Originaltitel:The cryptographic world computer; Originalautor: Vitalik
Übersetzung | Odaily Planet Daily (@OdailyChina); Übersetzer | Asher (@Asher_ 0210)
Wir nennen Ethereum oft eine „Blockchain“, und diese Bezeichnung lässt leicht den Eindruck entstehen, dass es sich im Wesentlichen um dieselbe Technologie handelt wie Bitcoin, das Satoshi 2009 geschaffen hat. In vielerlei Hinsicht stimmt das, und selbst ein zukünftiges „Lean Ethereum“, das nach der Strawmap-Route aufgebaut wird, wird einige grundlegende Merkmale einer Blockchain behalten.
Doch in den vergangenen fünfzehn Jahren hat sich diese Technologie stark verändert, und sie wird sich in den nächsten drei Jahren weiterentwickeln.Worauf Ethereum zusteuert, könnte ein System sein, das sich grundlegend von frühen Blockchains unterscheidet.
Das Ethereum von heute unterstützt universelle Berechnung und verwendet einen Proof-of-Stake-Mechanismus. On-Chain gibt es bereits Anwendungen, die Zero-Knowledge-Beweise nutzen, und L2 bietet Skalierung und Privatsphärenschutz. Das Ethereum der Zukunft wird je nach Anwendungsbedarf zwischen extrem großer Rechenskalierung und vollständig universeller Rechenfähigkeit wählen können; Blöcke können auf verschiedene Weise von mehreren Parteien gemeinsam erstellt werden; der Proof-of-Stake-Mechanismus wird weiter optimiert; und Zero-Knowledge-Beweise werden auf der Basisebene eine Schlüsselrolle spielen.
Was hat Ethereum aus Sicht des Bitcoin-Whitepapers verändert?
Wenn man auf das ursprüngliche Bitcoin-Whitepaper zurückblickt und es Abschnitt für Abschnitt mit Ethereum von 2015, 2025 und dem vorgestellten Ethereum von 2030 vergleicht, hat sich fast jeder Teil erheblich verändert.
Nehmen wir die Transaktionsautorisierung als Beispiel: Frühe Blockchains stützten sich hauptsächlich auf Signaturen, während in Zukunft auch quantenresistente Signaturen oder Zero-Knowledge-Beweise verwendet werden könnten. Die Verifizierung von Blöcken erfordert nicht mehr unbedingt das Herunterladen aller Daten und die erneute Ausführung aller Berechnungen, sondern kann die Datenverfügbarkeit über PeerDAS prüfen und dann einen SNARK verifizieren. Der Prozess, wie Transaktionen in Blöcke gelangen, die Art und Weise von Berechnung und Speicherung sowie das, was Light Clients selbst verifizieren können, unterscheiden sich stark von frühen Blockchains.
Nahezu alle Kernattribute, die eine „Blockchain“ definieren, haben sich bereits verändert oder werden sich bald verändern:
- Verifizierungsmethode: von Herunterladen von Blöcken und erneuter Ausführung hin zu Sampling über PeerDAS und Verifizierung von SNARKs;
- Konsensmechanismus: von PoW zu PoS und dann zu einem stärker optimierten PoS;
- Recht zur Blockbildung: von einem einzelnen Miner, der Blöcke erstellt, hin zu mehreren Parteien, die an der Erstellung beteiligt sind.
Daher wird Ethereum nach Abschluss des Lean-Upgrades immer noch als „Blockchain“ bezeichnet, was größtenteils nur eine historische Bezeichnung ist. Es behält sowohl die Kernidee von Satoshi bei als auch die kryptografischen Werkzeuge, die in den letzten fünfzig Jahren durch akademische Forschung entwickelt wurden. Diese Werkzeuge existierten 2009 noch nicht oder waren noch nicht ausgereift.
Kryptografie ist nicht die einzige wichtige Disziplin. Formale Verifikation, Datenbanktheorie, Peer-to-Peer-Netzwerke, Informationstheorie und Ökonomie spielen ebenfalls eine Rolle. Allerdings haben Fortschritte in diesen Bereichen den grundlegenden Ablauf früher Blockchains nicht verändert. Alle versuchen, den nächsten Block zu erzeugen, der den PoW-Regeln entspricht; jemand hat Erfolg und sendet den Block aus, andere laden ihn herunter und führen ihn erneut aus, und so weiter. Die Entwicklung der Kryptografie verändert jedoch genau diesen Ablauf selbst.
Was erhalten Nutzer, und was müssen Entwickler ändern?
Diese technologischen Veränderungen werden auch die Abwägungen verändern, vor denen Nutzer bei der Verwendung des Ethereum-Netzwerks stehen.
Das Ethereum-Netzwerk von 2015 konnte kontinuierlich betrieben werden, Transaktionszensur widerstehen, sicherstellen, dass Transaktionen nach zuvor festgelegten Regeln ausgeführt werden, und Transaktionen waren unumkehrbar. Doch diese Garantien gingen mit hohen Kosten einher. Die Privatsphärenfähigkeiten des Netzwerks waren begrenzt, und die Bestätigung von Transaktionen dauerte Zeit. Wenn Nutzer selbst verifizieren wollten, mussten sie einen leistungsstarken Knoten betreiben, andernfalls mussten sie anderen vertrauen.
Das vorgestellte Ethereum-Netzwerk von 2030 wird diese Garantien beibehalten und durch FOCIL zusätzlich sicherstellen, dass Transaktionen in Echtzeit in Blöcke aufgenommen werden. In bestimmten Szenarien könnte es sogar stärkeren Privatsphärenschutz bieten als Server. Allerdings bleibt universelle Berechnung teuer und ein umfassender Privatsphärenschutz ist schwierig. Viele spezialisierte Berechnungen können deutlich kostengünstiger sein, und viele spezialisierte Anwendungen können stärkeren Privatsphärenschutz bieten.
Die Bestätigung von Transaktionen dauert weiterhin Zeit. Im Jahr 2015 erzeugte das Ethereum-Netzwerk etwa alle 17 Sekunden einen Block, und das Warten auf 12 Bestätigungen dauerte etwa 200 Sekunden.Bis 2030 könnte ein einzelner Slot auf etwa 4–8 Sekunden verkürzt werden, und die Endgültigkeit könnte in etwa 8–32 Sekunden erreicht werden.Nutzer müssen weiterhin selbst einen Knoten betreiben, um die vollständigsten Verifizierungsgarantien zu erhalten, aber die Anforderungen für den Betrieb eines Knotens werden viel niedriger sein.
Gleichzeitig wird die Art und Weise, wie Entwickler Berechnungen organisieren, direkt die Anwendungskosten beeinflussen. In frühen Blockchains bedeuteten gleich viele Daten und Berechnungen in der Regel ähnliche Kosten. In Zukunft wird das anders sein: Wenn alle Operationen in eine einzige Transaktion gepackt werden, die nur seriell ausgeführt werden kann, sind die Kosten hoch; wenn die Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Schritten geklärt werden, sodass sie parallel verarbeitet oder vor dem Eintritt in den endgültigen Block aggregiert werden können, lassen sich die Kosten senken.
Dies wird allmählich das Design von Ethereum-Anwendungen verändern. Langfristig müssen möglicherweise nur Informationen on-Chain gehen, die Zustandsänderungen und deren Ausführungsreihenfolge betreffen und von der Blockchain verarbeitet werden müssen. Andere Inhalte können vorab aggregiert werden, sodass sich die Blockchain stärker auf ihre eigene Aufgabe konzentrieren kann.
Dezentralisierung könnte auch zu einem Leistungsvorteil werden
Die vielleicht wichtigste Veränderung ist, dass die Dezentralisierung des Netzwerks nicht mehr nur ein Kostenfaktor ist, der für Sicherheit und Robustheit getragen wird. In einigen Fällen könnte sie auch zu einem Leistungsvorteil werden. Ein dezentrales Netzwerk kann mehr Daten parallel speichern und auch umfangreiche Berechnungen parallel durchführen, von denen viele im Mempool stattfinden können. In manchen Fällen kann es auch die Privatsphäre verbessern, da nur ein dezentrales Netzwerk wirksam verbergen kann, woher Daten und Anfragen stammen.
Dies war Mitte der 2010er Jahre eine Vision von Ethereum.Dezentralisierung sollte nicht nur zur Verbesserung der Robustheit des Systems dienen, sondern auch dazu beitragen, das System zu skalieren.Wenn zentralisierte Systeme Arbeit auf verschiedene Teilnehmer verteilen können, um die Leistung zu steigern, sollte ein dezentrales System dazu ebenfalls in der Lage sein.
Die damals fehlende Schlüsselbedingung war die Verifizierung. Wenn Arbeit ausgelagert wird, muss bestätigt werden, dass jeder Teil korrekt erledigt wurde. Frühe Designs versuchten, zufällig ausgewählte Komitees zu verwenden, aber die Einrichtung von Komitees war komplex und teuer und erhöhte die Latenz erheblich; wenn ein Komitee versagte, gab es auch keine Abhilfe. Heute hat die moderne Kryptografie dieses Problem gelöst, und der zusätzliche Aufwand entsprechender Lösungen sinkt Monat für Monat.
Latenz ist eine weitere Richtung, die Beachtung verdient. Die Latenz von Ethereum selbst wird niemals mit der eines Servers vergleichbar sein, aber die darum herum aufgebaute Infrastruktur könnte es sein. Insgesamt könnte Ethereum, wenn es gelingt, zwischen Nutzern und Chain eine stärkere dezentrale Schicht aufzubauen, die selbst keine Chain ist, ohne die grundlegenden Eigenschaften der Chain zu beeinträchtigen, leistungsfähiger werden.
Von der Blockchain zum „kryptografischen Weltcomputer“
In weiterer Zukunft könnte Ethereum eine weitere Veränderung erleben, nämlich den Aufstieg der Indistinguishability Obfuscation (iO). Im Idealfall könnte eine nutzbare Obfuskationstechnik die Abwägung zwischen Privatsphäre und Universalität beseitigen und es einer unbegrenzten Anzahl von Teilnehmern ermöglichen, auf sichere, verschlüsselte Weise an universeller Berechnung teilzunehmen. Selbst schwächere Formen der Obfuskation könnten für Szenarien wie verschlüsselte Mempools verwendet werden. Die zuvor in diesem Artikel diskutierten Veränderungen müssen jedoch nicht warten, bis diese Technologie ausgereift ist.
Das ist der „kryptografische Weltcomputer“.Ethereum wird nicht länger nur ein Ledger sein, auf das Menschen Daten und Berechnungen zur Ausführung legen, sondern eine Architektur, die Blockchain, kryptografische Privatsphäre- und Verifizierungstechnologien sowie leistungsstarke dezentrale Off-Chain-Komponenten kombiniert.
Um ein solches System vollständig aufzubauen, gibt es noch viele Herausforderungen. Es ist nicht einfach, Zero-Knowledge-Beweise effizient und sicher genug zu machen, aber der Umfang dieses Problems ist relativ klar, und derzeit wird es mit Hilfe von KI-Werkzeugen kontinuierlich optimiert. Das schwierigere, das gesamte System betreffende Problem könnte sein, wie man massiven Zustand verwaltet und verschiedenen Teilnehmern parallelen Zugriff auf diesen Zustand ermöglicht. Entsprechende Lösungen sind bereits entstanden, müssen aber noch weiter verfeinert werden, während die Anforderungen zukünftiger Anwendungen allmählich klarer werden.
Der Strawmap-Route zufolge könnte der für nächstes Jahr geplante Hegota-Fork der letzte „reguläre“ Fork von Ethereum sein. Die darin verwendeten Funktionen und Technologien könnten Menschen aus dem Jahr 2015 noch einigermaßen wiedererkennen. Die danach anstehende Arbeit wird rekursive STARKs, automatisierte formale Verifikation, hochoptimierte Konsensalgorithmen und die Quantenresistenz all dessen umfassen.
PeerDAS hat bereits den Wandel eingeleitet, durch den Ethereum von einer reinen Blockchain zu einem leistungsfähigeren System wird. Nach Hegota wird dieser Wandel zur Hauptlinie der Ethereum-Entwicklung werden. Letztendlich wird Ethereum voraussichtlich hochsichere Berechnungen bieten, die kostengünstiger, größer skalierbar und privatsphärenfreundlicher sind als in der Vergangenheit.
