Ethereum 2.0 einfach erklärt

Ethereum 2.0 bezieht sich auf eine Reihe von Updates zur Behebung der aktuellen Einschränkungen von Ethereum. Zu diesen Herausforderungen zählen die begrenzte Skalierbarkeit, Probleme mit dem Konsens-Algorithmus und übermäßiger Energiebedarf.

• Ethereum 2.0 ist ein Update des Ethereum-Netzwerks, das mehrere Elemente des Ökosystems aktualisieren und damit eine Reihe von Problemen lösen soll

• Skalierbarkeit ist eines der wichtigsten Features von Ethereum 2.0

• Mit Ethereum 2.0 wird im Netzwerk ein Proof-of-Stake-Algorithmus eingeführt

In dieser Lektion lernst du über Ethereum 2.0.

Da die Anzahl der Nutzer im Ethereum-Netzwerk ständig ansteigt, müssen verschiedene Herausforderungen gelöst werden, um die Relevanz des Netzwerks auch in Zukunft zu gewährleisten. Dazu zählen die derzeit begrenzte Kapazität, das Netzwerk zu expandieren (Skalierbarkeit) sowie Einschränkungen und diverse Auswirkungen durch die Verwendung des Proof-of-Work-Konsensalgorithmus, wie beispielsweise der enorme Energiebedarf des Netzwerks. Ether ist einer der beliebtesten Altcoins und ERC20-Token sind die beliebtesten Token auf der Ethereum-Blockchain. Ethereum 2.0 ist ein Update des aktuellen Ethereum-Netzwerks, das diese Mängel im Ökosystem beheben soll. 

Das Ethereum 2.0 Update wird nicht an einem bestimmten Punkt vollständig wirksam. Vielmehr handelt es sich dabei um einen Prozess mit der schrittweisen Einführung neuer Funktionen innerhalb eines Zeitfensters von zwei Jahren, um einen reibungslosen Übergang vom bestehenden Ökosystem zum aktualisierten Netzwerk zu gewährleisten.

Zu den drei wichtigsten Meilensteinen in diesem Prozess zählen: 

• Die Implementierung der Beacon-Kette, die im Ökosystem eine entscheidende Rolle spielt; 

• Die Shard-Chains, die die Datenverfügbarkeit verbessern und Verarbeitungszeiten der Transaktionen verkürzen 

• Das Andocken des Ethereum-Mainets erleichtern sollen. 

Die Integration dieser Meilensteine soll 2023 abgeschlossen sein.

Phase Zero – der Start der Beacon Chain

Die Beacon Chain ist seit dem 1. Dezember 2020 live. Als erstes Element von Ethereum 2.0 wird der Start der Beacon Chain manchmal als Phase Zero bezeichnet. Sie ist der koordinierende Mechanismus des neuen Ethereum-Ökosystems und wird die Kontrolle übernehmen, sobald alle Updates von Ethereum 2.0 implementiert wurden.

Die Beacon Chain ist für die Einführung des Proof-of-Stake-Algorithmus (in diesem Fall des ETH-Stakings) in das Ethereum-Ökosystem verantwortlich. Die Beacon-Chain koordiniert auch die 64 Shards, die zu einem späteren Zeitpunkt während der Shard-Chain-Phase eingeführt werden sollen.

Die Beacon Chain ist für die Einführung des Proof-of-Stake-Algorithmus (in diesem Fall des ETH-Stakings) in das Ethereum-Ökosystem verantwortlich. 

Es ist wichtig anzumerken, dass die Beacon Chain am Ethereum Mainnet-Netzwerk nichts geändert hat. Die beiden Chains werden parallel laufen und auf dem Ethereum Mainnet wird alles wie bisher funktionieren.

Phase Eins – Die Shard Chains

In der sogenannten Phase One (Phase Eins) wird sich das Ökosystem allmählich von der Ausführung von allem auf einer einzigen Haupt-Blockchain hin zur Verteilung der Last auf 64 Shards (Blockchains) verlagern.

Wie du in Lektion 8 der Bitpanda Academy für Experten gelernt hast, ist ein Shard (zu Deutsch “Scherbe”) eine separate Blockchain in einem Ökosystem, die mit der Haupt-Blockchain und anderen Shards innerhalb desselben Ökosystems verbunden ist. Dabei werden bei Ethereum 2.0 die ersten 64 Shards miteinander verbunden und von der Beacon Chain gesteuert, sobald die letzte Phase des Updates implementiert ist.

Die Shards werden von der Beacon Chain kontrolliert und verbunden. Die Beacon Chain ermöglicht auch die Kommunikation der Shards untereinander und die Übertragung der Daten zueinander, während das Ökosystem und die Shards gemäß dem Algorithmus gesichert werden. Dies führt zur schnelleren Validierung von Transaktionen, da sich Validatoren nur auf einen einzigen der 64 relativ kompakten Shards (Blockchains) konzentrieren müssen, der ihnen zugewiesen wurde, anstatt sich mit einer wesentlichen Blockchain zu befassen.

Erhöhung der Transaktionskapazitäten

Dank des Updates soll es einfacher werden, das Ethereum-Netzwerk zu erweitern, da mehr Transaktionen verarbeitet werden können. Darüber hinaus werden die Hardware-Anforderungen für Validatoren deutlich geringer, da jeder Validator nur die Daten für seinen jeweiligen Shard speichert. In Zukunft könnten diese Änderungen längerfristig sogar die Ausführung von Ethereum auf einem Smartphone oder Laptop ermöglichen.

Ob Shards auch zur Ausführung von DApps und Transaktionen verwendet werden, ist noch offen. Sie werden jedoch die Speicherung und den Zugriff auf Daten erleichtern. Die Phase der Implementierung von Shards ist noch am Laufen und wird voraussichtlich irgendwann im Jahr 2023 abgeschlossen sein.

Phase Zwei – Das Docking des Ethereum Mainnet

Nach dieser Implementierung wird die derzeitige Ethereum Mainnet Chain an das neue Ökosystem von 64 Shards „angedockt“ (damit verbunden) und damit das Ethereum 2.0-Update in Phase 1.5 abschließen.

Bis zum Zeitpunkt des Andockens wird das Ethereum Mainnet ohne Änderungen von Ethereum 2.0 parallel zur Beacon Chain und ihren Shards weiterlaufen. Das Andocken soll laut ethereum.org 2022 oder 2023 abgeschlossen sein.

Was ist Ethereum 2.0?

Ethereum 2.0 bezieht sich auf eine Reihe von Updates im Ethereum Netzwerk. Dazu gehören Verbesserungen in Bezug auf die eingeschränkte Skalierbarkeit, Einschränkungen des derzeitigen Konsensalgorithmus (Proof of Work) sowie die negativen Auswirkungen des erheblichen Energieverbrauchs des Netzwerks auf die Umwelt.

Die Grundideen rund um Ethereum 2.0 stammen von Vitalik Buterin, Gründer von Ethereum und dem Forscher Vlad Zamfir; die Umsetzung ist bereits seit der Zeit der Gründung des Ethereum-Netzwerks geplant.

Die wichtigsten Features von Ethereum 2.0

Verbesserte Skalierbarkeit

Bisher hatte das Ethereum-Netzwerk nur eine Blockchain, das Ethereum Mainnet. Aus diesem Grund war die Anzahl der Transaktionen auf 15 bis 45 pro Sekunde begrenzt. Um dieses Dilemma zu lösen, wechselt das Netzwerk im Rahmen der Implementierung von Ethereum 2.0 von nur einer Chain (Ethereum Mainnet) auf insgesamt 64 Chains (Shards), wodurch der Zeitaufwand für das Validieren von Transaktionen verkürzt wird.

Neuer Konsensalgorithmus 

Die Sicherheit im Netzwerk beruhte ursprünglich auf einem Proof-of-Work-Konsensalgorithmus. Ein Problem, das aufrecht bleibt, ist die geringfügige Chance eines 51%-Angriffs, der zwar unwahrscheinlich ist, aber ein reales Risiko darstellt. Ethereum Classic, eine Fork von Ethereum, ist beispielsweise wiederholt 51%-Angriffen zum Opfer gefallen. Darüber hinaus erfordert der Proof-of-Work-Algorithmus reichlich Rechenleistung, die sehr viel Strom verbraucht. Somit werden im Zuge des Updates auch Umweltaspekte und Sicherheitsmängel des bestehenden Netzwerks bedacht. Mit Ethereum 2.0 wird im Ökosystem der Wechsel zu einem Proof-of-Stake-Konsensalgorithmus stattfinden.

Um Transaktionen im Netzwerk als gültig zu erklären, müssen Validatoren, welche die Legitimität von Transaktionen im Austausch gegen eine Entschädigung in ETH (Ether) überprüfen, zuerst ihre ETH-Kryptowährung einsetzen (engl. “staking”). Staking bedeutet in diesem Fall, dass ein Validator mindestens 32 ETH zur Verfügung stellt.

Staking im aktualisierten Netzwerk

Je mehr ETH ein Validator einsetzt, desto höher sind seine Chancen, eine Transaktion zur Validierung zugeteilt zu bekommen und so Rewards zu erhalten. Durch das Staking von ausreichend ETH kann jeder als Validator agieren, ohne dass dafür wie im Proof-of-Work-System enorme Rechenleistung erforderlich ist. Dadurch wird der Stromverbrauch des Netzwerks reduziert und der Prozess umweltfreundlicher.

Der Proof-of-Stake-Algorithmus schützt das Netzwerk auch vor koordinierten Angriffen, die dadurch entstehen können, dass eine Partei 51% oder mehr der gesamten Rechenleistung des Netzwerks kontrolliert.

Vorteile des Stakings

Handelt ein Validator unter dem Proof-of-Stake-Algorithmus rechtswidrig und versucht einen Shard anzugreifen, könnte der Algorithmus automatisch deren Einsatz zerstören. Daher soll dieses Sanktionssystem vor jeden koordinierten Angriff abschrecken. Darüber hinaus werden mit der Einführung des 64-Shard-Ökosystems Validatoren diesen Shards nach dem Zufallsprinzip zugewiesen und auf die Shards verteilt, um so die Wahrscheinlichkeit eines geplanten und koordinierten Angriffs auf einen einzelnen Shard erheblich zu verringern.