Entwickler wollten schon lange, dass Ethereum als dezentraler Weltcomputer dient. Um dieses Ziel zu erreichen, muss das Netzwerk seine derzeitige dezentrale Architektur beibehalten und gleichzeitig um mehrere Größenordnungen skalieren. Die Blockchain kann derzeit nur 15 Transaktionen pro Sekunde (tps) verarbeiten. Um der Weltbevölkerung und der kommenden Flut von Robotern und autonomen Geräten zu dienen, haben Entwickler viel Arbeit vor sich.

In den letzten Jahren gab es zahlreiche Vorschläge. Viele von ihnen haben ihren Weg in die vierte und letzte Entwicklungsstufe von Ethereum gefunden, die Serenity genannt wird und in dieses Jahr übergeht. Umfang und Neuheit dieses Upgrades sind jedoch so groß, dass es umgangssprachlich als Ethereum 2.0 bezeichnet wurde. Tatsächlich ist diese Beschreibung in vielerlei Hinsicht angemessener, da sie eine völlig neue Blockchain namens Beacon-Kette sowie eine andere Konsensmethode darstellt.

Wir werden uns die Hauptteile dieses bahnbrechenden Upgrades ansehen.

Nachweis des Einsatzes

Vitalik Buterin und andere Entwickler von Ethereum sprechen seit 2014 über den Übergang zu Proof of Stake (PoS). Die Motivation für diese Änderung besteht darin, den Stromverbrauch der Blockchain zu reduzieren und das Risiko von Knotenzentralisierung und Konsensangriffen wie 51% Netzwerkangriffen zu minimieren.

Ethereum verwendet ein PoS-System namens Casper für die neue Beacon-Kette. Zunächst werden die aktuelle PoW-Blockchain (Ethereum Proof of Work) und die neue Beacon-Kette gleichzeitig ausgeführt. Entwickler erwarten, dass die Beacon-Kette gegen Ende 2019 läuft. Zunächst wird sie jedoch lediglich validiert, ohne dass Informationen gespeichert oder verarbeitet werden.

Während dieser Phase verwendet die Blockchain Casper, das Friendly Finality Gadget (FFG), um die Finalität zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Endgültigkeit bezieht sich einfach auf die Erkenntnis, dass ein Block, der einmal zur Blockchain hinzugefügt wurde, nicht mehr rückgängig gemacht werden kann. Das Protokoll wählt zufällig Pools von Blockantragstellern und Ausschüssen aus den qualifizierten Validatoren aus, um einen Konsens zu finden und aufrechtzuerhalten.

Wichtig ist, dass die Beacon-Kette ein brandneues Krypto-Asset oder ETH2 mit sich bringt. Validatoren verwenden den Token, um Belohnungen über die Inflationsrate zu setzen und zu verdienen. Inhaber des aktuellen ETH-Tokens können die beiden Vermögenswerte austauschen, auf denen der ursprüngliche ETH-Token verbrannt wird.

Für diejenigen, die eine Validierung durchführen und ETH2 erhalten möchten, müssen sie einen Client für die Beacon-Kette herunterladen und verwenden. Es sind momentan acht verschiedene Entwicklungsteams, die daran arbeiten, solche Kunden auf den Markt zu bringen.

Scherben

Um den geringen Durchsatz von Ethereum zu beheben, wird die Blockchain in ungefähr 1.000 kleinere Einheiten aufgeteilt, die als Shards bezeichnet werden. Diese Änderung, die als Sharding bezeichnet wird, verspricht, die Skalierbarkeit von Ethereum erheblich zu verbessern und möglicherweise bis zu 15.000 tps zu ermöglichen.

In der Realität bedeutet dies, dass viele Transaktionen und intelligente Vertragsausführungen gleichzeitig stattfinden können. Es ist ein Entwurf, um die Einschränkungen der traditionellen linearen Datenverarbeitung von Blockchains zu umgehen. Durch das Sharding wird einer der ursprünglichen Grundsätze von Blockchains abgeschafft, nämlich dass jeder vollständige Knoten jede Transaktion überprüft. In diesem Fall wird stattdessen nur eine Transaktion immer nur von einer Teilmenge der Knoten überprüft und bestätigt.

Scherben

Durch die Aufteilung der Datenlast in Hunderte von Shards wird der Durchsatz massiv erhöht.

In bestimmten Intervallen zeichnet ein Shard seinen aktuellen Konsenszustand in der Beacon-Kette über einen Mechanismus auf, der als Vernetzung bezeichnet wird. Darüber hinaus eröffnen die Querverbindungen den Shards die Möglichkeit, miteinander zu kommunizieren.

Das Splittern wird tatsächlich in zwei verschiedenen Phasen verwirklicht. Die erste Phase, die im Jahr 2020 erwartet wird, wird ein einfaches Daten-Sharding einführen, während die zweite Phase, die im Jahr 2021 erwartet wird, die Kommunikation zwischen den Shards und die Übertragung von Vermögenswerten ermöglichen wird. Daher sind wir noch mindestens zwei Jahre von den erwarteten Vorteilen des Shardings entfernt, vorausgesetzt, es gibt keine weiteren Entwicklungs- oder Implementierungsverzögerungen.

EWASM

Neben Skalierungs- und Konsensänderungen umfasst Serenity auch eine vollständige Neugestaltung der virtuellen Ethereum-Maschine (EVM). Das EVM ist für die Berechnung der intelligenten Verträge, Dapps und Token im Ethereum-Ökosystem verantwortlich. Derzeit müssen Entwickler ihre Anwendungen in einer Ethereum-spezifischen Codierungssprache namens Solidity schreiben.

Eine neue virtuelle Maschine namens Ethereum Flavoured Web Assembly (EWASM) hebt diese Einschränkung auf und ermöglicht die Verwendung vieler verschiedener Sprachen. Dies sollte die Reibung verringern und das Zelt der auf Ethereum basierenden Dapp-Entwickler erweitern und damit das gesamte Ökosystem verbessern. Einer der Folgeeffekte dieser vergrößerten Sprachbreite besteht darin, dass Teams jetzt sicherere Sprachen mit weniger Angriffsvektoren als Solidity auswählen können, was wiederum das Risiko für Projekte verringert. Darüber hinaus Kernentwickler glauben dass der neue EWASM insgesamt viel einfacher für den Bau von Produkten auf Ethereum sein wird.

EWASM sollte in Phase zwei im Jahr 2021 neben Cross-Shard-Transaktionen in der Beacon-Kette live gehen.

Darüber hinaus

Das Obige repräsentiert nur 50% der Serenity Roadmap.

In Bezug auf die Kryptoökonomie gibt es eine ziemlich radikale Vorschlag Lagermiete einzuführen. Dies würde bedeuten, dass Konten ETH2 bei jedem Block entsprechend der Datenmenge, die sie über Shards hinweg speichern, von ihren Konten abziehen würden. Die Grundvoraussetzung ist, dass das Netzwerk ein öffentliches Dienstprogramm ist, auf das jeder zugreifen und es verwenden kann. Daher sollten im Verhältnis zu dem auf den Shards belegten Platz fortlaufende Kosten anfallen, um unnötigen und ineffizienten Speicher zu vermeiden.

Entwickler hoffen auch, das Splittern durch etwas, das so genannt wird, auf ganz neue Ebenen zu bringen superquadratisches Splittern. Dies bedeutet Scherben in Scherben. Wenn dies technisch machbar wäre, würde dies eine exponentielle und möglicherweise unbegrenzte Skalierung in der gesamten Kette ermöglichen. In der Tat kann dies jede Anforderung für Off-Chain-Skalierungsnetzwerke wie Plasma insgesamt zunichte machen. Ein solches Design würde diese nahezu unendliche Skalierung ermöglichen, ohne die Dezentralisierung und Sicherheit zu beeinträchtigen.

Quanten-Computing

zk-STARKS können Ethereum 2.0 quantenresistent machen.

Jenseits der aktuellen Iteration der Gelassenheit Roadmap, Entwickler hoffen auch, zk-STARKS zu integrieren. Hierbei handelt es sich um ein wissensfreies System, das eine hervorragende Privatsphäre und Skalierbarkeit bietet und gleichzeitig uneingeschränkt gegen Fortschritte beim Quantencomputing ist. Einer der Schlüsselziele of Ethereum 2.0 soll vor den Bedrohungen dieser Fortschritte zukunftssicher sein. zk-STARKS bieten ein Höchstmaß an Privatsphäre, indem Beträge sowie die Absender- und Empfängeradressen verschleiert werden. Indem sie die Bewegung von Berechnungen außerhalb der Kette ermöglichen, versprechen sie außerdem ein enormes Angebot Skalierungsvorteile.

Es ist kein Geheimnis, dass die Roadmap von Ethereum im Laufe der Jahre viele Rückschläge erlitten hat, nicht zuletzt aufgrund des Umfangs der erforderlichen Innovationen. 2019 scheint jedoch sicherlich der Beginn von Ethereum 2.0 und der Beginn eines wirklich dezentralen Weltcomputers zu sein.

Mike Owergreen Administrator
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