Als weltweit zweitbeliebteste Blockchain-Plattform neben Bitcoin (BTC) möchte Ethereum (ETH) alles sein, was sein Vorgänger nicht ist. Einige der Einschränkungen von Bitcoin bremsen Ethereum, wie zum Beispiel das Beharren von Bitcoin auf einem Proof-of-Work (PoW)-Konsensalgorithmus und die insgesamt mangelnde Skalierbarkeit. Das mehrstufige Upgrade von Ethereum, einschließlich der Beacon Chain, der Merge und Shard Chains, zielt darauf ab, die Skalierbarkeit und Sicherheit des Ethereum-Netzwerks durch mehrere Änderungen an der Infrastruktur zu verbessern. Am bemerkenswertesten ist die Umstellung von einer Proof-of-Work (PoW)-Konsensmethode hin zu einem Proof-of-Stake (PoS)-Modell, die beide unterschiedliche Unterschiede im Protokoll bieten.
Im Jahr 2013 schlug der Erfinder von Ethereum, Vitalik Buterin, eine Blockchain-Plattform vor, die Apps und andere Vorteile unterstützte, die sich nicht unbedingt auf Finanzen konzentrierten. Buterin sah eine Welt, in der Entwickler die Macht der Dezentralisierung nutzen könnten, um Governance-Systeme, Kreditplattformen, Datenbanken aufzubauen, physische Vermögenswerte in einem digitalen Raum darzustellen und vieles mehr.
Buterin postuliert, dass Ethereum ein globaler Supercomputer ist, aber das Netzwerk hat Schwierigkeiten, ein paar hundert Transaktionen in einem angemessenen Zeitrahmen zu validieren. Benutzer, die kleine Beträge auf Ethereum abwickeln, müssen zeitweise über 100 % an Gebühren und zusätzlichen Kosten zahlen. Als Plattform, die die Art und Weise, wie die Welt in einem Netzwerk interagiert, revolutionieren möchte, basiert Ethereum zweifellos auf einer fragwürdigen Technologie.
Glücklicherweise sind sich Buterin, verschiedene Netzwerkentwickler und die Ethereum Foundation der Grenzen des Projekts bewusst. Das Team von Ethereum ist sich auch darüber im Klaren, dass die Blockchain-Einschränkungen von Ethereum institutionelle Anleger und andere interessierte Parteien davon abhalten, Ethereum zu übernehmen.
Um die Skalierbarkeitsprobleme von Ethereum zu lösen, haben Buterin und das ETH-Team ein Netzwerk-Upgrade namens Ethereum 2.0 oder Eth2 skizziert. Ethereum 2.0 bringt grundlegende Änderungen in der Funktionsweise von Ethereum mit sich, aber die Umsetzung wird Jahre dauern. Seit 2020 haben Ethereum-Entwickler unermüdlich daran gearbeitet, das Netzwerk-Upgrade zum Erfolg zu führen, in der Hoffnung, Ethereum schneller, sicherer und zugänglicher als je zuvor zu machen.
Zusammenbruch von Ethereum 2.0
Ein PoS-Algorithmus bietet gegenüber einem PoW-Algorithmus viele Vorteile, da er verschiedene Aspekte eines Netzwerks wie Skalierbarkeit, Sicherheit und Zugänglichkeit anpasst.
POS vs POW
Grundsätzlich muss jeder Transaktionsblock nachweislich einzigartig sein, um Doppelausgaben oder doppelte Transaktionen zu verhindern. Jeder Block hat seinen eigenen 64-stelligen Hexadezimalcode, der seine Einzigartigkeit beweist, aber die Miner müssen diesen Code finden. Die von Miner-Computern bereitgestellte Leistung wird zur Lösung des Hexadezimalcodes verwendet, daher der Spitzname „Proof-of-Work“. Ein Computer nutzt echte Leistung, um Arbeit zu leisten und einen Block zu lösen.
Leider ist der Abbau von Blöcken nicht sehr umweltfreundlich. Es verbraucht eine Menge Strom und erhöht die Stromrechnung eines Bergmanns erheblich. Außerdem ist das Schürfen von Kryptowährungen ein Wettbewerb. Miner mit nur einer Grafikkarte konkurrieren mit Betrieben mit Hunderten, wenn nicht Tausenden von Karten. Nur der erste Miner, der den Code findet, erhält eine Belohnung in Bitcoin, wodurch Benutzer, die nicht viel Geld haben, davon abgehalten werden, in ein richtiges Mining-Rig zu investieren. Es gibt Alternativen zum alleinigen Mining, wie zum Beispiel den Beitritt zu einem Mining-Pool, aber die Mining-Belohnung wird auf Dutzende von Teilnehmern aufgeteilt.
Proof-of-Stake löst jedoch viele der Probleme, die einem PoW-Konsensalgorithmus innewohnen. Proof-of-Stake ähnelt dem Mining, da es von den Benutzern die Validierung von Transaktionen verlangt. Allerdings werden Teilnehmer eines PoS-Netzwerks als Validatoren bezeichnet. Validatoren sind Benutzer, die eine bestimmte Menge Kryptowährung im Netzwerk einsetzen oder sperren. Um Gelder zu sichern, signalisieren diese Benutzer dem Netzwerk, dass sie Validatoren sein möchten, und je mehr Gelder ein Validator einsetzt, desto mehr Belohnungen erhalten diese Benutzer für ihre Teilnahme.
Als Validator sind Benutzer für die Validierung von Transaktionen verantwortlich, die in dem Netzwerk, an dem sie teilnehmen, getätigt werden. Sobald ein Validator eine Transaktion validiert, wird sie an die Blockchain gesendet und der Validator erhält eine Belohnung. Im Vergleich zu einem PoW-System ist PoS zugänglicher, da jeder teilnehmen kann, wenn er über die nötigen Mittel verfügt, und keine teure Hardware benötigt.
Als Validator sind die Nutzer für die Validierung von Transaktionen verantwortlich, die in dem Netzwerk, an dem sie teilnehmen, durchgeführt werden. Sobald ein Validator eine Transaktion validiert, wird sie an die Blockchain gesendet, und der Validator erhält eine Belohnung. Im Vergleich zu einem PoW-System ist PoS leichter zugänglich, da jeder, der über die nötigen Mittel verfügt, teilnehmen kann und keine teure Hardware benötigt.
Die Zugänglichkeit des Netzwerks führt zu einer besseren Skalierbarkeit, da mehr Nutzer mit dem Netzwerk verbunden sind und Transaktionen validieren. Mehr Nutzer, die ein Netzwerk validieren, führen auch zu besserer Sicherheit und Dezentralisierung. In einem PoS-Netz gibt es immer mehr Stabilitätspunkte und nicht nur einen zentralen Punkt, den böse Akteure angreifen können. Auch die Umwelt leidet weniger unter einem PoS-Netzwerk, da PoS weniger Energie benötigt als Mining in einem PoW-Netzwerk.
Die stärkere Dezentralisierung eines Netzwerks trägt auch dazu bei, den so genannten 51%-Angriff zu verhindern, einen Angriff, der bei PoW-Netzwerken üblich ist und bei dem ein böser Akteur die Kontrolle über 51% der Knoten übernimmt und ungewollte Transaktionen validiert. In gewisser Weise verhindert Proof-of-Stake einen 51%-Angriff, da der Versuch eines solchen Angriffs den Besitz von 51% aller Token im Netzwerk erfordert. 51 % aller Token in einem PoS-Netzwerk zu halten, klingt fast unmöglich, da dazu Hunderte von Ethereum-Wallets auf einmal bestohlen werden müssten.
Nach Abschluss des Upgrades wird Ethereum alle Vorteile des Proof-of-Stake nutzen können. PoS wird Ethereum eine bessere Skalierbarkeit, Zugänglichkeit und Sicherheit bringen und es umweltfreundlicher machen. Die Umstellung von Ethereum auf ein 2.0-Netzwerk ist jedoch keine leichte Aufgabe, da sie eine Menge Input von den Nutzern erfordert und es ziemlich lange dauert, bis die Änderungen wirksam werden.
Der Übergang von Ethereum zu 2.0 ist in verschiedene Phasen unterteilt.
PHASE 0
In Phase 0 des Ethereum 2.0-Upgrades wird die so genannte Beacon Chain eingeführt. Die am 1. Dezember 2020 gestartete Beacon Chain markiert den Übergang zu PoS und ermöglicht es den Nutzern, ihr Ethereum zu verpfänden und zu Validatoren zu werden. Die Phase 0 wirkt sich jedoch nicht auf die Ethereum-Blockchain aus; die Beacon Chain existiert neben dem Ethereum-Hauptnetz. Allerdings werden sowohl die Beacon-Chain als auch das Mainnet irgendwann miteinander verbunden sein. Ziel ist es, das Mainnet mit dem von der Beacon Chain kontrollierten und koordinierten Proof-of-Stake-System zu "verschmelzen".
Darüber hinaus können potenzielle Validierer ihr Interesse an der Beacon Chain immer noch mit einem Einsatz von 32 ETH bekunden. Die Aufforderung an die Nutzer, 32 ETH zu setzen, ist eine große Herausforderung, wenn man bedenkt, dass 32 ETH Ethereum im Wert von mehreren zehntausend Dollar sind. Die eingesetzten Gelder werden außerdem für zwei Jahre oder länger aufbewahrt und erst freigegeben, wenn Ethereum 2.0 vollständig einsatzbereit ist. Es wird erwartet, dass frühe Validierer sich sehr für die Zukunft des Projekts engagieren, daher die hohen Einstiegsanforderungen.
PHASE 1
Phase 1 sollte eigentlich Mitte 2021 starten, wurde aber auf Anfang 2022 verschoben, da die Entwickler unfertige Arbeiten und Code-Audits als Hauptgründe für die Verzögerung von Ethereum 2.0 anführten. In dieser nächsten Phase wird die Beacon Chain mit dem Mainnet zusammengeführt und offiziell auf einen PoS-Konsensalgorithmus umgestellt. Von Phase 1 an wird Eth2 die gesamte Transaktionshistorie von Ethereum beherbergen und Smart Contracts im PoS-Netzwerk unterstützen. Staker und Validatoren werden offiziell in Aktion treten, da Ethereum 2.0 das Mining aus dem Netzwerk herausnehmen wird. Es wird erwartet, dass viele Miner ihre Bestände mitnehmen und zu Validierern machen werden.
Zu Beginn beabsichtigten die Entwickler in Phase 1 des Ethereum 2.0-Upgrades die Einführung von Sharding. Unter Sharding versteht man die Aufteilung einer Datenbank, oder in diesem Fall der Blockchain, in verschiedene kleinere Ketten, sogenannte Shards. Eth2 wird 64 Shards haben, d.h. die Last des Netzwerks wird auf 64 neue Chains verteilt. Shards erleichtern den Betrieb eines Knotens, indem sie die Hardwareanforderungen senken. Dieses Upgrade erfolgt, nachdem das Mainnet und die Beacon Chain zusammengelegt wurden.
Mit Ethereum 2.0 können Validierer und andere Nutzer ihre eigenen Shards betreiben, um Transaktionen zu validieren und die Mainchain vor zu viel Überlastung zu bewahren. Ein Proof-of-Stake-Konsensverfahren ist erforderlich, damit Shard-Netzwerke sicher in das Ethereum-Ökosystem eintreten können. Das Staking wird auf der Beacon Chain eingeführt und bereitet die Bühne für die spätere Aktualisierung der Shard-Chain vor.
PHASE 2
In Phase 2 wird schließlich das Ethereum WebAssembly oder eWASM eingeführt. WebAssembly wurde vom World Wide Web Consortium entwickelt und soll Ethereum deutlich effizienter machen, als es derzeit der Fall ist. Ethereum WebAssembly ist eine vorgeschlagene deterministische Untermenge von WebAssembly für die Ausführungsschicht von Ethereum Smart Contracts.
Ethereum verfügt derzeit über eine so genannte Ethereum Virtual Machine (EVM). Eine EVM ermöglicht es Ethereum, wie ein globaler Supercomputer zu laufen. Benutzer greifen weltweit auf diesen Computer zu, führen Smart Contracts aus und interagieren mit dezentralen Anwendungen (DApps). Der EVM speichert den gesamten Code, der notwendig ist, um Befehle auf Ethereum auszuführen, während er auch Wallet-Adressen für Transaktionen und die Berechnung von Transaktionsgebühren (Gas) für jede Transaktion ermöglicht.
Der EVM kann verschiedene Aktionen gleichzeitig unterstützen, z. B. ob ein intelligenter Vertrag beendet werden muss (er verbraucht zu viel Gas), ob eine DApp deterministisch ist (wenn sie immer dieselben Eingaben und Ausgaben ausführt) oder ob ein intelligenter Vertrag isoliert ist (wenn etwas schief geht, wirkt sich der Fehler dieses Vertrags nicht auf das gesamte Ethereum-Netzwerk aus). Das Ethereum-Netzwerk ist jedoch ein wenig zu überfüllt geworden. Aufgrund der vielen Transaktionen, die gleichzeitig stattfinden, ist der EVM viel langsamer als ursprünglich beabsichtigt. Der EVM von Ethereum ist auch schwer zu aktualisieren, da er in einem speziellen, schwer verständlichen Code, Solidity, geschrieben wurde. Der eWASM wurde speziell entwickelt, um den EVM zu ersetzen, der in Phase 2 implementiert werden soll.
Der eWASM kompiliert den Code viel schneller als der EVM, was die Prozesse innerhalb des Netzes beschleunigt. Das Gas arbeitet mit dem eWASM effizienter, und der eWASM ist mit verschiedenen herkömmlichen Programmiersprachen wie C und C++ kompatibel. Im Grunde soll der eWASM die Ethereum-Entwicklung viel zugänglicher machen.
