliche Vorteile mit sich. Der Tangle ist beliebig skalierbar und kann, zumindest theoretisch eine beliebige Anzahl von Transaktionen gleichzeitig ausführen. Tatsächlich ist es, wiederum theoretisch, so, dass das System mit einer steigenden Anzahl von Nutzern immer schneller wird. Für Menschen mag dieser Geschwindigkeitszuwachs nicht direkt beobachtbar sein, aber in dem angestrebten Anwendungsbereich des Internet of Things sollte er sich durch geringe Latenzzeiten bei der Kommunikation von Endgeräten untereinander bemerkbar machen.

IOTA möchte sozusagen das "Öl" der Maschinen- und Datenökonomie werden.

Anwendungsbereiche von IOTA

Laut der Vision der IOTA Foundation könnte das Protokoll in folgenden Bereichen sinnvoll eingesetzt werden:

Automobilindustrie & E-Mobilität

Bereits heute werden viele Verkehrsmittel mit Elektroenergie betrieben. Sogar autonomes Fahren ist derzeit schon möglich. Voraussetzung dafür ist jedoch ein unmanipulierbarer und sicherer Austausch von Daten und Zahlungen, wie ihn der Tangle bietet. Auch das erfolgreiche Carsharing kann von der IOTA-Technologie profitieren. Dies wurde vom Volkswagen-Konzern auf der 2018er Cebit eindrucksvoll demonstriert: Carsharing lässt sich über IOTA kilometergenau abrechnen.

IOTA für Automobilindustrie Quelle: iota.org/verticals/mobility-automotive

Laut der Vision von IOTA könnte das Auto in Zukunft eine eigene "Wallet" besitzen und automatisch für Infrastruktur und Services bezahlen, z.B. für

  • Parken (pro Sekunde)
  • Tanken (pro Kilowattstunde, pro Liter)
  • Maut (Anteilig je nach Strecke)

Gesundheitswesen

Immer mehr Menschen möchten über ihre Vitalfunktionen genau Bescheid wissen. Sensoren, die am Körper getragen werden, können Krankheiten rechtzeitig erkennen helfen. Weil digitale medizinische Informationen zu den besonders sensiblen Daten gehören, sind sie für die Speicherung im IOTA-Netzwerk gut geeignet. Außerdem haben die Patienten dort die Kontrolle über ihre eigenen Daten. Sogar Ärzte dürfen nicht ohne ihre Einwilligung auf diese zugreifen.

Lieferkette

Supply-Chain-Management (Lieferketten)

Das Supply-Chain-Management (SCM) bezieht alle Dienstleister entlang der Lieferkette vom Lieferanten bis zum Kunden ein. Setzt man die Distributed-Ledger-Technologie in diesem Bereich ein, kann man beispielsweise feststellen, dass die für bestimmte Lebensmittel obligatorische Kühlkette nicht unterbrochen wurde und so Ersatzansprüchen im Vorfeld begegnen. Dazu stattet man sie einfach mit Mikrochips aus und speichert die Informationen über ihren Weg und die Kühltemperatur im IOTA-Tangle.

Smart Cities

Das Smart Cities Konzept eignet sich ebenfalls als Anwendungsbereich von IOTA. Mit diesem Konzept soll die städtische Infrastruktur digital optimiert werden: Jeder Autofahrer, der ein Parkhaus ansteuert, wird über den IOTA Tangle informiert, wie viele Parkplätze dort noch frei sind. Die Informationen darüber erhält das IOTA-Netzwerk über im Parkhaus angebrachte Sensoren mit Minikameras. An allen Mülltonnen angebrachte Sensoren geben Auskunft über deren Füllstand und Aufstellungsort. Anschließend informiert der Tangle den Abfallentsorger darüber, welche Tonnen geleert werden müssen. Dadurch werden unnötige Wege vermieden und Kosten gespart.

Smart Home

Nach Ansicht von Experten wird die Smart-Home-Funktionalität immer wichtiger. Sämtliche Elektrogeräte, Lichtschalter, Verdunkelungs- und Sicherheitssysteme sind via Internet verbunden und lassen sich über Smartphone-Apps steuern. So könnte der smarte Kühlschrank der Zukunft über eingebaute Minikameras feststellen, welche Lebensmittel zur Neige gehen, sie selbsttätig im Internet bestellen und mit IOTA bezahlen.

Industrie 4.0

Das Konzept Industrie 4.0 besteht darin, die Produktivität mittels digitaler Technologien zu erhöhen. In der Smart Factory von morgen arbeiten alle Maschinen, Werkzeuge und Materialien selbsttätig zusammen: Die auf den Werkstücken angebrachten Labels sagen den Maschinen, wie sie bearbeitet werden müssen und werden via Tangle und IOTA zu ihrer jeweiligen Bearbeitungsstation geleitet. Alle Fertigungsschritte sind im IOTA-Netzwerk festgehalten, sodass man auftretende Fehler sofort analysieren und beheben kann.

Zukunft von IOTA und neue Entwicklungen

Qubic - Smart Contracts mit IOTA

Die IOTA Foundation kündigte 2018 an, dass sie ein neues Protokoll für den Tangle ("Qubic") entwickelt. Dieses soll die Smart Contracts des "Internet of Things" und anderer Anwendungsbereiche verarbeiten und durch die Auslagerung von Rechenleistung dazu beitragen, dass die meist rechenschwachen IoT-Geräte richtig kommunizieren.

Contracts

Was sind Smart Contracts?

In unserem Artikel über Smart Contracts erhältst du interessante Informationen über die Funktionsweise und Vorteile von Smart Contracts.

Qubic greift über Orakelmaschinen (Oracles) auf Daten aus der realen Welt zu. So kann es beispielsweise von den Sensoren smarter Autos erhaltene Verkehrsdaten nutzen, um autonome Fahrzeuge am Stau vorbeizulotsen.

Abschaffung des Coordinators

2019 erklärte die IOTA Foundation, dass sie den zentralen "Coordinator" abschaffen will (IOTA Coordicide-Projekt). Damit reagierte sie auf die häufig geäußerte Kritik, dass der Tangle wegen des Koordinators zu zentralisiert (und damit manipulationsanfällig) sei. Der Weg bis zur endgültigen Abschaltung ist bereits festgelegt. Allerdings muss der neue Konsens-Mechanismus erst noch umfassend getestet werden.

IOTA Data Marketplace

Seit Dezember 2017 gibt es eine Betaversion des IOTA Data Marketplace. Dort können Unternehmen und private User Informationsdaten (z.B. von Sensoren) kaufen und verkaufen. Bisher nutzen mehr als 80 bekannte Unternehmen wie die Deutsche Telekom und Philips diesen Datenmarktplatz.

Vor Kurzem verkündete die IOTA Foundation, dass sie dieses Projekt allerdings nicht mehr fortführt. Firmen können nunmehr auf der IOTA-Plattform ihren eigenen Data Marketplace entwickeln.

Die IOTA-Entwickler arbeiten derzeit an dem extrem leistungsfähigen und energieeffizienten ternären JINN Prozessor. Er rechnet mit 1, 0 und -1 und ist speziell für das Internet of Things geeignet.

IOTA legt den Fokus in erster Linie auf die Entwicklung eines Industriestandards für (Mikro-)Transaktionen im Internet of Things. Durch den starken Fokus auf eine bestimmte Industrie bzw. Anwendungsfall, könnte IOTA auch mit Ripple verglichen werden.

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Wo und wie kann ich IOTA kaufen?

IOTA zählt zu den beliebtesten Kryptowährungen auf dem Markt - dennoch kann die Währung erst auf wenigen Börsen erworben werden. Im Euroraum ist das Kaufen von IOTA derzeit nur mit einem Umweg möglich:

  • Schritt 1: Account auf Coinbase einrichten, verifizieren und Euro einzahlen
  • Schritt 2: Bitcoin, Ethereum oder Litecoin kaufen
  • Schritt 3: Binance Account erstellen und Bitcoin, Ethereum oder Litecoin von Coinbase zu Binance senden
  • Schritt 4: Bitcoin, Ethereum oder Litecoin auf Binance in IOTA tauschen
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