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Jillian Buttecali, Zachary Proom, Paul Wong 1

Zusammenfassung

Im Jahr 2019 führte ein Team des Federal Reserve Board (Board) kleine Experimente mit dem Namen „FooWire-Projekt“ durch, um ein Zahlungssystem mit Distributed-Ledger-Technologie (DLT) aufzubauen. 2Das Team baute das System mit Hyperledger Fabric, einer beliebten DLT-Plattform, auf, da es im Allgemeinen die Designanforderungen des Teams hinsichtlich eines geschlossenen Netzwerks, ausgereifter Technologie und Unternehmensbereitschaft erfüllte. Das Experiment hob das Potenzial von DLT für bestimmte Zahlungsanwendungen, die schnelle Geschwindigkeit, mit der ein System implementiert werden könnte, die potenzielle Einfachheit intelligenter Verträge und den Funktionsumfang solcher Plattformen hervor. Es wurde ferner die Notwendigkeit weiterer Experimente hervorgehoben, um die Möglichkeiten für eine umfassende Einführung und Nutzung einer DLT-Plattform für Zahlungen besser zu verstehen.

Einführung

In den letzten Jahren haben eine Reihe von Zentralbanken technische Untersuchungen zu DLT für Zahlungszwecke durchgeführt. Solche Projekte, darunter Project Jasper in Kanada, Project Ubin in Singapur und Project Stella in Japan und Europa, spiegeln ein wachsendes Interesse daran wider, zu verstehen, wie DLT für Zahlungssysteme von Zentralbanken verwendet werden kann. Im Jahr 2019 stellte das Federal Reserve Board ein internes Team zusammen, um ein kleines Zahlungssystem mit dem Namen „FooWire“ aufzubauen, das auf einer DLT-Plattform basiert. Ziel des FooWire-Projekts war es, das Potenzial der Technologie für Zahlungen aus Forschungssicht unabhängig und objektiv zu bewerten. Es war in keiner Weise ein vorgeschlagener Ersatz oder ein tragfähiger Kandidat für ein bestehendes oder geplantes Zahlungssystem der Federal Reserve.

Das Interesse der Federal Reserve an DLT beruht auf ihrem dezentralen Betriebsmodell. DLT umfasst die Prozesse und verwandten Technologien, die es den Teilnehmern eines Netzwerks ermöglichen, gemeinsam eine dezentrale Aufzeichnung der Netzwerkaktivitäten zu verwalten. Es ermöglicht Teilnehmern (oder Knoten) in einem Netzwerk, Statusänderungen (oder Aktualisierungen) in einem über ein Netzwerk verteilten synchronisierten Hauptbuch sicher vorzuschlagen, zu validieren und aufzuzeichnen. 3In einem DLT-basierten Zahlungssystem verwalten die Knoten einzelne Kopien des Transaktionsbuchs. Aktualisierungen des Ledgers werden zwischen den Knoten so koordiniert, dass die individuelle Kopie des Ledgers jedes Knotens mit den Kopien der anderen Knoten übereinstimmt. Ein Konsensmechanismus regelt Änderungen am Hauptbuch und bestimmt, ob neue Transaktionen akzeptiert und in das Hauptbuch gebucht oder abgelehnt werden. 4

Die Verwendung von DLT hat das Potenzial, betriebliche und finanzielle Ineffizienzen im derzeitigen Zahlungssystem zu verringern oder zu beseitigen. DLT könnte beispielsweise die Zahlungskomplexität verringern, indem eine Reihe von Vermittlern entfernt werden, die im Abwicklungsprozess benötigt werden. Darüber hinaus könnte DLT die betriebliche Effizienz verbessern, indem es den Teilnehmern ermöglicht, sich auf einen gemeinsamen Hauptbuchstatus über Entitäten, geografische Entfernungen und Zeitzonen hinweg zu einigen. Dies könnte den Abgleich zwischen den Aufzeichnungsinfrastrukturen vereinfachen. DLT könnte auch die Ausfallsicherheit des Netzwerks verbessern, indem einzelne Fehlerstellen im Zusammenhang mit zentralisierten Ledgern beseitigt werden, auf die sich die meisten Zahlungssysteme zur Verwaltung von Transaktionsdaten verlassen, die jedoch anfällig für Datenverlust und Manipulationen sind. 5

Das FooWire-Projekt

Das FooWire-Projekt war ein kleines DLT-Experiment, um das grundlegende Zahlungspotenzial der Technologie zu bewerten und internes Wissen aufzubauen. Für dieses Experiment verwendete das Team eine DLT-Plattform namens Hyperledger Fabric (Fabric), die auf einem autorisierten Netzwerk basiert, eine relativ ausgereifte Technologie verwendet und als unternehmensfähig vermarktet wird. Die Auswahl von Fabric als zugrunde liegende Plattform für dieses Experiment stellt jedoch keine Billigung von Fabric dar, da das Team eine Reihe von gleichermaßen leistungsfähigen Plattformen hätte verwenden können.

Einer der Haupttreiber für die Auswahl von Fabric, das von der Hyperledger-Organisation – einem von der Linux Foundation gegründeten Konsortium – und seiner Community von Programmierern verwaltet wird, war die Verwendung eines autorisierten Netzwerks durch Fabric. 6Mit einem autorisierten Netzwerk können ein oder mehrere Netzwerkadministratoren steuern, wer auf das Netzwerk-Ledger zugreifen und keine Transaktionen durchführen kann. Dies steht im Gegensatz zu einem Netzwerk ohne Berechtigung, über das jeder öffentliche Akteur auf das Hauptbuch zugreifen und Transaktionen durchführen kann. Die Verwendung eines berechtigten Netzwerks spiegelt das wider, was heute für die meisten Zahlungssysteme verwendet wird, und bietet in einigen Konfigurationen eine höhere Netzwerksicherheit als ein Netzwerk ohne Berechtigung.

Nachdem Fabric als Basisplattform ausgewählt worden war, baute das Team ein einfaches Zahlungssystem auf. Zu Beginn umfasste das Netzwerk drei hypothetische Organisationen: eine Zentralbank, eine Regierungsbehörde und eine Geschäftsbank. Netzwerkadministratoren waren für die Genehmigung und Erstellung von Konten und Knoten zur Verwaltung des Hauptbuchs verantwortlich. Das einzige Asset, das zwischen Knoten übertragen werden konnte, war ein künstliches Asset namens „Funds“. Transaktorknoten könnten Transaktionen zur Abwicklung einreichen. 7Validator-Knoten könnten mit anderen Knoten im Netzwerk Transaktionen durchführen und am Konsens teilnehmen, um das Hauptbuch zu aktualisieren. 8

Mit Fabric können Entwickler intelligente Verträge schreiben, bei denen es sich um Computerprogramme handelt, die Geschäftslogik spezifizieren und durchsetzen. Zum Beispiel hat das Team eine Reihe von Regeln geschrieben, um Kontokorrentkredite zu verhindern und Transaktionswerte zu begrenzen. Erfolgreiche Transaktionen werden über die Netzwerkknoten in das verteilte Hauptbuch gebucht. In einem Fabric-Netzwerk besteht das Ledger aus zwei Komponenten. Erstens hat das Hauptbuch einen Weltstatus, bei dem es sich um eine Datenbank mit Schlüssel-Wert-Paaren handelt, die Hauptbuchpaare wie eine Organisation und ihren Kontostand darstellen. Zweitens verfügt das Hauptbuch über ein Blockchain-Protokoll aller Transaktionen oder Änderungen im Netzwerk und hat zum aktuellen Weltzustand geführt. Fabric unterstützt verschiedene Aufzeichnungsansätze – sowohl das UTXO-Modell (Unspent Transaction Output) zur Verfolgung des Transaktionswerts als auch ein traditionelles Kontomodell, das Salden in einer Datenbank aufzeichnet. Ein UTXO-Modell gibt effektiv eine neue digitale Kennung für jede neue Transaktion aus, während ein traditionelles Kontosystem effektiv einen Saldo aktualisiert.9 Das FooWire-Team hat sich der Einfachheit halber für ein traditionelles Kontomodell entschieden.

Um Informationen im Ledger zu aktualisieren, verwendet Fabric einen Konsensmechanismus, der es Knoten in einem DLT-Netzwerk ermöglicht, Änderungen am gemeinsam genutzten Ledger zu vereinbaren, und verhindert, dass andere Knoten dem Ledger ungültige Transaktionen hinzufügen. Fabric verwendet einen Abstimmungskonsensmechanismus, der vom praktischen Modell der byzantinischen Fehlertoleranz (pBFT) inspiriert ist. Validatoren stimmen für oder gegen eine vorgeschlagene Transaktion im gemeinsamen Hauptbuch. Diese Knoten sehen alle Transaktionsinformationen und verwenden diese zusammen mit anderen Informationen, die sie möglicherweise über die Teilnehmer der Transaktion kennen, um einen Konsens zu erzielen, indem sie für oder gegen eine vorgeschlagene Transaktion stimmen.

Hochrangige Beobachtungen und Ergebnisse

Im Folgenden finden Sie vier hochrangige Imbissbuden aus dem FooWire-Projekt. Zwei Imbissbuden konzentrieren sich auf die allgemeinen DLT-Beobachtungen und zwei auf Stoff. Es sollte betont werden, dass der Umfang des Projekts begrenzt war; Beispielsweise hat das Team die Skalierbarkeit, Sicherheit oder Datenschutzfunktionen von Fabric nicht gründlich getestet.

  1. DLT ist eine praktikable Technologie für bestimmte ZahlungszweckeDas Team konnte mit Fabric ein funktionierendes Zahlungssystem aufbauen. Die Abwicklung einer typischen Transaktion auf FooWire dauerte etwa 10 Sekunden. Dies ist im Vergleich zu Echtzeit-Zahlungssystemen, die Zahlungen sofort abwickeln können, wenn sie empfangen werden, langsam. Das Team hat die FooWire-Plattform oder -Hardware jedoch nicht optimiert, um Transaktionen mit höheren Geschwindigkeiten oder mit höherer Verarbeitungskapazität zu verarbeiten. 10Ein Team von Informatikern konnte beispielsweise ein Fabric-Netzwerk so konfigurieren, dass Transaktionen mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 20.000 Transaktionen pro Sekunde verarbeitet werden. 11 Unabhängig von Verarbeitungsgeschwindigkeit und -kapazität arbeitet Fabric als Abwicklungsmodul und kann je nach Design der Plattform für die Verwendung in bestimmten Szenarien geeignet sein.
  2. DLT-Netzwerke können relativ schnell implementiert werdenDas Team baute seine Abwicklungsplattform mithilfe einer umfassenden Online-Dokumentation für verschiedene DLT-Entwicklungsthemen schnell auf. Nach der Installation eines Beispielnetzwerks stellte das Team fest, dass der Aufbau eines eigenen Entwicklungsnetzwerks im Vergleich zu früheren Softwareentwicklungsprojekten einfacher und unkomplizierter als erwartet war. Es gibt eine Reihe öffentlich verfügbarer Tools, einige Open Source- und einige proprietäre Tools, die ein schnelles Netzwerkgerüst ermöglichen. Dazu gehören „Point and Click“ -Angebote von Cloud-Infrastrukturanbietern. Das Team konnte Probleme mit der Softwarecodierung mit öffentlich verfügbaren Online-Ressourcen lösen. Die Fähigkeit, das Netzwerk schnell zu implementieren, spricht für die Leichtigkeit, mit der eine Vielzahl von Organisationen ein einfaches DLT-Zahlungssystem aufbauen kann.
  3. Das Schreiben intelligenter Verträge war in Fabric relativ einfachDer Fabric Chaincode, bei dem es sich um einen vorgefertigten Smart Contract handelt, war weniger komplex als vom Team erwartet. Dies bot sich für Rapid Prototyping an. Der Kettencode für eine Transaktion im Netzwerk (dh das Verschieben von Geldern von einem Konto auf ein anderes) umfasst selbst bei mehreren benutzerdefinierten Geschäftsregeln ungefähr 100 Codezeilen. Das Team implementierte zwei Hauptregeln: Transaktionsorganisationen (a) konnten ihre Konten nicht überziehen und (b) konnten keine Werte übertragen, die einen festgelegten Schwellenwert überschreiten. Zusätzlich überprüfte der Kettencode die Gültigkeit der Transaktionsparameter. Der Kettencode stellte sicher, dass die Transaktionsorganisationen in der Statusdatenbank vorhanden sind und dass der Transaktionsbetrag eine Zahl ist. Der Kettencode bot auch Funktionen zum Initialisieren des Kettencodes, zum Abfragen des Kontostands einer Organisation und zum Löschen einer Organisation.
  4. Fabric verfügt über eine Reihe erweiterter Funktionen, von denen einige mit Kompromissen verbunden sindFabric verfügt über ein modulares Framework, mit dem Entwickler viele Teile der Plattform ändern können, um Funktionen für bestimmte Anwendungsfälle hinzuzufügen. Entwickler können beispielsweise Rollen im Netzwerk hinzufügen und entfernen, den Kettencode bearbeiten und die Aufzeichnungsmethode (UTXOs oder Konten) ändern. Das Team beobachtete auch eine Reihe von Optionen für die Verarbeitung privater Daten, mit denen einige Kompromisse verbunden sind. Mit Fabric können Gruppen von Knoten ihre Transaktionen vom Rest des Netzwerks fernhalten. Ein Administrator könnte das Netzwerk in kleine Kohorten aufteilen und weiter unterteilen, die an privaten Untergruppen mit eigenen Ledgern teilnehmen. Diese Anordnung erreicht jedoch eine größere Privatsphäre auf Kosten der Rechenressourcen und der Netzwerkkomplexität. 12

Fazit

Das FooWire-Projekt untersuchte die mögliche Anwendung von DLT für Zahlungen unter Verwendung von Fabric als repräsentative Plattform. Das Team stellte fest, dass Fabric und ähnliche DLT-Plattformen potenzielle Zahlungsmöglichkeiten haben. Unternehmen können diese Technologien nutzen, um funktionierende Abwicklungssysteme aufzubauen, ihren Kettencode relativ einfach zu gestalten und hinsichtlich ihrer Funktionalität anzupassen. Eine umfassende Einführung und Verwendung eines DLT-basierten Zahlungssystems würde jedoch strenge Bewertungen der Sicherheits-, Skalierbarkeits- und Datenschutzfunktionen der Technologie erfordern. Die Federal Reserve erforscht weiterhin die Fähigkeiten solcher Technologien und identifiziert Risiken und Schwächen, die mit ihrer Verwendung verbunden sind.

Quelle :https://www.federalreserve.gov/econres/notes/feds-notes/observations-from-the-foowire-project-experimenting-with-dlt-for-payments-use-20200813.htm


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