Ethereum 2.0's nächstes Hauptupdate: Ein Blick auf die Roadmap

Ethereum - Eine digitale Zukunft auf globaler Ebene

Das Ethereum-Protokoll, das im Jahr 2015 eingeführt wurde, hat einen enormen Erfolg zu verzeichnen. Die Ethereum-Gemeinschaft hat jedoch immer damit gerechnet, dass einige wichtige Erweiterungen erforderlich sein würden, um das Potenzial von Ethereum voll auszuschöpfen.

Aufgrund der hohen Nachfrage sind die Transaktionsgebühren gestiegen, so dass Ethereum für den Durchschnittsnutzer unerschwinglich geworden ist. Der für den Betrieb eines Ethereum-Clients benötigte Speicherplatz nimmt ebenfalls rapide zu. Außerdem hat der zugrunde liegende Proof-of-Work-Konsensalgorithmus, der die Sicherheit und Dezentralisierung von Ethereum gewährleistet, erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt.

Ethereum verfügt über eine Reihe von Upgrades, die diese und andere Probleme beheben. Diese Upgrades, die ursprünglich als "Serenity" und "ETH2.0" bekannt waren, stehen seit 2014 im Fokus der Forschung und Entwicklung.

Jetzt, wo die Technologie bereit ist und Ethereum 2.0 live ist, werden diese Upgrades Ethereum neu gestalten, um es skalierbarer, sicherer und langlebiger zu machen - was das Leben für die derzeitigen Nutzer einfacher macht und neue Nutzer anlockt. All dies unter Beibehaltung des grundlegenden Wertes von Ethereum, der Dezentralisierung.

Die heutigen Probleme

Seit Jahren debattieren Entwickler über die Skalierbarkeit von Blockchains. Öffentliche Blockchain-Netzwerke wie Ethereum erfordern mehrere Knoten zur Validierung von Transaktionen, was ihre Skalierbarkeit einschränkt.

Ethereum kann zum Beispiel 10-13 Transaktionen pro Sekunde abwickeln. Dies verblasst im Vergleich zu zentralisierten Systemen wie VISA, die bis zu 24.000 TPS verarbeiten können.

Wenn Blockchains - und die darauf laufenden dezentralen Anwendungen - auf breiter Basis angenommen werden sollen, ist eine Skalierbarkeit auf Bevölkerungsebene erforderlich.

• Blockiertes Netzwerk: Um eine globale Nutzerbasis besser bedienen zu können, muss Ethereum die Netzwerküberlastung reduzieren und die Geschwindigkeit erhöhen.
• Speicherplatz: Der Betrieb eines Knotens wird immer schwieriger, wenn das Netz weiter wächst. Dies wird noch schwieriger, wenn das Netzwerk skaliert wird.

Eine stärkere Zentralisierung von Ethereum wäre eine naive Lösung für seine Probleme. Die Dezentralisierung ist hierbei viel zu wichtig und bietet Zensurresistenz, Offenheit, Dateneigentum und nahezu unüberwindbare Sicherheit.

Die Vision von Ethereum ist es, skalierbarer und sicherer zu werden und gleichzeitig dezentral zu bleiben. Das Skalierbarkeits-Trilemma bezieht sich auf die Schwierigkeit, diese drei Eigenschaften zu erreichen.

Ethereum-Upgrades zielen alle darauf ab, das Trilemma zu lösen, aber es gibt erhebliche Herausforderungen.

Die Vision von Ethereum

1: Skalierbarkeit

Ethereum muss in der Lage sein, mehr Transaktionen pro Sekunde zu bewältigen, ohne die Knotengröße des Netzwerks zu erhöhen. Knoten sind wichtige Netzwerkteilnehmer, die die Blockchain speichern und betreiben. Eine Vergrößerung der Knoten ist unpraktisch, da sie leistungsstarke und teure Computer erfordert. Um skalieren zu können, benötigt Ethereum mehr Transaktionen pro Sekunde und mehr Knotenpunkte. Mehr Knoten sind darüberhinaus gleichbedeutend mit mehr Sicherheit.

Durch Sharding-Upgrades werden die Anforderungen an die Datenspeicherung über das gesamte Netz verteilt, so dass nicht mehr jeder Knoten 100 % der Daten speichern muss. Dies betrifft zwar nicht direkt die Skalierung der Transaktionsausführung, wird aber von Layer-2-Rollup-Lösungen direkt berücksichtigt.

Rollups hingegen benötigen billigen Speicher auf Layer 1, um effektiv zu sein. Sharding wird Ethereum Luft verschaffen, indem es die Effizienz von Rollups maximiert und exponentielle Verbesserungen über die derzeitige Grenze von 15-45 Transaktionen pro Sekunde hinaus ermöglicht.

2: Sicherheit

Die geplanten Verbesserungen stärken die Abwehrmechanismen von Ethereum gegen koordinierte Angriffe.

Größere krypto-ökonomische Anreize gegen Angriffe bieten zusätzliche Sicherheit beim Proof-of-Stake. Denn die Validierer, die das Netzwerk im Proof-of-Stake sichern, müssen erhebliche Mengen an ETH in das Protokoll investieren. Wenn sie versuchen, das Netzwerk anzugreifen, wird das Protokoll ihre ETH verbrennen.

Es ist jedoch von entscheidender Bedeutung, dass Upgrades zum Schutz der Validierer vor Denial-of-Service-Angriffen, zur Verbesserung ihrer Anonymität und zur Trennung von Blockbildung und Blockweitergabe so bald wie möglich implementiert werden. Diese Verbesserungen schützen sowohl einzelne Prüfer als auch das Netz als Ganzes vor Angriffen und Zensur.

Sharding wird auch durch das Sicherheitsmodell von Ethereum unterstützt. Validatoren werden dafür verantwortlich sein, dass alle Daten verfügbar sind, aber einzelne Knoten müssen nicht mehr die gesamte Historie der Chain speichern. Es wird auch ein spezieller Block-Builder erwartet, der mit den Block-Proposern (Validatoren) zusammenarbeitet, um eine effiziente und sichere Block-Produktion zu gewährleisten.

Durch das Staking entfällt auch die Notwendigkeit, in High-End-Hardware zu investieren, um direkt an der Konsensfindung teilzunehmen. Dies sollte mehr Menschen dazu ermutigen, Validierer zu werden, das Netzwerk weiter zu dezentralisieren und die Angriffsfläche zu verringern.

3: Nachhaltigkeit

Ethereum hat sich zu einer ökologischen Blockchain entwickelt. Als Proof-of-Stake anstelle von Proof-of-Work eingeführt wurde, konnte der Energieverbrauch um 99,95 % gesenkt werden.

Dieser Anstieg der Nachhaltigkeit hat auch Vorteile für die Sicherheit: Mit staked Ether ist es viel teurer, die Chain anzugreifen als mit proof-of-work, aber es ist weniger kostspielig, die Chain zu sichern, da weniger neue ETH ausgegeben werden, um Validierer statt Miner zu bezahlen.

Ethereum 2.0's nächstes großes Update - Sharding

Sharding könnte im Jahr 2023 verfügbar sein. Shards erhöhen die Kapazität von Ethereum, Daten zu speichern und darauf zuzugreifen, aber sie werden nicht zur Ausführung von Code verwendet.

Was ist Sharding?

Unter Sharding versteht man die horizontale Aufteilung einer Datenbank, um die Last zu verteilen; es ist ein gängiges Konzept in der Informatik. In einem Ethereum-Kontext wird Sharding die Layer-2-Rollups ergänzen, indem es die Last der Verarbeitung der großen Datenmengen, die für Rollups erforderlich sind, auf das gesamte Netzwerk verteilt. Dadurch wird die Überlastung des Netzwerks weiter verringert und gleichzeitig die Anzahl der Transaktionen pro Sekunde erhöht.

Sharding ist für jeden

In dezentralen Systemen ist Sharding eine gute Möglichkeit zur Skalierung. Die Alternative ist, die Größe der bestehenden Datenbank zu erhöhen. Da für Netzwerk-Validatoren leistungsstarke und teure Computer erforderlich sind, würde Ethereum weniger zugänglich werden. Dank Sharding müssen die Validatoren nicht mehr alle diese Daten selbst speichern, sondern können stattdessen Datentechniken verwenden, um zu bestätigen, dass die Daten vom gesamten Netzwerk zur Verfügung gestellt wurden. Durch die Verringerung der Hardwareanforderungen werden die Kosten für die Speicherung von Daten auf Layer 1 drastisch gesenkt.

Sharding wird es in Zukunft ermöglichen, Ethereum auf einem persönlichen Laptop oder Telefon zu betreiben. Infolgedessen sollten in einem gesplitteten Ethereum mehr Menschen in der Lage sein, sich zu beteiligen oder Clients zu betreiben. Dies wird die Sicherheit verbessern, denn je kleiner die Angriffsfläche ist, desto dezentraler ist das Netzwerk.

Aufgrund der geringeren Hardware-Anforderungen ist es mit Sharding einfacher, Clients allein zu betreiben, ohne auf zwischengeschaltete Dienste angewiesen zu sein. Ziehen Sie nach Möglichkeit den Betrieb mehrerer Clients in Betracht. Dies kann den Zustand des Netzwerks verbessern, da es weniger Fehlerquellen gibt.

Warum Sharding großartig ist

Sharding ist die Zukunft der Skalierbarkeit von Ethereum und wird entscheidend dazu beitragen, dass das Ökosystem viele Tausende von Transaktionen pro Sekunde unterstützen kann und gleichzeitig große Teile der Welt die Plattform regelmäßig und zu geringen Kosten nutzen können.

Eine Blockchain mit Sharding-Algorithmus kann das Skalierbarkeits-Trilemma überwinden:

• Skalierbar: Es ist in der Lage, weit mehr Transaktionen zu verarbeiten als ein einzelner Knoten.
• Dezentral: Es kann vollständig auf Laptops und anderen Geräten laufen, ohne auf "Supernodes" angewiesen zu sein.
• Sicher: Ein Angreifer kann nicht auf einen bestimmten Teil des Systems mit begrenzten Ressourcen abzielen. Der Angreifer kann nur versuchen, das gesamte System zu beherrschen und anzugreifen, was die Sicherheit drastisch erhöht.

Fazit

Sharding, ein mehrstufiges Upgrade zur Verbesserung der Skalierbarkeit und Kapazität von Ethereum, wird das nächste große Update sein.

Das Hauptziel von Sharding besteht darin, die wichtigsten Sicherheitseigenschaften traditioneller (nicht geshardeter) Blockchains zu replizieren und gleichzeitig die Notwendigkeit zu beseitigen, dass jeder Knoten jede Transaktion persönlich verifizieren muss.

Sharding ermöglicht die sichere Verteilung von Datenspeicheranforderungen, senkt die Kosten für Rollups und macht Knoten einfacher zu verwalten. Sie ermöglichen Layer-2-Lösungen, niedrige Transaktionsgebühren anzubieten und gleichzeitig die Sicherheit von Ethereum zu nutzen.

Dieses Upgrade ist seit der Umstellung von Ethereum auf Proof-of-Stake stärker in den Fokus gerückt, und viele Layer-2-Lösungen warten bereits sehr lange darauf.

Es gibt zwar unterschiedliche Schätzungen, aber es wird erwartet, dass Ethereum durch Sharding auf Hunderttausende von Transaktionen pro Sekunde skaliert werden kann. Höhere TPS-Raten ermöglichen Ethereum die Skalierbarkeit, die von dApps benötigt wird, um Nutzungsspitzen und Milliarden von Nutzern zu bewältigen.

Alles in allem können wir uns alle auf das Sharding-Update freuen und gespannt darauf sein, ob es die Skalierungsprobleme der Blockchain-Technologie langfristig lösen wird.