Was ist Ethereum 2.0?

Ethereum 2.0, manchmal auch Eth2 oder Serenity genannt, ist ein Upgrade der Ethereum-Blockchain. Ziel ist es, die Geschwindigkeit, Effizienz und Skalierbarkeit des Ethereum-Netzwerks zu erhöhen, ohne die Sicherheit oder Dezentralisierung zu beeinträchtigen. In dieser Hinsicht ist es ein Versuch, das sogenannte 'Blockchain-Trilemma' zu überwinden (der weit verbreitete Glaube, dass Blockchain-Netzwerke in Bezug auf Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit nur zwei der drei Merkmale gleichzeitig optimieren können).

Ethereum 2.0 integriert mehrere grundlegende Änderungen in die Struktur und das Design von Ethereum - sowohl technisch als auch wirtschaftlich. Zwei der wichtigsten Änderungen sind der Wechsel zu 'Proof of Stake' und die Einführung von 'Sharding'.

Was ist Proof of Stake?

Proof of Stake ist ein Konsensmechanismus, der von Blockchain-Netzwerken verwendet wird, um einen verteilten Konsens zu erreichen. In einem Proof-of-Stake-Konsensmechanismus werden Teilnehmer, die Krypto-Assets gestaked haben (Staking bedeutet, sie durch Senden an einen bestimmten Smart Contract "einzusperren"), zufällig ausgewählt, um Validatoren zu werden, die neue Blöcke vorschlagen - und dafür belohnt werden. Validatoren übernehmen somit die Rolle, die in einem Proof-of-Work-System von Minern gehalten wird. Teilnehmer, die gegen die Regeln des Protokolls verstoßen, müssen mit dem Verlust, ganz oder teilweise, ihrer gestakten Assets rechnen. Dieser Ansatz von Belohnung und Bestrafung ist darauf ausgelegt, Teilnehmer zu motivieren, zur Validierung und Anordnung von Transaktionen in Blöcken gemäß den Protokollregeln beizutragen.

Was sind die Vorteile von Proof of Stake?

Die am häufigsten zitierten Vorteile in der Ethereum-Community für den Wechsel zu Proof of Stake sind die folgenden:

Verbesserte Energieeffizienz. Da Proof of Stake nicht erfordert, dass Teilnehmer Rechenleistung einem Proof-of-Work-Hashing-Algorithmus widmen, verbraucht es dramatisch weniger Energie. Schätzungen zufolge wird Ethereum 2.0 weniger als 1 % der Energie verbrauchen, die von Proof of Work Ethereum benötigt wird.

Verbesserte Skalierbarkeit durch Unterstützung von 'Shard Chains'. Shard Chains (siehe unten) erhöhen den Transaktionsdurchsatz, indem sie einem Netzwerk erlauben, mehrere Blöcke gleichzeitig zu erstellen. Während in einem Proof-of-Work-System Sharding die Hashing-Leistung verringert, die benötigt wird, um jeden Teil des Netzwerks zu kompromittieren (wodurch die Sicherheit des gesamten Netzwerks reduziert wird), ist dies in einem Proof-of-Stake-System nicht der Fall. Mit anderen Worten, der Wechsel zu Proof of Stake ist erforderlich, um Sharding zu ermöglichen, was wiederum eine effektive Skalierungstechnologie sein kann.

Erhöhte Dezentralisierung. Da Proof of Stake den auf Hash-Power basierenden Mining aufhebt, entfällt die Notwendigkeit großer und kapitalintensiver Mining-Farmen. Theoretisch sollte dies die Eintrittsbarriere für Validatoren senken und das Risiko der Zentralisierung verringern. Darüber hinaus erfordert der vollständige Übergang zu Ethereum 2.0 aufgrund der großen Anzahl von Shard Chains eine große Anzahl von Validatoren (mehr als 16.000). Es wird angenommen, dass diese große Anzahl von Validatoren das Netzwerk weniger anfällig für Manipulationen durch Sonderinteressen macht.

Was sind die Nachteile von Proof of Stake?

Weniger erprobt. Während Proof of Work seit über einem Jahrzehnt in Bitcoin und seit 2015 in Ethereum erprobt wurde, hat Proof of Stake weniger Erfahrung. Obwohl Proof of Stake in einer Reihe von öffentlichen Blockchains ohne Zwischenfälle verwendet wurde, bedeutet die relativ hohe Komplexität seiner Implementierung in Ethereum, dass es möglicherweise noch unbekannte Angriffsvektoren oder Schwachstellen gibt.

Die Reichen werden reicher. Eine häufig geäußerte Kritik an Proof of Stake in Ethereum ist, dass es im Wesentlichen keine Kosten für das Mining gibt und je mehr ETH man staked, desto mehr Belohnungen man erhält, sodass diejenigen, die bereits das meiste Kapital haben, weiterhin mehr Kapital anhäufen werden. Im Gegensatz dazu ist es zwar wahr, dass Bitcoin-Mining eine stark kapitalintensive Unternehmung ist, jedoch ist die Gewinnspanne gering. Das bedeutet, dass der größte Teil des von Minern verdienten Bitcoins verkauft werden muss, um ihre Mining-Kosten zu decken - und durch den Verkauf verteilen die Miner die meisten der neu geschaffenen Bitcoins (und Gebühren) an breitere Teilnehmer und verteilen so neue Bitcoins weit.

Was ist Sharding?

Sharding ist eine Skalierungstechnik, die darauf abzielt, die Effizienz und Kapazität eines Blockchain-Netzwerks erheblich zu verbessern. Es beinhaltet die Aufteilung des gesamten Status des Netzwerks in mehrere kleinere, handhabbare Teile, die als "Shards" bezeichnet werden. Jeder Shard funktioniert fast wie eine separate Blockchain mit einem eigenen Satz von Kontoständen und Smart Contracts. Im Gegensatz zu völlig unabhängigen Blockchains kommunizieren und koordinieren Shards jedoch miteinander über die Hauptkette oder eine Schicht, die Sicherheit und Datenkonsistenz im gesamten Netzwerk gewährleistet.

Im Kontext von Ethereum 2.0 zielt Sharding darauf ab, die Skalierbarkeit zu verbessern, indem die Datenverarbeitungsverantwortung auf mehrere Shards verteilt wird. Jeder Shard wird in der Lage sein, Transaktionen und Smart Contracts unabhängig zu verarbeiten, wodurch die Gesamtkapazität des Netzwerks erhöht wird. Die anfängliche Implementierung von Sharding in Ethereum 2.0 soll sich hauptsächlich auf die Verbesserung der Datenverfügbarkeit konzentrieren, was wiederum die Skalierbarkeit von Layer-2-Lösungen verbessern wird, indem sie auf Daten verweisen können, die auf Shard Chains gespeichert sind.

Validatoren werden eine entscheidende Rolle in der Sicherheit und im Betrieb des geshardeten Ethereum-Netzwerks spielen. Sie werden zufällig verschiedenen Shards zugewiesen, um sicherzustellen, dass kein einzelner Shard übermäßig beeinflusst oder von einer bestimmten Gruppe von Validatoren kontrolliert wird. Diese zufällige Zuweisung trägt dazu bei, die Sicherheit des Netzwerks zu erhöhen, indem es resistenter gegen koordinierte Angriffe oder Manipulationen wird.

Während sich Ethereum weiterentwickelt, könnten die Details von Sharding und deren Implementierung verfeinert werden.

Eth 2.0 Zeitplan

Der Übergang zu Eth 2.0 ist ein schrittweiser, mehrphasiger Prozess, der sich entlang des folgenden Zeitplans vollzieht:

Beacon Chain. Erfolgreich im Dezember 2020 eingeführt, führte die Beacon Chain einen Proof-of-Stake (PoS)-Konsensmechanismus ein, der parallel zum bestehenden Ethereum-Netzwerk betrieben wird. Diese Phase verarbeitete noch keine Transaktionen oder Smart Contracts, legte jedoch den Grundstein für ein neues PoS-Konsensmodell. Eine "Beacon Chain" wurde eingerichtet, um das Register der Validatoren zu speichern und parallel zum Ethereum-Mainnet zu laufen, aber während der Beacon-Chain-Phase vertraute Ethereum weiterhin auf den Proof-of-Work-Konsensmechanismus.

The Merge. Im September 2022 abgeschlossen, sah diese entscheidende Phase die nahtlose Verschmelzung des ursprünglichen Ethereum-Mainnets, das auf Proof of Work (PoW) lief, mit dem PoS-System der Beacon Chain. Dieser Übergang markierte das Ende des energieintensiven Minings auf Ethereum und die vollständige Übernahme von PoS für die Netzwerksicherheit und den Konsens. Infolgedessen sank der Energieverbrauch von Ethereum erheblich und ebnete den Weg für effizientere und skalierbarere Blockchain-Operationen.

Sharding. Nach dem Merge plant Ethereum die Implementierung von Sharding, um die Netzwerkkapazität drastisch zu erhöhen und Transaktionsgebühren zu senken. Sharding wird das Netzwerk in mehrere Abschnitte (Shards) aufteilen, die jeweils in der Lage sind, Transaktionen und Smart Contracts unabhängig zu verarbeiten. Dies wird die Gesamtkapazität des Ethereum-Netzwerks erweitern und es ermöglichen, viel mehr Transaktionen pro Sekunde zu verarbeiten, wodurch es für Benutzer weltweit zugänglicher wird. Die ersten Phasen von Sharding werden sich auf die Verteilung von Daten über Shards konzentrieren, während spätere Phasen darauf abzielen, Shards zu ermöglichen, Smart Contracts unabhängig auszuführen und Konten zu verwalten, was die Skalierbarkeit und Effizienz des Netzwerks weiter verbessert. Die Einführung von Sharding wird voraussichtlich in Phasen beginnen.