Alles, was Sie über das Cancun-Upgrade und EIP-4884 wissen müssen

Was ist das Cancun-Upgrade?

Das Cancun-Upgrade ist ein bedeutendes technisches Upgrade in der Blockchain-Entwicklungs-Roadmap von Ethereum. Ähnlich wie das vorherige Shanghai-Upgrade ist es nach der Stadt benannt, in der die Ethereum-Entwicklerkonferenz stattfand, nämlich Cancun in Mexiko.

Jedes technische Upgrade von Ethereum umfasst mehrere wichtige Ethereum Improvement Proposals (EIPs), die darauf abzielen, das Blockchain-Trilemma besser zu lösen und so die Leistung und das Benutzererlebnis zu verbessern. Das Cancun-Upgrade konzentriert sich hauptsächlich auf die Aktualisierung der Ausführungsschicht von Ethereum, während die Aktualisierung der Protokollschicht als Deneb bekannt ist. Entwickler kombinieren die beiden Namen auch zu „Dencun“. Daher wird das Cancun-Upgrade auch als Dencun-Upgrade bezeichnet.

Ethereum verfügt als aktivste öffentliche Kette in der Web3-Welt über die höchste Anzahl an Blockchain-Anwendungen und -Protokollen. Jedes zugrunde liegende technische Upgrade hat erhebliche Auswirkungen und zieht die Aufmerksamkeit von Branchenexperten auf sich.

Was bedeutet das Cancun-Upgrade für Ethereum?

Laut den am 14. September veröffentlichten Aufzeichnungen des Ethereum-Kernentwickleraufrufs umfassen die derzeit akzeptierten Vorschläge für dieses Upgrade Folgendes:

1. EIP-4884: Shard-Blob-Transaktionen
2. EIP-1153: Transiente Speicher-Opcodes
3. EIP-4788: Beacon blockiert Wurzeln in EVM
4. EIP-5656: MCOPY – Speicherkopierbefehl
5. EIP-6780: Selbstzerstörung nur in derselben Transaktion
6. EIP-7516: BLOBBASEFEE-Opcode*
7. EIP-7044: Sperren Sie die freiwillige Exit-Signatur-Domäne auf Capella
8. EIP-7045: Erhöhen Sie den maximalen Slot für die Einbeziehung von Attestierungen
9. EIP-7514: Maximale Epochen-Abwanderungsgrenzen hinzufügen*

Das * gibt die neu hinzugefügte EIP für dieses Meeting an. Die letzten drei EIPs sind Upgrades auf Protokollebene für Deneb.

Obwohl die Terminologie technisch erscheinen mag, erreichen diese EIPs hauptsächlich zwei Dinge:

1. Optimieren Sie die durch das Shanghai-Upgrade eingeführte Abstecktechnologie und verbessern Sie die Absteckinfrastruktur
2. Reduzieren Sie die Gasgebühren und verbessern Sie die Skalierbarkeit der Blockchain, um die Rollup-Technologie in Ethereum besser zu unterstützen

Nach dem Shanghai-Upgrade liegt der aktuelle Schwerpunkt der Entwicklung von Ethereum auf der Förderung der Skalierbarkeit rund um Rollup. Daher ist bei diesem Upgrade der Vorschlag EIP-4844, der die Entwicklung von Rollup fördern und die Gasgebühren senken kann, zum Kern dieses Upgrades geworden.

Wann findet das Upgrade statt?

Nach Angaben des jüngsten Entwicklertreffens wurde der Start des Dencun-Testnetzes Devnet-9 um eine Woche auf Dienstag, den 26. September, verschoben. Es gibt auch einen Vorschlag, Devnet-10 für kurzfristige Tests zu öffnen. Das Ende des entwicklerorientierten Testnetzes wird in erster Linie durch die Ergebnisse des Netzwerk-Stresstests bestimmt. Wenn die Entwickler zufrieden sind, wird es in das öffentliche Testnetz verschoben. Andernfalls wird Devnet-10 gestartet. Das öffentliche Testnetz wird Netzwerke wie Goerli und Sepolia umfassen. Das offizielle Upgrade im Mainnet erfolgt nur, wenn das öffentliche Testnet erfolgreich läuft.

Obwohl der genaue Zeitpunkt des Upgrades ungewiss ist, schätzen die meisten Branchenexperten, dass es zwischen dem dritten Quartal 2023 und dem ersten Quartal 2024 abgeschlossen sein wird.

Was ist EIP-4844?

EIP-4844 (Proto-Danksharding) ist eine von der Ethereum Foundation vorgeschlagene Lösung, um die Gasgebühren zu senken und den Durchsatz zu erhöhen. Die Diskussion um EIP-4844 geht auf das Shanghai-Upgrade zurück, aber die Entwickler haben die Implementierung verschoben, um bessere Upgrade-Effekte zu gewährleisten.

Kurz- und mittelfristig ist Rollup wahrscheinlich die zuverlässigste Skalierbarkeitslösung für Ethereum. Die Transaktionsgebühren auf Layer 1 (L1) waren schon immer hoch, daher müssen Anstrengungen unternommen werden, um das gesamte Ökosystem in Richtung Rollups zu verlagern. Rollups können die Benutzerkosten von Ethereum erheblich senken: Optimism und Arbitrum sowie andere Layer2-Lösungen haben oft Gebühren, die etwa drei- bis achtmal niedriger sind als die des Ethereum-Mainnets. Andererseits verfügen ZK-Rollups über überlegene Datenkomprimierungsfunktionen und können auf die Einbeziehung von Signaturen verzichten, was zu etwa 40- bis 100-mal niedrigeren Gebühren als im Mainnet führt.

Trotz dieser Fortschritte bleiben die Kosten für viele Benutzer jedoch zu hoch. Die langfristige Lösung zur Beseitigung der inhärenten Einschränkungen von Rollup war schon immer das Daten-Sharding (Danksharding), aber die vollständige Implementierung und Bereitstellung wird viel Zeit in Anspruch nehmen. Daher wurde EIP-4844 [1] als Notlösung gewählt.

Was ist Danksharding?

Danksharding ist ein neues Sharding-Design für Ethereum, das Dankrad Ende 2021 eingeführt hat. Zuvor wurde als Skalierbarkeitslösung Sharding 1.0 diskutiert, was einfach als Gruppierung von Netzwerkvalidatoren verstanden werden kann, um die Berechnung verschiedener Kettentransaktionen zu parallelisieren. Das bedeutet, dass eine einzelne Blockchain mehrere parallele „Shard-Ketten“ umfasst. Dies ist im Wesentlichen eine Form des parallelen Rechnens oder des Divide-and-Conquer-Ansatzes. Der Ethereum Beacon Chain-Plan zielt darauf ab, zunächst 64 Shard-Ketten zu verbinden, mit einer Verarbeitungskapazität, die schätzungsweise 64-mal so hoch ist wie die von Ethereum 1.0. Im ursprünglichen Plan könnte die Anzahl der Shard-Ketten 1024 erreichen. Die Herausforderung bei dieser Technologie besteht darin, dass das Netzwerk den Status und die Daten jeder Shard-Kette häufig synchronisieren muss, was nicht nur technisch komplex ist, sondern auch hohe Anforderungen an die Knoten stellt, da alle Knoten die Synchronisierung innerhalb eines bestimmten Zeitraums abschließen müssen. Dieser Vorgang kann zu Netzwerklatenz und potenziellen Netzwerksicherheitsproblemen führen.

Dankrad führte später ein neues Sharding-Schema ein, das drei Merkmale erfüllt: zentralisierte Blockproduktion, dezentrale Verifizierung und Zensurresistenz. Das System weist drei Kerninnovationen auf:

1. Data Availability Sampling (DAS): In der Blockchain sind Blockproduzenten (Miner/Validatoren) verpflichtet, die Transaktionsdaten der von ihnen produzierten Blöcke für die vollständige Knotenvalidierung offenzulegen und bereitzustellen. Dieser Prozess wird als Datenverfügbarkeit (Data Availability, DA) bezeichnet. Danksharding nutzt ein mathematisches Design, das es Validierungsknoten ermöglicht, nur einen Teil der Datenfragmente zu überprüfen, um die Datenverfügbarkeit zu ermitteln. Dadurch wird die Leistung der Knoten erheblich verbessert.
2. Proposer-Builder-Trennung (PBS): Derzeit erstellen und senden Ethereum-Validatoren Blöcke. Sie bündeln Transaktionen, von denen sie über das Gossip-Netzwerk erfahren haben, und packen sie in einen Block, der an Kollegen im Ethereum-Netzwerk gesendet wird. PBS teilt diese Aufgaben auf mehrere Validatoren auf. Blockbauer sind dafür verantwortlich, Blöcke zu erstellen und sie dem Blockvorschlager in jedem Slot anzubieten. Der Blockvorschlager kann den Inhalt des Blocks nicht sehen, er wählt einfach den profitabelsten aus und zahlt eine Gebühr an den Blockersteller, bevor er den Block an seine Kollegen sendet.
3. Zensur-Resistenzliste (crList): Blockproduzenten müssen eine Liste aller berechtigten Transaktionen angeben, die sie im Mempool sehen; Packer müssen nachweisen, dass sie diese Liste gesehen haben und sind verpflichtet, diese Transaktionen aufzunehmen, um das absichtliche Unterlassen bestimmter Rechtsgeschäfte zu verhindern.

Der Plan, der schließlich nach Dankrad als Danksharding benannt wurde, ist technisch anspruchsvoll umzusetzen und muss daher in Phasen umgesetzt werden. EIP-4844 wird hauptsächlich zur Implementierung der meisten Logik und „Gerüste“ (wie Transaktionsformat und Validierungsregeln) verwendet, die für eine vollständige Danksharding-Spezifikation erforderlich sind.

In der Blockchain werden Transaktionen typischerweise in Blöcken verpackt und aufgezeichnet. Der durch EIP-4844 eingeführte neue Transaktionstyp namens Blob unterscheidet sich jedoch von den Blöcken, die für die Ethereum Virtual Machine (EVM) sichtbar sind. Blob ist nur für kurze Zeit verfügbar und für die EVM nicht sichtbar. Blobs, die alle 12 Sekunden auftreten, können 1 MB an Daten speichern. Dadurch wird die Speicherkapazität im Vergleich zur durchschnittlichen Blockgröße von Ethereum, die etwa 90 KB beträgt, deutlich erhöht, sodass mehr Transaktionen möglich sind. Darüber hinaus existieren Blobs auf der Ethereum-Konsensschicht und nicht auf der rechenintensiven Ausführungsschicht. Da Blobs für die EVM nicht sichtbar sind und nicht zur Ausführungsschicht gehören, sind ihre Kosten äußerst niedrig, was die Transaktionsgebühren erheblich reduziert. [2]

Warum sagen viele Leute, dass es erhebliche Auswirkungen auf Layer2 hat?

Dies liegt daran, dass Layer2 auf der Rollup-Technologie basiert, die im Wesentlichen ein Bündel von Transaktionen außerhalb des Ethereum-Mainnets ausführt. Nach der Ausführung werden die Ausführungsergebnisse und Transaktionsdaten komprimiert und an L1 zurückgesendet, damit andere die Richtigkeit der Transaktionsergebnisse überprüfen können. Wenn andere die Daten nicht lesen können, kann die Überprüfung natürlich nicht abgeschlossen werden. Daher ist es für andere von entscheidender Bedeutung, auf die ursprünglichen Transaktionsdaten zugreifen zu können, was auch als „Datenverfügbarkeit“ bezeichnet wird.

Aufgrund der aktuellen Architektur von Ethereum werden die von L2 nach L1 übertragenen Daten jedoch in den Calldata der Transaktionen gespeichert. Calldata wurde ursprünglich als Parameter für Smart-Contract-Funktionsaufrufe konzipiert und besteht aus Daten, die alle Knoten synchron herunterladen müssen. Wenn Calldata aufgebläht wird, führt dies zu einer hohen Belastung der Ethereum-Netzwerkknoten, wodurch die Kosten für Calldata hoch werden. Dies ist der Hauptfaktor, der zu den aktuellen Kosten von L2 beiträgt. [3]

Blob geht dieses Problem an, indem es einen separaten Datentyp für die von L2 übertragenen Daten entwirft und diese von den Anrufdaten von L1 trennt. Dieser Datentyp darf nur für relevante Parteien innerhalb eines bestimmten Zeitraums zugänglich und herunterladbar sein, ohne dass eine vollständige Netzwerksynchronisierung erforderlich ist.

Auswirkungen von EIP-4844

Niedrigere Gasgebühr

Dies reduziert die Transaktionskosten im Netzwerk, insbesondere bei Layer2-Lösungen.

Vorbereitung auf das Sharding

Das Upgrade dient als Übergang für die zukünftige Daten-Sharding-Technologie auf Ethereum.

Stärkung der Kernwettbewerbsfähigkeit

Da immer mehr Layer-1-Lösungen auf den Markt kommen, trägt die Reduzierung der Layer-2- und Mainnet-Transaktionsgebühren dazu bei, dass Ethereum Marktanteile behält oder ausbaut.

Verbesserte Benutzererfahrung

Nach dem Upgrade können mehr Transaktionen durchgeführt werden und die Gebühren sind deutlich niedriger.

Einführung eines Gebührenmarktes

Da sich Blob von früheren Speichermethoden unterscheidet, wird es einen neuen Gebührenmarkt schaffen, der unabhängig von den L1-Gasgebühren ist.

Projekte mit potenzieller Wirkung

Layer2: Arbitrum, Optimism, zkSync usw.

Wie oben erwähnt, muss Layer2 hohe Gasgebühren zahlen, um seine Daten zur Überprüfung im Calldata-Feld zu speichern. Nach dem EIP-4844-Upgrade können die Kosten deutlich gesenkt und dadurch der Gewinn gesteigert werden. Darüber hinaus wird die weitere Senkung der Layer2-Gebühren auch die On-Chain-Aktivität auf Layer2 fördern und so zum Wohlstand des Ökosystems beitragen.

Layer2 DeFi

Layer2-basierte DeFi-Projekte wie GMX und RDNT, bei denen Kapitaleffizienz und Transaktionsgeschwindigkeit im Vordergrund stehen, können es Benutzern ermöglichen, nach dem Cancun-Upgrade „mehr mit weniger Geld zu erreichen“ und sich so besser auf die Aufnahme von mehr Benutzern vorbereiten.

DA-Spur

Da Blob-Daten nur für einen kurzen Zeitraum gespeichert werden können, kann die Lösung des Problems des Abrufs historischer Daten neue Dienste und Start-ups anregen, beispielsweise DA-Skalierungslösungen, die speziell für Layer2 entwickelt wurden.

Dieses grundlegende Upgrade wirkt sich nicht nur auf die oben genannten Bereiche aus, sondern wird auch NFTs, Cross-Chain-Brücken und andere Bereiche betreffen.

Zukünftige Schritte

Laut der von ETH Chinese vorgelegten Ethereum-Roadmap ist das Cancun-Upgrade der Kern von The Surge, dessen Hauptziel darin besteht, eine rollup-zentrierte Skalierung zu fördern und 100.000 TPS zu erreichen. Es besteht im Wesentlichen aus zwei Phasen:

1. Vorläufige Rollup-Skalierung: EIP-4844 führt einen neuen Transaktionstyp in Ethereum ein, der transiente Blob-Daten überträgt und so den Rollup-Overhead um das 10- bis 100-fache reduziert. Für die anfängliche Skalierung werden außerdem vorläufige OP-Rollup-Betrugsnachweise und ZK-EVMs eingesetzt.
2. Vollständige Rollup-Skalierung: Aufbauend auf der bisherigen Grundlage liegt der Schwerpunkt auf der Optimierung der Datenverfügbarkeit (DA), wie z. B. Datenverfügbarkeits-Sampling-Clients, P2P-Design usw.

Das Cancun-Upgrade ist lediglich der erste Schritt der vorläufigen Skalierung und legt den Grundstein für die zweite Phase der vollständigen Skalierung.

Ethereum-Entwicklungs-Roadmap (Quelle: ETH )

Nach The Surge wird es vier weitere Phasen geben: The Scourge, The Verge, The Purge und The Splurge.

Abschluss

Als wichtiges Upgrade in der Surge-Phase wird das Cancun-Upgrade das Layer2-Erlebnis und die Kosten weiter optimieren. Dies steigert die Wettbewerbsfähigkeit von Ethereum und EVM-basierten Blockchains erheblich und stärkt die führende Position des Ethereum-Mainnets. Da gleichzeitig die Kosten für Layer2 weiter optimiert wurden, könnten die Gewinnspannen im Layer2-Bereich größer werden, was möglicherweise zu einer neuen Wettbewerbsrunde führen würde.