Was ist das Byzantine-Generäle-Problem?

20. Juni 2025 | 5 Minuten Lesezeit

Erklärung des Byzantine-Generäle-Problems

Das Byzantine-Generäle-Problem ist ein theoretisches Problem, das beschreibt, mit welchen Schwierigkeiten dezentralisierte Systeme wie Blockchains konfrontiert sind, wenn sie einen Konsens ohne zentrale Instanz erreichen wollen. Das Byzantine-Generäle-Problem wurde bereits 1982 von Robert Shostak, Leslie Lamport und Marshall Pease vorgestellt. Es wurde als theoretisches Informatikproblem beschrieben.

Die Fragestellung: Wie kann ein Netzwerk, in dem kein Teilnehmer die Identität und Integrität eines anderen verifizieren kann, sicherstellen, dass ein Konsens erreicht wird, indem man sich auf eine gemeinsame Version einigt?

Eine berechtigte Frage, da dezentrale Netzwerke wie Bitcoin und Ethereum auf das Vertrauen in viele Teilnehmer setzen, anstatt auf eine zentrale Entität.

Wichtigste Erkenntnisse

Das Byzantine-Generäle-Problem ist ein theoretisches Problem, das beschreibt, wie dezentrale Systeme wie Blockchains einen Konsens ohne zentrale Autorität erreichen können.
Das Problem zeigt, dass es in Netzwerken ohne zentrale Instanz schwierig ist, eine Einigung zu erzielen. Jeder Knoten muss Entscheidungen treffen, ohne sicher sein zu können, dass andere ehrlich handeln.
Byzantine Fault Tolerance (BFT) stellt sicher, dass ein System auch dann funktionieren kann, wenn einige Teilnehmer böswillig handeln. Solange die Mehrheit vertrauenswürdig ist, bleibt das System stabil.

Woher stammt der Name "Byzantine-Generäle-Problem"?

Hinter dem Namen steckt eine interessante Geschichte. Nach dem Fall des Weströmischen Reiches entstand das Byzantinische Reich, der östliche Teil des ehemaligen Römischen Reiches. Die Hauptstadt war eine sehr reiche und einflussreiche Stadt, ursprünglich Byzantion genannt. Im Jahr 330 n. Chr. wurde die Stadt in Konstantinopel umbenannt und ist heute als Istanbul bekannt.

Das Byzantine-Generäle-Problem beschreibt, dass im Falle einer Belagerung der Stadt die Generäle, die die Stadt verteidigen, dieselben Entscheidungen treffen müssen – Rückzug oder Angriff. Trifft ein General eine andere Entscheidung als der Rest, entsteht eine Schwachstelle in der Verteidigungslinie und somit eine mögliche Niederlage.

Trifft einer der Generäle eine falsche Entscheidung, spricht man von einem „byzantinischen Fehler“, der in der Kryptowelt als Byzantine Fault bekannt ist. Wie gehen die Generäle damit um? Boten der Generäle übermitteln die Entscheidungen an die anderen. Wenn die Mehrheit sich auf eine Strategie einigt, müssen sich alle Generäle daran halten. So bleibt die Verteidigungslinie intakt. Wenn Generäle entgegen der Mehrheit handeln, gelten sie als verräterisch. Da die Mehrheit entscheidet, funktioniert das System im Grunde immer.

Das Byzantine-Generäle-Problem auf dezentrale Systeme übertragen

Die Geschichte verdeutlicht die Probleme, mit denen dezentrale Systeme wie Blockchains konfrontiert sind. Wenn keine Einzelperson (oder ein Knoten in der Kryptowelt) allein Entscheidungen trifft (wie das bei zentralisierten Entitäten der Fall ist), ist es wichtig, genau zu verstehen, wie Entscheidungen getroffen werden sollen, ohne dass Unklarheiten entstehen.

Das Problem zeigt die Herausforderung auf, mit der dezentrale Systeme bei der Erreichung von Konsens konfrontiert sind, da man nicht davon ausgehen kann, dass ein einzelner Teilnehmer zuverlässige Informationen weitergibt.

Zentralisierte Akteure haben dieses Problem nicht, da Entscheidungen von einer einzigen Partei getroffen und auch vertrauliche sowie präzise Informationen von dieser weitergegeben werden. Ein gutes Beispiel ist der Finanzsektor – Banken genießen Vertrauen, und man erwartet von ihnen, dass sie mit Geldern und Transaktionsdaten sorgfältig umgehen. Wenn eine Bank betrügt, greifen staatliche Aufsichtsbehörden ein und bestrafen sie.

Das Vertrauen liegt also stärker bei einer zentralen Instanz. Das bietet mehr Effizienz, aber auch andere Risiken. Fällt das System durch einen Fehler oder einen großen Hack aus, liegt das gesamte System lahm. In dezentralen Systemen kann ein Knoten kompromittiert oder bösartig sein, aber es gibt noch viele andere Knoten, die Einfluss haben.

Was ist Byzantine Fault Tolerance?

Die Lösung des Problems ist die Byzantine Fault Tolerance (BFT). Dieses Konzept ist die Grundlage für den Aufbau dezentraler Systeme. Es sorgt dafür, dass dezentrale Systeme wie Blockchain-Technologie auch dann funktionsfähig bleiben, wenn es böswillige Teilnehmer gibt.

Bei der Byzantine Fault Tolerance reicht eine Mehrheit aus, um Konsens zu erreichen.

Byzantine Fault Tolerance in der Blockchain-Technologie

Bitcoin ist das perfekte Beispiel, bei dem Byzantine Fault Tolerance (BFT) angewendet wird. Bitcoin nutzt den Proof-of-Work-Konsensmechanismus zur Verifizierung von Transaktionen und zum Hinzufügen neuer Blöcke zur Blockchain. Dafür werden Miner (Knoten) eingesetzt. Ein Miner darf einen Block mit Transaktionen hinzufügen. Dieser wird von den anderen Minern überprüft. Wenn mehr als 51 % der Miner den Block akzeptieren und somit Konsens erreicht wird, wird er der Blockchain hinzugefügt. So können böswillige Miner aufgedeckt und bestraft werden.

Ein böswilliger Miner müsste theoretisch 51 % der beim Mining eingesetzten Rechenleistung kontrollieren. Das nennt man auch einen 51 %-Angriff. In der Praxis ist das jedoch nahezu unmöglich, da weltweit Tausende von Minern rund um die Uhr neue Bitcoins minen.

Fazit

Das Byzantine-Generäle-Problem zeigt die Herausforderung auf, in einem dezentralen Netzwerk Konsens zu erreichen, wenn sich die Teilnehmer gegenseitig nicht vertrauen können. Mithilfe von Byzantine Fault Tolerance können Blockchains wie Bitcoin dennoch funktionieren und sicher bleiben, solange die Mehrheit der Teilnehmer ehrlich handelt. Dadurch sind dezentrale Systeme widerstandsfähiger gegen Ausfälle und Angriffe als viele zentralisierte Alternativen.