Auch erfahrene Benutzer finden es möglicherweise schwierig, einige der komplexeren Krypto-Jargons zu verstehen. Manchmal muss man einfach mitnicken, während jemand in seinen Geschichten beiläufig über Blobs und Byzantinische Fehler- Toleranz spricht. Die Bitcoin-Branche ist bekannt für ihre schnelle Erfindung und hat ein ausgeklügeltes Vokabular geschaffen, das manchmal selbst erfahrene Experten herausfordert. Lassen Sie uns dieses Problem ein für alle Mal angehen.

Dieser Artikel zerlegt sieben der komplexesten und häufig falsch interpretierten Phrasen in der Blockchain-Umgebung in Atome und bietet dadurch eine gründliche Untersuchung ihrer Bedeutungen, Anwendungen und zukünftigen Folgen für digitales Geld.

Byzantinische Fehler-Toleranz: Das Fundament der Blockchain-Sicherheit

Die meisten der Millionen von Krypto-Enthusiasten haben vielleicht schon von der Byzantinischen Fehler-Toleranz gehört. 99,9% von ihnen können jedoch nicht vernünftig definieren, was das ist.

Normalerweise fehlt auch denjenigen, die die Geschichte der Bitcoin- Herstellung studieren und feststellen, dass Satoshi Nakamoto das Mining genau zur Lösung des Problems der Byzantinischen Fehler-Toleranz einsetzte, ein klares Verständnis davon, was das ist.

Ist es üblich zu glauben, dass das Problem mit Mining zu tun hat? Nein, wirklich.

Byzantinische Fehler-Toleranz (BFT), ein Begriff, der von einem theoretischen Problem der Informatik namens "Byzantinische Generäle Problem" abgeleitet ist, ist entscheidend für die Blockchain-Technologie. Dieses Problem wurde erstmals 1982 von Leslie Lamport, Robert Shostak und Marshall Pease vorgestellt und hebt die Schwierigkeiten hervor, in einem verteilten System Konsens zu erreichen, in dem Mitglieder feindlich oder unzuverlässig sein könnten.

Mehrere Generäle müssen in dem Byzantinischen Generäle Problem einen Angriff auf eine Stadt koordinieren. Sie können nur über Botschafter kommunizieren, wobei einige Generäle Verräter sein könnten, die versuchen, die Strategie zu untergraben. Die Schwierigkeit besteht darin, eine Strategie zu entwickeln, die es den gehorsamen Generälen ermöglicht, sich zu einigen, trotz der Anwesenheit von Verrätern.

Die Byzantinische Fehler-Toleranz im Kontext der Blockchain ist die Fähigkeit eines Systems, wie beabsichtigt zu funktionieren und Konsens zu erreichen, selbst wenn einige seiner Komponenten ausfallen oder sich böswillig verhalten. Die Aufrechterhaltung der Integrität und Sicherheit verteilter Netzwerke hängt davon ab.

Durch den Mechanismus des Proof-of-Work (PoW) Konsenssystems hat Satoshi Nakamoto, der pseudonyme Autor von Bitcoin, im Wesentlichen das Byzantinische Generäle Problem für digitale Währungen gelöst. Miner im PoW konkurrieren darum, schwierige mathematische Probleme zu lösen; der Gewinner erhält die Möglichkeit, den nächsten Block in der Blockchain anzuhängen. Da diese Methode rechnerisch kostspielig ist, haben Miner einen großen finanziellen Anreiz, ehrlich zu arbeiten.

Die PoW-Lösung funktioniert, weil:

1. Die Teilnahme teuer ist, was sowohl wohlwollendes als auch schädliches Verhalten abschreckt.
2. Die Komplexität der Rätsel garantiert, dass keine einzelne Einheit das Netzwerk leicht dominieren kann.
3. Die Regel der längsten Kette bietet einen einfachen Ansatz, um die richtige Version der Blockchain zu finden.

PoW ist jedoch nicht die einzige Lösung für das Byzantinische Generäle Problem auf der Blockchain. Um BFT auf energieeffizientere Weise zu lösen, wurden andere Konsenssysteme wie delegierter Proof-of-Stake (DPoS) und Proof-of-Stake (PoS) geschaffen.

Zum Beispiel verwendete Ethereum eine BFT- Konsensmethode namens Gasper, als es von PoW zu PoS wechselte, manchmal auch bekannt als „The Merge“. Die Kombination von Casper FFG (einem PoS-basierten Finalitätssystem) mit der LMD-GHOST-Fork-Choice-Regel bietet starke Garantien der Byzantinischen Fehler-Toleranz, wodurch der Energieverbrauch erheblich gesenkt wird.

Das Verständnis der grundlegenden Konzepte, die die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Blockchain-Systemen gewährleisten, hängt vom Verständnis von BFT ab. Neue Ansätze zu BFT tauchen auf, während sich die Technologie entwickelt, und bestimmen daher die Richtung verteilter Systeme.

Nonce: Das kryptografische Puzzlestück

Nonce ist eine Art Blockchain-Nonsens. Entschuldigung für diesen Witz. Während andere es vielleicht ein- oder zweimal gehört haben und einfach glauben, dass es ein Bestandteil des Sicherheitscodes ist, wissen Miner und Entwickler, was es ist. Nun, bis zu einem gewissen Grad ist es das.

Obwohl es einfach erscheint, ist die Idee eines Nonce in der Blockchain- Technologie ziemlich wichtig—insbesondere in Proof-of-Work-Systemen wie Bitcoin. „Nonce“ ist ein Begriff für „number only used once“ und es ist ein grundlegender Bestandteil des Mining-Prozesses, der Blockchain- Transaktionen sichert und verifiziert.

Beim Bitcoin-Mining ist ein Nonce ein 32-Bit (4-Byte) Feld, das sich im Block-Header befindet. Miner manipulieren diese Zahl, um einen Hash des Block-Headers zu erzeugen, der spezielle Anforderungen erfüllt—genauer gesagt, einen Hash, der unter einem Zielwert liegt, der vom aktuellen Schwierigkeitsgrad des Netzwerks bestimmt wird.

Der Mining-Prozess läuft folgendermaßen ab. Ein Miner erstellt einen Block mit ausstehenden Transaktionen.

Der Block-Header wird erstellt, der mehrere Elemente enthält:

• Versionsnummer
• Hash des vorherigen Blocks
• Merkle-Wurzel (ein Hash, der alle Transaktionen im Block darstellt)
• Zeitstempel
• Schwierigkeitsziel
• Nonce (zunächst auf 0 gesetzt)

Der Miner hasht den Block-Header mit dem SHA-256 Algorithmus. Wenn der resultierende Hash die Schwierigkeitsanforderungen erfüllt, gilt der Block als „gelöst“ und der Miner sendet ihn an das Netzwerk. Wenn der Hash die Anforderungen nicht erfüllt, erhöht der Miner die Nonce und versucht es erneut.

Dieses Erhöhen der Nonce und erneute Hashing geht so lange weiter, bis ein gültiger Hash gefunden wird oder der Nonce-Raum—2^32 oder etwa 4 Milliarden Möglichkeiten—erschöpft ist. Sollte der Nonce-Raum ohne korrekten Hash erschöpft sein, können Miner andere Block-Header-Komponenten (wie den Zeitstempel) ändern und von vorne beginnen.

Die Nonce erfüllt mehrere bedeutende Rollen.

Das Netzwerk kann den Schwierigkeitsgrad des Minings ändern, indem es die Miner dazu verpflichtet, eine bestimmte Nonce zu identifizieren, die einen Hash erzeugt, der spezielle Anforderungen erfüllt. Dies hält die Block-Zeit—für Bitcoin etwa 10 Minuten—konstant, unabhängig von Schwankungen in der Gesamt- Hash-Leistung des Netzwerks.

Die Nonce ist die Variable, die Miner kontrollieren, um die tatsächliche „Arbeit“ in Proof-of-Work auszuführen. Die Bestimmung der richtigen Nonce zeigt, dass ein Miner Rechnerressourcen eingesetzt hat.

Da die Nonce, die einen Block löst, unvorhersehbar ist, ist das Manipulieren der Blockchain ziemlich schwierig. Um ehrlich arbeitende Miner regelmäßig zu übertreffen, müsste ein Angreifer mehr als die Hälfte der Hash-Leistung des Netzwerks kontrollieren.

Die Nonce bietet Minern ein gleiches Spielfeld. Das Finden eines legitimen Blocks ist im Wesentlichen zufällig und hängt von der Rechenkapazität ab, die ein Miner zur Verfügung stellt.

Obwohl die Idee einer Nonce in PoW-Systemen weithin bekannt ist, werden Versionen davon in anderen Kontexten angewandt. In Ethereum-Transaktionen wird beispielsweise eine Nonce verwendet, um sicherzustellen, dass jede Transaktion nur einmal und in der richtigen Reihenfolge gehandhabt wird.

Die Funktion von Nonces könnte sich ändern, wenn sich die Blockchain- Technologie weiterentwickelt. Für Proof-of-Stake-Systeme zum Beispiel fehlt die Idee des Mining und der Nonces, wie sie in PoW angewendet wird. Dennoch bleibt die grundlegende Idee, unvorhersehbare, einmalige Nummern zu verwenden, um Sicherheit und Fairness zu gewährleisten, über viele Blockchain-Systeme hinweg wichtig.

Rollups: Vereinfachung von Layer-2-Transaktionen

Wenn Sie in der Welt der DeFi sind, haben Sie sicher schon von Rollups gehört. Dennoch besteht die Möglichkeit, dass das, was Sie darüber wissen, irgendwie mit Layer-2-Lösungen oberhalb der Layer-1-Blockchain zusammenhängt.

Nun, ja, aber es gibt noch mehr dazu.

Rollups sind zu einer möglichen Lösung geworden, um die Transaktionsgeschwindigkeit zu steigern und Gebühren zu senken, da Blockchain-Systeme wie Ethereum mit der Skalierbarkeit kämpfen. Rollups sind Layer-2-Skalierungsmethoden, die Transaktionsdaten auf Layer-1 veröffentlichen, während die Transaktionsausführung außerhalb der primären Blockchain (Layer-1) stattfindet.

Rollups bestehen im Wesentlichen darin, mehrere Transaktionen zu einem einzigen Batch zusammenzufassen und zur Hauptkette zu übermitteln. Diese Methode reduziert den benötigten Datenumfang der Hauptkette erheblich und fördert so eine größere Skalierbarkeit.

Rollout-Varianten kommen im Allgemeinen in zwei Ausführungen:

Optimistische Rollups führen Berechnung durch einen Betrugsnachweis im Falle einer Herausforderung durch und nehmen standardmäßig an, dass Transaktionen gültig sind. Wichtige Merkmale sind:

• Günstiger und schneller als ZK-Rollups für allgemeine Berechnungen.
• Einfachere Portierung bestehender Ethereum-Apps durch Kompatibilität mit der Ethereum Virtual Machine (EVM).
• Normalerweise dauert eine Woche, eine Herausforderung ermöglicht es jedem, Transaktionsergebnisse in Frage zu stellen. Beispiele sind Arbitrum und Optimism.

Zero-Knowledge (ZK) Rollups erzeugen kryptografische Beweise—bekannt als Gültigkeitsbeweise—, die die Richtigkeit der ausgelagerten Transaktionen bestätigen. Einer der Hauptmerkmale ist schnellere Finalität, da die Gültigkeitsbeweise sofort auf der Kette validiert werden, um sicherzustellen.

Potenziell höhere Skalierbarkeit als erwartete Roll-ups; Umfassendere Kryptographie macht sie jedoch schwieriger für allgemeine Berechnungen anzuwenden. Insbesondere sind zwei davon StarkNet und zkSync.

Roll-ups haben verschiedene Vorteile:

Roll-ups können die Anzahl der Transaktionen pro Sekunde (TPS), die das Netzwerk verarbeiten kann, erheblich erhöhen, indem die Bearbeitung off-chain übertragen wird. Die Transaktionsgebühren werden gesenkt, da weniger Daten auf der Hauptkette verarbeitet werden müssen. Rollups erben die Sicherheit der Hauptkette, da wichtige Daten weiterhin auf Layer-1 gespeichert werden. Insbesondere bei ZK-Rollups kann die Transaktion finalität um ein Vielfaches schneller erreicht werden als auf der Hauptkette.

Dennoch bieten Roll-ups auch Herausforderungen:

Technische Schwierigkeit: Die Verwendung von Roll-ups—insbesondere ZK-Rollups— ist kompliziert. Roll-up-Betreiber sind von erheblicher Bedeutung und könnten zu einem gewissen Zentralisierungseffekt führen. Bei optimistischen Roll-ups können Benutzer Verzögerungen erleben, während sie Geld an die Hauptkette zurückziehen, verursachen durch die Herausforderung-Phase.

Roll-ups werden wahrscheinlich wichtiger für Skalierungslösungen, wenn sich das Blockchain-Ökosystem weiterentwickelt. Projekte wie Ethereum 2.0 zeigen das Potenzial dieser Technologie in der Zukunft der Blockchain, da sie Rollup- zentrierte Skalierbarkeit als einen Hauptbestandteil ihres Entwicklungsplans einbeziehen wollen.

Blobs: Die Daten-Blöcke, die Ethereum umgestalten

Blobs sind jetzt ein Thema in der Schlüsselkompromittierung wird erheblich reduziert. Selbst wenn ein Angreifer einige Knoten kompromittiert, wäre es schwer, die Mehrheit der Schlüsselanteile zu erlangen, um den Validator zu kontrollieren.

2. Verbesserte Resilienz: Durch das Verteilen der Validierungsaufgaben auf mehrere Knoten wird das Risiko eines Single-Point-of-Failure verringert. Selbst wenn einige Knoten ausfallen oder offline gehen, kann der Validator weiterhin reibungslos arbeiten.

3. Höhere Dezentralisierung: DVT fördert die Dezentralisierung, indem es kleineren Teilnehmergruppen ermöglicht, gemeinsam an der Sicherheitsstruktur des Netzwerks teilzunehmen. Dies kann die Eintrittsbarrieren für Validatoren senken und zu einer breiteren Beteiligung führen.

4. Flexibilität: Validatoreinheiten mit DVT können ihren Betrieb effizienter skalieren und Ressourcen dynamisch zuweisen, um auf Netzwerkänderungen oder Überlastungen zu reagieren.

DVT führt jedoch auch einige Herausforderungen ein:

1. Komplexität der Implementierung: Die Einrichtung und Verwaltung eines verteilten Validators erfordert zusätzliche technische Kenntnisse und Verwaltungsaufwand, insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Validatorsätzen.

2. Koordinierungsanforderungen: Damit DVT effizient funktioniert, müssen die Betreiber reibungslos zusammenarbeiten, was eine erhöhte Koordination und Kommunikation erfordert.

3. Kompatibilität: Bestehende Tools und Software müssen möglicherweise angepasst werden, um DVT vollständig zu unterstützen, was zu einer längeren Adoptionskurve führt.

DVT ist ein wesentlicher Bestandteil der Bemühungen, die Sicherheit und Dezentralisierung in Proof-of-Stake-Netzwerken zu verbessern. Durch das Teilen von Verantwortlichkeiten und Risiken ermöglicht es eine robustere Infrastruktur, die für die ständige Weiterentwicklung von Netzwerken wie Ethereum 2.0 entscheidend ist. Einzelner Fehlerpunkt ist erheblich reduziert. Selbst wenn ein Betreiber kompromittiert wird oder offline geht, kann der Validator weiter funktionieren.

2. Erhöhte Betriebszeit: Mit mehreren Betreibern sind die Chancen, dass der Validator jederzeit seine Aufgaben erfüllen kann, stark verbessert, was potenziell zu höheren Belohnungen und besserer Netzwerkleistung führen kann.

3. Dezentralisierung: DVT ermöglicht ein dezentraleres Netzwerk, indem kleinere Betreiber an der Validierung teilnehmen können, ohne das volle Risiko und die Verantwortung zu übernehmen, einen Validator eigenständig zu betreiben.

4. Slashing-Schutz: In Proof-of-Stake-Systemen können Validatoren für Fehlverhalten bestraft (geschlitzt) werden. Durch Anforderung, dass mehrere Betreiber bei Aktivitäten zustimmen, kann DVT helfen, unbeabsichtigtes Slicen zu vermeiden.

Allerdings bringt DVT auch einige Herausforderungen mit sich:

1. Komplexität: Die Implementierung von DVT erfordert ausgefeilte kryptografische Protokolle und Koordination zwischen mehreren Parteien, was die Komplexität der Validatoren-Operationen erhöht.

2. Latenz: Die Notwendigkeit, dass mehrere Betreiber koordinieren, könnte potenziell Latenzen bei Validator-Handlungen einführen, obwohl dies mit einer ordnungsgemäßen Implementierung gemildert werden kann.

3. Vertrauensannahmen: Während DVT einzelne Fehlerpunkte reduziert, wird Vertrauen zwischen den Betreibern eines verteilten Validators erforderlich.

4. Regulatorische Überlegungen: Die verteilte Natur von DVT kann Fragen zur regulatorischen Konformität und Haftung in einigen Gerichtsbarkeiten aufwerfen.

DVT wird wahrscheinlich immer wichtiger werden, um die Sicherheit und Dezentralisierung zu erhalten, während sich Proof-of-Stake-Netzwerke entwickeln. Während sich verschiedene Implementierungen derzeit in der Entwicklung oder frühen Einsatz befinden, untersuchen Projekte wie Ethereum 2.0 aktiv die Einbeziehung von DVT.

Die Einführung von DVT könnte weitreichende Auswirkungen auf die Architektur von Proof-of-Stake-Netzwerken haben, sodass neue Arten von Validator-Pooling und Delegation ermöglicht werden, die Sicherheit, Dezentralisierung und Zugänglichkeit in Einklang bringen.

Dynamisches Resharding: Adaptives Blockchain-Partitionieren

Last but not least, sprechen wir über dynamisches Resharding. Basierend auf der Idee des Shardings, aber mit einer Flexibilitätsebene, die es dem Netzwerk ermöglicht, in Echtzeit auf sich ändernde Bedürfnisse zu reagieren, bietet es eine neue Methode zur Skalierung von Blockchains.

Oft als "der heilige Gral des Shardings" von einigen Blockchain-Enthusiasten bezeichnet, verspricht diese Technologie, eines der dauerhaftesten Probleme im Blockchain-Design zu lösen: das Jonglieren von Netzwerkkapazität und Ressourcennutzung. Klingt ziemlich kompliziert, oder?

Um dynamisches Resharding zu verstehen, muss man zuerst die Grundlagen des Shardings begreifen:

Angepasst für Blockchainsysteme ist Sharding eine Methode zur Datenbankpartitionierung. Es beinhaltet das Teilen der Blockchain in kleinere, besser kontrollierbare Shards. Jeder Shard kann theoretisch parallel Daten speichern und Transaktionen abwickeln, wodurch die Kapazität des Netzwerks erhöht wird.

Dynamisches Resharding erweitert diese Idee, indem das Netzwerk die Anzahl und Anordnung der Shards je nach aktuellem Netzwerkzustand ändern kann.

Diese flexible Strategie bietet mehrere potenzielle Vorteile.

Das Netzwerk kann durch das Erstellen neuer Shards bei hoher Nachfrage und das Zusammenlegen ungenutzter Shards bei niedriger Nachfrage eine effektive Ressourcennutzung garantieren.

Dynamisches Resharding ermöglicht es der Blockchain, ihre Kapazität zu erweitern, ohne einen Hard Fork oder signifikantes Protokollupdate zu verwenden, während die Netzwerknutzung steigt. Das Umverteilen von Daten und Transaktionen zwischen Shards hilft dem Netzwerk, eine konstantere Leistung über die Blockchain hinweg aufrechtzuerhalten.

Dynamisches Resharding kann zudem dem Netzwerk ermöglichen, sich mit unerwarteten Ereignissen wie Shard-Ausfällen oder Nachfragespitzen zu verändern.

Der Prozess des dynamischen Resharding umfasst typischerweise mehrere Schlüsselkomponenten.

Überwachungssystem analysiert kontinuierlich Netzwerkmetriken wie Transaktionsvolumen, Shard-Auslastung und Knotenleistung. Entscheidungsmaschine verwendet vordefinierte Algorithmen und möglicherweise maschinelle Lerntechniken, um zu bestimmen, wann und wie das Netzwerk resharden soll. Koordinierungsprotokoll stellt sicher, dass alle Knoten im Netzwerk der neuen Shard-Konfiguration zustimmen und den Resharding-Prozess konsistent ausführen. Während Shards aufgeteilt oder kombiniert werden, verschiebt es Daten und Statusinformationen zwischen ihnen sicher.

Hier ist eine zusammengefasste Übersicht möglicher Anwendungen des dynamischen Reshardings:

1. Das Überwachungssystem erkennt, dass ein bestimmter Shard konstant nahe seiner maximalen Kapazität arbeitet.

2. Die Entscheidungsmaschine bestimmt, dass dieser Shard aufgeteilt werden sollte, um die Last zu verteilen.

3. Das Koordinierungsprotokoll initiiert den Resharding-Prozess und stellt sicher, dass alle Knoten über die bevorstehende Änderung informiert sind.

4. Das Netzwerk führt einen sorgfältig choreografierten Prozess durch, um den neuen Shard zu erstellen, relevante Daten zu migrieren und Routinginformationen zu aktualisieren.

5. Nach Abschluss verfügt das Netzwerk nun über einen zusätzlichen Shard, um die erhöhte Last zu bewältigen.

Während dynamisches Resharding spannende Möglichkeiten bietet, stellt es auch erhebliche technische Herausforderungen dar.

Ein System zu implementieren, das ein Live-Blockchain-Netzwerk sicher und effizient resharden kann, ist äußerst komplex und erfordert ausgeklügelte Konsens- und Koordinationsmechanismen. Außerdem ist es eine nicht triviale Angelegenheit im Statusmanagement, sicherzustellen, dass alle relevanten Statusinformationen genau gespeichert und leicht zugänglich sind, wenn Daten über Shards fließen.

Dynamisches Resharding muss Transaktionen über mehrere Shards hinweg berücksichtigen, was je nach Shard-Anordnung schwieriger werden kann. Dann kommen die Sicherheitsfragen. Der Resharding-Prozess selbst muss sicher vor Angriffen, die auf Netzwerkmanipulation während dieser möglicherweise anfälligen Operation abzielen, sein. Die dynamischen Resharding-Überwachungs- und Entscheidungsprozesse fügen dem Netzwerk zusätzliche Rechenlast hinzu.

Ungeachtet dieser Schwierigkeiten untersuchen und entwickeln verschiedene Blockchain-Initiativen aktiv dynamische Resharding-Techniken. Near Protocol hat beispielsweise eine Art dynamisches Resharding in seinem Mainnet eingerichtet, sodass das Netzwerk die Anzahl der Shards je nach Nachfrage ändern kann.

Dynamisches Resharding könnte zunehmend wichtig werden, während sich die Blockchain-Technologie entwickelt, um skalierbare, flexible Netzwerke zu schaffen, die eine allgemeine Nutzung verteilter Anwendungen und Dienste ermöglichen.