Endgame: Entdeckung der optimalen Lösung für die Blockchain-Skalierung mit Vitalik Buterin

【TL; DR】

· Am 6. Dezember veröffentlichte Vitalik Buterin in seinem persönlichen Blog den Artikel "Endgame", in dem er einen vernünftigen Weg für die Skalierung von Ethereum und anderen großen Blockchains vorschlägt.
· "Große Blockchains" beziehen sich auf Blockchains mit großen Brocken und hoher Handelsfrequenz (bis zu Tausenden von Transaktionen pro Sekunde).
· Große Blockchains können bei der Blockproduktion zentralisiert und bei der Validierung der Chunks dezentralisiert sein. Aus diesem Grund kann der Stake-Knoten der zweiten Schicht als Validierungsknoten zusätzlich zum Stake-Knoten der ersten Schicht, d. h. dem Blockproduktionsknoten, eingeführt werden.
· Nach der Realisierung von zentraler Blockproduktion und dezentraler Validierung müssen Fraud Proofs oder ZK-SNARKs eingeführt werden, damit der Staker der zweiten Schicht die Zuverlässigkeit des Chunks direkt überprüfen kann.
· Ob Ethereum mit einer Sharding- und Rollup-Struktur oder eine traditionelle "Big Block"-Blockchain, der Modus der zentralisierten Blockproduktion und dezentralisierten Validierung ist immer ihr Endziel.

Am 6. Dezember veröffentlichte Vitalik Buterin in seinem persönlichen Blog einen Artikel mit dem Titel "Endgame", in dem er einen vernünftigen Weg für die Skalierung von Ethereum und anderen großen Blockchains plante, um diesen Blockchains zu helfen, ihre Fähigkeit, Vertrauen zu entziehen und der Zensur zu widerstehen, zu erhalten, wenn sie eine hohe Skalierbarkeit erreichen, und ein besseres Gleichgewicht im unmöglichen Dreieck zu erreichen.

Vor einigen Tagen, am 2. Dezember, dem ersten Jahrestag des Starts der Ethereum-Beacon-Chain, veröffentlichte Vitalik auf Twitter den weiteren Entwicklungsfahrplan von Ethereum. In Zukunft werden die Folgearbeiten von Ethereum hauptsächlich die folgenden Hauptteile umfassen:

The Merge: Zusammenlegung des Ethereum-Netzwerks und vollständige Umstellung auf eine PoS-Konsenslösung.

The Surge: Verbesserung der Skalierbarkeit von Ethereum durch den Einsatz der Sharding-Technologie.

The Verge: Einführung des Verkle-Baums und anderer Mechanismen zur Realisierung der Zustandslosigkeit.

The Purge: Verstehen früher historischer Daten und anderer technischer Probleme.

The Splurge: viele weitere wichtige Verbesserungen.

Für die Gesamtstruktur von Beacon Chain + Shard Chains + Layer" von Ethereum in der Zukunft, lesen Sie bitte unseren Blogbeitrag:
Will Layer 2 and the Future Sharding Update to be Activated in 2022 be Ethereum’s Ultimate Solution to Boost Scalability?

Zentralisierte Blockproduktion + dezentralisierte Validierung

In dem Artikel demonstrierte Vitalik den Kompromiss der "großen Blockchain" bei der Skalierung durch ein Gedankenexperiment. "Große Blockchain" bezieht sich auf Blockchains mit großen Chunks und hoher Handelsfrequenz (bis zu Tausenden von Trades pro Sekunde). Aufgrund der großen Chunk-Kapazität wächst auch die Größe des gesamten Blockchain-Ledgers schnell an, so dass die meisten Knoten die Hardwareanforderungen für den Betrieb der Blockchain nicht erfüllen können und das Netzwerk verlassen. Diese "große Blockchain" ist oft stark zentralisiert, und es gibt vielleicht nur Hunderte oder sogar Dutzende von Knoten mit der Fähigkeit zur Blockproduktion und Knoten, die das gesamte java__script__ ausführen. Ist es also möglich, dass diese Blockchain, die bei der Dezentralisierung nicht gut abschneidet, auch eine hohe Fähigkeit hat, Vertrauen zu entziehen und der Zensur zu widerstehen?

Erstens glaubt Vitalik, dass diese Blockchains bei der Blockproduktion zentralisiert und bei der Blockvalidierung dezentralisiert sein können. Daher kann der Knoten der zweiten Schicht als Validierungsknoten zusätzlich zum Knoten der ersten Schicht, d. h. dem Blockproduktionsknoten, eingeführt werden. Dieser Second Layer Stake hat einen geringeren Ressourcenbedarf und kann die verteilte Validierung von Chunks zu geringen Kosten realisieren. Konkret müssen die Trades in jedem Chunk in 100 Gruppen aufgeteilt werden, und jede Gruppe wird als Wurzel eines Merkle-Baums oder Verkle-Baums verwendet. Auf diese Weise muss der Prüfer nur den obersten Knoten des Merkle-Baums einsehen, um die Prüfung einer großen Anzahl von Geschäften auf einmal abzuschließen. Selbst wenn es ein Problem gibt, kann der Prüfer nach unten suchen und schnell den Ort des fraglichen Geschäfts finden. Danach erhält jeder Staker der zweiten Ebene zufällig eine der 100 Gruppen von Geschäften. Eine Gruppe wird nur dann akzeptiert, wenn mehr als 2/3 der für die Validierung zugewiesenen Second-Layer-Staker die Validierung bestehen.

Vitalik zeichnete ein Flussdiagramm, das den Prozess des "zentralen Produktionsblocks" und der "verteilten Validierung" beschrieb. Er hielt diese Methode für "nicht schön" und "ästhetisch hässlich", aber sie gab dem System die Fähigkeit, der Zensur zu widerstehen. Selbst wenn ein Staker (Blockproduzent) der Schicht 1 beabsichtigt, den Chunk-Inhalt anzugreifen oder zu zensieren, kann er höchstens das Netzwerk verlassen und das Ethereum-Netzwerk vorübergehend unfähig machen, Blöcke zu produzieren, bis der nächste ehrliche Knoten ausgewählt wird.

Zweitens ist es nach der Realisierung der zentralisierten Blockproduktion und der dezentralen Validierung notwendig, Fraud Proofs oder ZK-SNARKs einzuführen, so dass der Staker der zweiten Schicht die Zuverlässigkeit des Chunks direkt validieren kann. Die Kosten für diese beiden Technologien sind sehr gering. Mit ZK-SNARKs lässt sich die Zuverlässigkeit von Chunks in der Kryptographie direkt beweisen. Das Prinzip von Fraud Proofs besteht darin, dass die Fraud Proofs gesendet werden können, sobald sich der vom Knoten zugewiesene Handel als falsch erweist.

Drittens: Einführung der DAS-Technologie (Data Availability Sampling). DAS ist eng mit der Sharding- und Rollup-Technologie verbunden. Wir wissen, dass die Sharding-Technologie nicht nur die Notwendigkeit beseitigt, dass die Knoten alle Daten speichern, sondern auch Rollup mit Datenverfügbarkeit versorgt. Mit der DAS-Technologie können Nutzer, die leichtgewichtige Knoten betreiben, auch die Offenheit und Transparenz von Blockchain-Inhalten validieren, ohne alle Daten herunterladen zu müssen.

Viertens: Hinzufügen von sekundären Handelskanälen, um der Zensur zu widerstehen. Die Art der Blockchain, die der Zensur widersteht, kann wie folgt beschrieben werden: "Niemand kann einen Handel auf der Blockchain verhindern oder einen Code zum Smart Contract hinzufügen. Die Nutzer können auf der Blockchain tun, was sie wollen". Vitalik bietet auch ein mögliches sekundäres Handelskanalschema an, das es dem Staker (Validator) der zweiten Schicht ermöglicht, eine Handelsliste einzureichen, die den nächsten Chunk enthalten muss.

Sharding und Rollup

Ethereum 2.0 selbst kann nicht alle Probleme der Skalierbarkeit lösen, aber es bietet eine gute Plattform für andere, um Probleme vorzuschlagen und zu lösen, wie z. B. Arbitrum (Layer-2-Lösung), Optimism und Zksync. Auf Ethereum macht die DAS-Technologie Sharding möglich, und Sharding bietet Rollup mit Datenverfügbarkeit. Die Daten werden nach dem Rollup auf jedes größere Sharding verteilt. Rollup-Knoten oder Blockproduktionsknoten benötigen eine hohe Verarbeitungskapazität, und der Rollup-Mechanismus gewährleistet auch die Effektivität der Chunks. Wenn ein Rollup erfolgreich ist und den gesamten Layer 2 Tracker belegt, stellt es auch eine Möglichkeit der zentralisierten Blockproduktion + verteilten Validierung dar.


Wenn keine einzelne Rollup-Technologie den gesamten Markt besetzen kann, werden alle Arten von Rollups nebeneinander existieren. Aufgrund der Existenz von bereichsübergreifenden Miner-Extraktionsmöglichkeiten (MEV) haben mehrere Rollups komplexe Handels- und Arbitragemöglichkeiten, was schließlich dazu führen wird, dass eine kleine Anzahl von Personen MEV anstrebt, um das gesamte Blockchain-System zu kontrollieren.

Fazit

Abschließend können wir feststellen, dass Vitalik der Meinung ist, dass unabhängig davon, ob es sich um Ethereum mit einer Sharding- und Rollup-Struktur oder um eine traditionelle "Big Block"-Blockchain handelt, der Modus der zentralisierten Blockproduktion und dezentralisierten Validierung immer ihr Endziel ist, was er als "Endgame" bezeichnet. In Anbetracht der unausgereiften Technologien wie Shardind und Rollup kann es jedoch noch einige Jahre dauern, bis dieses "Endgame" eintritt.

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Autor: Edward.H, Gate.io Researcher
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