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Dezentrale Datenspeicher in der Blockchain

Problem: Skalierbarkeit

Ethereum
Etherum: In den beiden Jahren bis Anfang 2019 hat sich die Anzahl der Transaktionen pro Tag mehr als verzehnfacht; das Problem der Skalierbarkeit wird daher immer größer.
(Quelle: etherscan.io)
Öffentliche Blockchains, darunter Ethereum, leiden derzeit an akuten Skalierbarkeitsproblemen. Die vergleichsweise langsame Verarbeitung von Code auf Ethereum disqualifiziert das Framework für viele Anwendungen und stärkt das Interesse an Alternativen. Dennoch hat sich die Anzahl von Transaktionen pro Tag auf Ethereum allein in den letzten zwei Jahren bis Anfang 2019 mehr als verzehnfacht. Die Konsensbildung via Proof of Work erweist sich bei dieser Netzwerkgröße als entschieden zu teuer und nicht hinreichend zuverlässig. Nicht einmal TrueBit, ein vielversprechendes Protokoll für Off-Chain-Berechnungen in WebAssembly-Byte­code zur Unterstützung der Parallelisierbarkeit von smarten Verträgen, kann das grundlegende Problem des Ethereum-Frameworks auf Dauer lösen.
Abhilfe schaffen soll Ethereum 2.0 mit einem neuen Konsensprotokoll. Drei grundlegende Verbesserungen sollen die Problematik der Skalierbarkeit angehen:
  • Umstellung auf das modifizierte Proof-of-Stake-Konsensverfahren (PoS) Casper mit Beacon Chain und Casper FFG
  • Blockchain-Sharding: das Aufteilen der Blockchains in Partitionen, die sogenannten Shards, um die Verarbeitung von Transaktionen zu parallelisieren und zu beschleunigen
  • eWASM (Ethereum WebAssembly), ein Subset des offenen W3C-Standards speziell entwickelt für die Ausführung von smarten Verträgen auf Ethereum
Das vorgeschlagene Blockchain-Sharding soll über die sogenannte zufällige Beacon Chain implementiert werden. Diese Side-Chain soll Validator-Knoten verwalten und die daraus resultierenden Shard-Zustände abgleichen. Derzeit befindet sie sich noch in der Entwicklung. Sharding dürfte die Leistung des Ethereum-Frameworks erheblich verbessern.
Die wichtigste Aufgabe der Beacon Chain besteht darin, die Konsensbildung via Proof of Stake außerhalb der aktuellen Blockchain (also ohne Hard-Fork) zu ermöglichen; hier sollen die Casper-Validators mit ihren hinterlegten Deposits für die Gültigkeit der von ihnen beglaubigten Blöcke bürgen. Validators müssen hierzu jeweils mindestens 32 Ether (circa 2500 Euro) aus der PoW-Chain (dem aktuellen Mainnet) auf die Beacon Chain übertragen und in einem smarten Vertrag aufbewahren. Die Beacon Chain wird dann auf die verschiedenen Shard Chains verzweigen und nach neuen Blöcken lauschen.
Die Shards sollen eine höhere Skalierbarkeit der Ethereum-Blockchain und die Parallelisierbarkeit der Transaktionsabwicklung ermöglichen. Sie verfügen jeweils über eine eigene Rückverlinkung auf die Beacon Chain. Diese muss zur Übertragung der Blöcke in die Beacon Chain durch eine Gruppe zufällig gewählter Validators des jeweiligen Shards zertifiziert werden.
Die Ethereum-Gemeinde verspricht sich von Casper eine höhere byzantinische Fehlertoleranz der Blockchain. Casper sanktioniert unehrliche Validator-Knoten und manipulative Teilnehmer, indem das Protokoll die eingelegten Deposits einzieht.
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