Der nächste Skalierungssprung von Ethereum könnte darin bestehen, dass alle aufhören, dieselbe Arbeit zu leisten

Der Mitbegründer von Ethereum, Vitalik Buterin, sagt, dass Fortschritte in der Kryptographie die Dezentralisierung von einem Leistungsnachteil in einen Skalierungsvorteil für das Netzwerk verwandeln könnten.

In einem Essay vom 27. September beschrieb Buterin das langfristige Ziel von Ethereum als einen "kryptographischen Weltcomputer", eine Architektur, in der Berechnungen und Daten zunehmend über verschiedene Teilnehmer verteilt werden können, während kompakte Beweise es anderen ermöglichen, kostengünstig zu überprüfen, dass die Arbeit korrekt ausgeführt wurde.

Der Wandel würde einen Bruch mit dem traditionellen Blockchain-Modell markieren, bei dem jeder Knoten Transaktionen herunterlädt und einen Großteil der gleichen Berechnungen wiederholt. Stattdessen könnte Ethereum mehr Arbeit über ein breiteres Netzwerk spezialisierter Teilnehmer verteilen, ohne dass jeder Validator diese reproduzieren muss, was potenziell dazu führen könnte, dass die Dezentralisierung selbst zur Leistung beiträgt.

"Vielleicht ist der wichtigste Wandel", schrieb Buterin, "dass die Dezentralisierung über eine Belastung hinausgeht, die für Sicherheit und Robustheit akzeptiert wird, und in begrenzten Fällen zu einer Leistungsstärke werden kann." Verteilte Netzwerke können größere Datenmengen speichern und mehr Berechnungen parallel ausführen, einschließlich Arbeiten rund um den Transaktions-Mempool.

Das belebt eines von Ethereums frühesten Ambitionen. Entwickler in den mittleren 2010er Jahren erwogen, verschiedene Teile der Berechnung über Teilnehmer zu verteilen, ähnlich wie zentralisierte Systeme Arbeitslasten zwischen Servern aufteilen. Das Hindernis war die Verifizierung: Die Aufteilung der Arbeit schuf das zusätzliche Problem, dass jeder Teilnehmer seinen Anteil korrekt ausgeführt hatte.

Moderne kryptographische Beweise bieten zunehmend diese fehlende Schicht, sagte Buterin, während ihre Rechenlast weiterhin abnimmt.

Von wiederholter Berechnung zu verifiziertem Arbeiten

Die Veränderung ist Teil einer umfassenderen Überarbeitung, die Buterin argumentiert, wird Ethereum um 2030 qualitativ anders machen als die Blockchain-Systeme, die mit Bitcoin entstanden sind.

Das zukünftige Verifizierungsmodell von Ethereum würde zunehmend auf Datenstichproben und prägnanten kryptographischen Beweisen basieren, anstatt dass jeder Validator alles herunterladen und unabhängig ausführen muss. Der Konsens bewegt sich auch in Richtung eines optimierten Proof-of-Stake-Designs, während der Blockbau unter mehreren Teilnehmern aufgeteilt wird, anstatt von einem einzigen Produzenten kontrolliert zu werden.

Die Zero-Knowledge-Technologie ist bereits zentral für diese Richtung. Das vorgeschlagene L1 zkEVM-Modell von Ethereum würde es einem spezialisierten Beweiser ermöglichen, einen Block auszuführen und einen Beweis für die korrekte Ausführung zu generieren, den andere Knoten viel kostengünstiger überprüfen könnten, als jede Transaktion selbst erneut auszuführen. Die Technologie befindet sich weiterhin in aktiver Forschung und wurde nicht in Produktions-Ethereum-Clients integriert.

Das Ergebnis, wenn der Fahrplan wie beabsichtigt funktioniert, wäre ein Netzwerk, in dem das Arbeiten und das Überprüfen von Arbeiten zunehmend separate Funktionen werden.

Buterin argumentiert, dass diese Trennung es Ethereum ermöglichen könnte, die Sicherheitsvorteile einer breiten Verifizierung zu bewahren, während es verteilte Infrastruktur für mehr Berechnung, Speicherung und potenziell Privatsphäre nutzt. Die Infrastruktur rund um Ethereum könnte auch aggressiver im Hinblick auf Latenz konkurrieren, selbst wenn die Basis-Chain selbst nie die Reaktionszeiten zentralisierter Server erreicht.

Er beschrieb das endgültige System als ein Hybrid, das traditionelle Blockchain-Eigenschaften mit kryptographischer Verifizierung, Privatsphäre und dezentralen Komponenten kombiniert, die außerhalb der Basis-Chain operieren.

Anwendungen müssen sich möglicherweise damit ändern

Der Übergang könnte auch die Wirtschaftlichkeit des Aufbaus von Anwendungen auf Ethereum verändern.

Auf einer herkömmlichen Blockchain denken Entwickler weitgehend über die Menge an Daten oder Berechnungen nach, die eine Anwendung verbraucht. Buterin erwartet, dass die Struktur dieser Berechnung zunehmend wichtig wird, während Ethereum versucht, die Arbeit über verschiedene Teilnehmer zu parallelisieren.

Anwendungen, die große Mengen an voneinander abhängiger Berechnungen in einer seriellen Transaktion bündeln, könnten vergleichsweise teuer werden, während Arbeitslasten, die in gut definierte Komponenten unterteilt werden, die parallelisiert, aggregiert oder beschnitten werden können, günstiger werden könnten.

Das würde Entwicklern einen Anreiz geben, Anwendungen um unabhängige Abhängigkeiten herum zu gestalten, anstatt Ethereum als eine einzige Maschine zu betrachten, auf der beliebige Berechnungen sequenziell ausgeführt werden.

Im Laufe der Zeit könnte Ethereum, so Buterin, auf ein Modell hinarbeiten, in dem Informationen, die für die Reihenfolge und Zustandsänderungen benötigt werden, die nicht umsortiert werden können, on-chain bleiben, während ein Großteil der umgebenden Berechnungen verarbeitet und aggregiert wird, bevor sie einen Block erreichen.

Ein solches Modell würde Ethereum näher an eine Koordinations- und Verifizierungsschicht für verteilte Berechnungen bringen, anstatt ein System, in dem die Basis-Chain selbst jede Operation ausführt.

Die Unterscheidung bleibt weitgehend perspektivisch. Der Fahrplan von Ethereum enthält mehrere Forschungsanstrengungen, die darauf abzielen, das, was gewöhnliche Validatoren speichern oder berechnen müssen, zu reduzieren, während viele der Technologien, die für die breitere Architektur benötigt werden, unvollständig bleiben.

Zustand wird zur schwierigeren Einschränkung

Die Verifizierung von Berechnungen beseitigt nicht die Notwendigkeit, die Daten zu beschaffen, auf denen diese Berechnung basiert.

Buterin identifizierte das Management und die Parallelisierung des Zugriffs auf den wachsenden Zustand von Ethereum als die systematisch schwierigere Herausforderung, der sich die Architektur gegenübersieht. Der Zustand umfasst die Kontostände, den Speicher von Smart Contracts und andere Informationen, die erforderlich sind, um zu bestimmen, wie das Netzwerk derzeit aussieht, bevor eine weitere Transition berechnet werden kann.

Ethereum-Forscher verfolgen mehrere Ansätze, um diese Belastung zu reduzieren. Schwache Zustandslosigkeit würde es beispielsweise den meisten Validatoren ermöglichen, Blöcke zu verifizieren, ohne die vollständige Zustandsdatenbank zu führen, während Blockproduzenten Zugang zu dem Zustand behalten, der benötigt wird, um Blöcke zu konstruieren und Zeugen zu generieren. Der Vorschlag befindet sich noch in der Forschung und hängt von anderen Änderungen an der Architektur von Ethereum ab.

Das bedeutet, dass kryptografische Beweise das Ergebnis von Berechnungen dramatisch günstiger zu überprüfen machen können, ohne die upstream-Anforderung an Daten verschwinden zu lassen. Das Netzwerk muss weiterhin zuverlässige Möglichkeiten entwickeln, um den Zustand zu speichern, abzurufen und den Zugriff darauf zu parallelisieren, während mehr Arbeit unter den Teilnehmern aufgeteilt wird.

Buterin sagte, Ethereum habe potenzielle Ansätze zur Lösung des Problems, obwohl sich die Designs zusammen mit den Anwendungen, die schließlich im Netzwerk laufen werden, weiterentwickeln müssen.

Der Übergang bewegt sich bereits in den Protokollfahrplan von Ethereum. Buterin sagte, Hegotá, das derzeit für 2027 geplant ist, könnte der letzte "normale" Fork des Netzwerks sein, der für Entwickler aus der früheren Ära von Ethereum erkennbar ist. Spätere Upgrades werden voraussichtlich zunehmend auf rekursive Beweise, automatisierte formale Verifizierung, optimierten Konsens und quantenresistente Kryptografie setzen.

PeerDAS hat diesen Übergang bereits begonnen, sagte er. Was folgt, wird testen, ob Ethereum erheblich mehr Berechnungen verteilen kann, ohne die alte Anforderung zu reproduzieren, dass jeder Teilnehmer die gleiche Arbeit wiederholt, und ob die Infrastruktur seines Zustands mit der Kryptografie Schritt halten kann, die diese Teilung ermöglicht.

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