Der State of Light-Clients in Ethereum

Das Folgende basiert auf einem aktuellen Twitter Spaces mit den Light-Client-Enthusiasten Phil Ngo, Gajinder Singh (Lodestar), Guillaume Ballet (Geth) und Matt Garnett (EF).

Bei Lodestar sind wir seit langem Befürworter von Light Clients, einer Software, die sich mit vollständigen Knoten verbindet, um mit der Blockchain zu interagieren. Als ressourcenschonende und vertrauenswürdige Alternative zum Betrieb Ihres eigenen vollständigen Knotens reduzieren Light-Clients die Notwendigkeit, Dritten zu vertrauen. Obwohl sie keine Blöcke bestätigen, sind sie im Hinblick auf den direkten Zugriff auf vertrauenswürdige Blockchain-Daten wertvoll.

Trotz ihres theoretischen Werts gibt es jedoch immer noch viel zu tun, um Light-Clients zu einem Standardbestandteil der Interaktion mit Ethereum zu machen. Im Folgenden gehen wir auf einige bestehende Herausforderungen (und Fortschritte) ein und betonen dabei die Bedeutung der Vertrauenslosigkeit, ohne die Benutzererfahrung zu beeinträchtigen.

Was sind Light-Clients?

Der dezentralste und vertrauenswürdigste Weg, mit Ethereum in Kontakt zu treten, ist der Betrieb eines vollständigen Knotens. Dies ist jedoch keine leichte Aufgabe – sie erfordert die Pflege einer unabhängigen Kopie der Blockchain und den sofortigen und direkten Zugriff auf das Peer-to-Peer-Netzwerk von Ethereum, das viel Arbeitsspeicher, Speicherplatz und CPU erfordert und es für viele Benutzer undurchführbar macht. Ganz zu schweigen davon, dass es in vielen Fällen unnötig ist, die gesamte Kette zu validieren.

Es wird noch viele Jahre dauern, bis Lösungen für dieses Problem, wie zum Beispiel Staatenlosigkeit, Realität werden. Im Moment ist es eine vielversprechende Lösung, der wir optimistisch gegenüberstehen, wenn man auf einige Vorteile des Betriebs eines vollständigen Knotens verzichtet, um mit minimalen Hardwareanforderungen zu funktionieren.

Tatsächlich haben wir letztes Jahr einen Artikel über Light Clients veröffentlicht und sie als Lösung für einige unserer Probleme hervorgehoben.

Zu diesem Zweck spielen Light Clients eine zentrale Rolle in Blockchain-Systemen und bieten Benutzern, die keine vollständigen Knoten betreiben möchten, sicheren Zugriff auf Ethereum, ohne das gesamte Netzwerk zu synchronisieren.

Anstatt lokale Blockchain-Daten zu speichern und Änderungen autonom zu überprüfen, beziehen Light-Clients die benötigten Daten von einem Anbieter, der sich direkt mit einem vollständigen Knoten verbinden könnte. Diese Daten werden dann vom Light Node verarbeitet, sodass dieser bestätigen kann, dass er Teil der kanonischen Kette ist und auf dem neuesten Stand bleibt.

Ethereum ist nicht das einzige Ökosystem, das aktiv an Light-Clients arbeitet.

Die Herausforderungen von Light Clients

Wie wir alle wissen, ist der Betrieb eines vollständigen Knotens mit ressourcenintensiven Aufgaben und Einschränkungen hinsichtlich der Gerätefunktionen und Rechenanforderungen verbunden. Während Light-Clients wie eine einfache Alternative erscheinen mögen, waren sie in der Vergangenheit schwierig zu implementieren.

Durch den Zusammenschluss hat sich jedoch grundlegend verändert, was es bedeutet, ein Light-Client bei Ethereum zu sein, sowohl hinsichtlich der Funktionsweise als auch des Angebots. Mit der Altair-Hardfork wurde das Sync-Komitee eingeführt, also eine nützliche Möglichkeit, einen leichten Konsens darüber zu erzielen, was der Kopf der Kette ist. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um eine nativere Integration von Light-Clients in das Protokoll.

Mit Proof of Stake verfügen wir jetzt über ein Light-Client-Protokoll, bei dem Sie im Grunde jeden Teil der Kette auswählen, einen Proof erstellen und tief in die Materie eintauchen können. Dies war zuvor nicht verfügbar, was den gesamten Raum interessanter macht und mehr Menschen dazu ermutigt, um Light-Clients herum zu bauen.

Lodestar-Prüfer
Eines der Dinge, an denen das Lodestar-Team gearbeitet hat, ist ein Prüfgerät. Das heißt, Sie verwenden die Light-Client-Synchronisierung, um Daten von der Ausführungsseite zu überprüfen, sodass die Überprüfung der Informationen, die Sie von einem Anbieter (wie Infura) erhalten, korrekt ist.

Die Hoffnung besteht darin, dass solche Dinge dem Protokoll eine weitere Sicherheitsebene und etwas mehr Dezentralisierung verleihen. Auch das ist nur ein erster Schritt. Wir brauchen konkretere Beispiele dafür, was mit diesem Potenzial gebaut werden kann.

Was hält uns heute davon ab, Light Clients zu verwenden?

Die Antwort darauf hat weniger mit der technischen Seite als vielmehr mit der Einführung der PoCs und der Infrastruktur zu tun, die wir haben (z. B. die Prover Library).

Wir müssen mehr Nachweisfunktionen für Transaktionen und Quittungen hinzufügen, wofür wir auf die SSZ-Kodierung von Transaktionen umsteigen müssten, aber ansonsten sind wir protokolltechnisch am Ziel.

Wir können diese Technologie jetzt tatsächlich nutzen! In Bezug auf UX müssen wir jedoch an einen Punkt gelangen, an dem der Light-Client einfach im Hintergrund läuft und die Benutzer nicht stört oder zusätzliche Schritte von ihnen erfordert.

Es ist natürlich schwierig, die Einführung von etwas in einem dezentralen Raum zu erzwingen, aber wir sollten darüber nachdenken, wie wir Anreize nutzen können, um dies zu fördern, und wie wir MetaMask, Rainbow usw. dazu bringen könnten, dies ebenfalls in Betracht zu ziehen.

Der Wandel von Merkle- zu Verkle-Bäumen

Ändern der Datenstruktur für mehr Effizienz – der Wechsel vom Merkle-Patricia-Baum-Setup zu den neueren Verkle-Bäumen ist für Light-Clients, die sonst mit großen Proof-Größen zu kämpfen hätten, von entscheidender Bedeutung.

Die Einführung von Verkle-Bäumen berücksichtigt dieses Problem durch eine neue Datenstruktur. Durch den innovativen Einsatz polynombasierter Techniken reduzieren Verkle-Bäume die Größe der für die Verifizierung erforderlichen Beweise erheblich, wodurch der Prozess für kleinere Kunden einfacher zu verwalten und zu optimieren ist.

„Die Idee ist, dass man dank Verkle kleine Beweise hat. Und deshalb können Sie Light-Clients, nennen wir sie zustandslose Clients, eine Möglichkeit bieten, alles zu überprüfen, was gegeben wurde, sodass weniger Vertrauen entsteht.“

Dieses Update bedeutet eine grundlegende Änderung in der Art und Weise, wie Light-Clients mit den Daten von Ethereum interagieren, und verbessert ihre Fähigkeit, den Zustand der Blockchain effizient zu überprüfen, ohne Kompromisse bei Sicherheit oder Vertrauen einzugehen.

Dies kommt nicht nur den aktuellen Light-Kunden zugute, sondern schafft auch die Voraussetzungen für zukünftige Innovationen und schafft einen Raum, in dem Benutzer reibungsloser, sicherer und effizienter mit Ethereum umgehen können.

Sollten Light Clients über L1 und L2 standardisiert werden?

Dies ist ein etwas kontroverses Thema, das derzeit zur Debatte steht. Per Guillaume: „Ich denke, wir sollten die Datenstruktur noch nicht harmonisieren, weil L2s experimentieren, sie sind die Leute, die sich schnell bewegen und Dinge kaputt machen, und die L1 ist vorsichtiger und etwas konservativer.“

Die Wahrheit ist, dass wir wahrscheinlich mehr Zeit brauchen, um über die Standardisierung nachzudenken. Was zeitlich sinnvoll ist, ist eine offene Frage, aber es dauert vielleicht fünf bis zehn Jahre, bis die Community überhaupt über einen Harmonisierungsprozess nachdenken kann.

Diese Verzögerung ist wohl durch die Komplexität der Ethereum-Schichten und die Herausforderung, Änderungen aufgrund der bereits vorhandenen Technologien und Designs umzusetzen, gerechtfertigt. Fazit: Wir sollten auf einen günstigeren Zeitpunkt für mögliche Standardisierungsbemühungen warten, um eine ausgereiftere und stabilisierte Ethereum-Infrastruktur zu ermöglichen.

Der Light Client Summit @ DevConnect 🇹🇷

Ethereum-Entwickler aus der ganzen Welt werden sich nächste Woche in Istanbul, Türkei, zur Devconnect versammeln – nehmen Sie an der dritten Ausgabe des Light Client Summit teil, mit Präsentationen und Diskussionen über die Richtung der Light-Client-Entwicklung!

Du schaffst es nicht? Bleiben Sie auf Twitter auf dem Laufenden, beteiligen Sie sich an der Unterhaltung auf Telegram oder nehmen Sie über Discord #light-clients an der Aktion teil.

Leitstern

Lodestar ist der neueste Ethereum-Konsens-Client, der mit TypeScript erstellt und von ChainSafe verwaltet wird. Unser Open-Source-Client und unsere Bibliotheken machen die Entwicklung auf Ethereum für die größte Gruppe von Entwicklern weltweit zugänglich. Mit einem Fokus auf Light Clients zielt Lodestar darauf ab, die Nutzbarkeit überprüfbarer Blockchain-Daten für alle Arten von Geräten und deren Benutzer zu verbessern.

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