Skalierbarkeit von Ethereum:So skalieren Sie Ethereum

Ethereum gehört zu den ehrgeizigsten Blockchains, wenn es um Skalierung geht. Tatsächlich hat keine andere Blockchain eine Skalierungs-Roadmap, die so tiefgreifend ist wie die von Ethereum. Skalierung ist jedoch nicht nur Ethereum vorbehalten, da jede Blockchain skaliert werden muss, um in einem zukünftigen Blockchain-fähigen Markt relevant zu werden.

Was ist Blockchain-Skalierbarkeit?

Blockchain-Skalierbarkeit ist die Fähigkeit eines Blockchain-Netzwerks, einen hohen Transaktionsdurchsatz zu unterstützen und viele Transaktionen zu verarbeiten. Daher wird ein Blockchain-Netzwerk, das viele Transaktionen pro Sekunde (TPS) verarbeiten kann, als skalierbar bezeichnet. Im Gegensatz dazu haben Blockchains mit geringem Durchsatz eine schlechte Skalierbarkeit.

Dezentrale Systeme erreichen ihre Dezentralisierung durch die Verteilung des Entscheidungsprozesses auf alle Netzwerkteilnehmer. Damit sind sie zentralisierten Systemen überlegen, die sich auf zentrale Instanzen verlassen, um Entscheidungen zu treffen. Allerdings hat es auch Nachteile, wenn viele Menschen Entscheidungen treffen müssen.

In Blockchain-Systemen verlangsamt die Dezentralisierung die Geschwindigkeit der Transaktionsverarbeitung, da jeder Knoten im Netzwerk die Transaktionen validieren muss. Was im Wesentlichen passiert, ist, dass alle Knoten am Konsensverfahren teilnehmen müssen. Jede Blockchain verfügt über ein Konsensprotokoll (eine Reihe von Regeln), um die Transaktionsvalidierung zu steuern. Knoten leiten auch Blocktransaktionen und Validierungen an andere Knoten weiter, um das gesamte Netzwerk auf dem neuesten Stand zu halten. Da diese Art der Validierungsarbeit von jedem einzelnen Knoten durchgeführt wird, haben Blockchains wie Bitcoin und Ethereum eine niedrige TPS-Rate, was zu Skalierbarkeitsproblemen führt.

Der einfachste Weg für Entwickler, Skalierbarkeitsprobleme zu lösen, besteht jedoch darin, Dezentralisierung und Sicherheit zu opfern. Die Anzahl der Knoten trägt zur Dezentralisierung einer Blockchain bei. Je mehr Nodes an der Konsensfindung einer Blockchain teilnehmen, desto dezentraler ist diese Blockchain. Der Kompromiss ist als „Blockchain-Skalierbarkeits-Trilemma“ bekannt. Trent McConaghy und der Mitbegründer von Ethereum, Vitalik Buterin, prägten diesen Begriff, um auf die Tatsache hinzuweisen, dass Blockchain-Entwickler nicht gleichzeitig Dezentralisierung, Skalierbarkeit und Sicherheit erreichen können. Das macht Blockchains trotz ihrer Vorzüge begrenzt.

Warum eine Blockchain skalieren?

Visa verarbeitet etwa 1.700 Transaktionen pro Sekunde, während Ethereum nur etwa 30 Transaktionen gleichzeitig verarbeitet. Bitcoin ist in dieser Hinsicht noch schlimmer, da sein Netzwerk drei bis sieben Transaktionen pro Sekunde verarbeitet. Folglich müssen die beiden Blockchains skalieren, um Mainstream zu werden und einen Massenmarkt zu bedienen. Um dies zu erreichen, müssen sie Lösungen für die folgenden Faktoren finden, die sich auf die Skalierbarkeit der Blockchain auswirken:

Blockgröße

Blöcke enthalten Stapel von Transaktionen, die die Blockchain bilden. Die Anzahl der Transaktionen in einem Block und die Generierungszeit eines Blocks bestimmen die TPS-Rate der Blockchain. Daher ist die Blockgröße entscheidend für die Verbesserung des TPS einer Blockchain. Ein großer Block hält mehr Transaktionen und verbessert so den TPS. Steigende Blockgrößen beeinträchtigen jedoch die Dezentralisierung einer Blockchain, da es schwieriger wird, einen Knoten zu betreiben, der mehr Transaktionen validieren muss und daher in der Lage sein muss, größere Datenlasten zu verarbeiten.

Speicherbeschränkungen

Nodes müssen jeden neuen Block herunterladen. Das heißt, sie brauchen Platz, um diese Blöcke zu halten. Wenn das Netzwerk jedoch erweitert wird, benötigen die Knoten mehr Speicherplatz, was teuer werden kann. Dies bezieht sich auf das obige Problem. Mit zunehmender Blockgröße benötigen die Knoten eine größere Speicherkapazität.

Transaktionsgebühren

Netzwerküberlastung aufgrund eines hohen Transaktionszuflusses bedeutet, dass Benutzer mehr Gebühren zahlen müssen. Die hohe Nachfrage nach Platz in einem Block zwingt die Benutzer, mehr zu zahlen, um die Warteschlange zu „überspringen“. Infolgedessen steigen die Transaktionsgebühren. Ethereum-Benutzer zahlen oft hohe Gasgebühren wegen Netzwerküberlastung.

Antwortzeit

Die Reaktionszeit bezieht sich auf die Zeit, die Benutzer warten müssen, bis Nodes ihre Transaktionen validieren. Beispielsweise benötigt das Bitcoin-Netzwerk etwa 10 Minuten, um eine Transaktion zu bestätigen. Bei Ethereum kann es zwischen 15 Sekunden und fünf Minuten dauern. Je höher die Antwortzeit, desto länger dauert es, bis eine Transaktion auf einer Blockchain abgewickelt wird.

So skalieren Sie eine Blockchain

Es gibt drei Skalierungsansätze:

Interne Skalierung

Die interne Skalierung beinhaltet die Verbesserung der internen Datenstrukturen des Knotens und des Konsensprotokolls. Ziel ist es, Ressourcen wie Speicherplatz und die damit verbundenen Kosten zu optimieren.

Knotenaufteilung

Beim Node-Splitting werden die Verantwortlichkeiten der vollständigen Nodes in Sub-Nodes aufgeteilt. Jeder Unterknoten erhält eine spezifischere Rolle und wird von spezialisierten Parteien betrieben. Mit dieser Skalierungsoption soll ein Verifizierungsknoten erstellt werden, dessen Ausführung für den Benutzer kostengünstiger ist.

Externe Skalierung

Diese auch als Off-Chain-Skalierung bezeichnete Methode beinhaltet das Hinzufügen von Layer-2-(L2-)Ketten über der Hauptkette und kann allgemein als modulare Skalierung bezeichnet werden. Beispiele hierfür sind das Lightning Network von Bitcoin oder die verschiedenen Layer-2-Lösungen von Ethereum.

Die ersten beiden Skalierungskategorien können zu einer Zentralisierung der Blockchain führen. Aus diesem Grund entscheiden sich Blockchains wie Ethereum (und Bitcoin) für externe Skalierung in Form von Layer-2-Lösungen oder Sidechains.

Ethereum skalieren

Der Skalierungsansatz von Ethereum ist Teil seiner mehreren Upgrades, die früher als ETH 2.0-Upgrade bezeichnet wurden. Daher dauern die Skalierungsbemühungen von Ethereum noch an, während wir dies schreiben. Ab sofort wurde bereits die Beacon Chain eingeführt, die auf Proof-of-Stake (PoS) läuft. Der nächste Schritt ist die Integration dieser neuen Consensus-Layer-Kette in das aktuelle Mainnet von Ethereum. Dies markiert auch das Ende des Proof-of-Work (PoW)-Mining für Ethereum. Der dritte entscheidende Schritt ist die Implementierung der eigentlichen Skalierbarkeits-Roadmap von Ethereum. Letztendlich hängt die zukünftige Skalierbarkeit von Ethereum von der Erfüllung dieser Lösungen ab.

On-Chain-Skalierung

Ethereum-Entwickler nehmen Änderungen auf der Basisschicht durch die Implementierung eines Mechanismus vor, der als Sharding bekannt ist. Beim Sharding werden neue Ketten (Shards) erstellt, um die Transaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen und die Netzwerküberlastung zu verringern.

Off-Chain-Skalierung

Ethereum wendet Off-Chain-Skalierung außerhalb seiner Basisschicht an. Die beliebtesten Off-Chain-Lösungen (Layer-2-Lösungen) werden im Folgenden beschrieben:

• Rollups :Rollups führen Transaktionen außerhalb der Basisschicht aus. Genauer gesagt werden Transaktionen außerhalb der Kette gebündelt und komprimiert, bevor sie auf der Konsensbasisebene verifiziert werden. Die zwei Arten von Rollups sind optimistisch und Zero-Knowledge.
• Staatskanäle: Sie verwenden Multisig-Verträge, die es den Benutzern ermöglichen, Transaktionen außerhalb der Kette schneller durchzuführen.
• Sidechains :Sie sind unabhängige Blockchains, die parallel zum Mainnet laufen. Im Idealfall erhalten sie ihre eigene Blockchain-Sicherheit von der zugrunde liegenden Base-Layer-Kette.
• Plasma: Dies ist eine separate Blockchain, die Streitigkeiten mit optimistischen Rollups beilegt.
• Validium: Es verwendet Gültigkeitsnachweise und Daten werden nicht auf der Basisschicht gespeichert.

Ist Ethereum skalierbarer als Bitcoin?

Nun, diese Frage ist schwer abschließend zu beantworten. Ab sofort könnte Ethereum als skalierbarer als Bitcoin angesehen werden, da es etwas mehr Transaktionen pro Sekunde verarbeitet. Da die Hashrate von Ethereum niedriger und sein Netzwerk möglicherweise nicht so dezentralisiert ist wie Bitcoin, würden einige Bitcoin als sicherer als Ethereum betrachten. Darüber hinaus expandiert Ethereum schneller als Bitcoin, was es für den durchschnittlichen Benutzer unmöglich macht, einen vollständigen Knoten zu betreiben. Da Ethereum gerade dabei ist, auf Proof-of-Stake umzustellen und ein vollständiges modulares Skalierbarkeitsgebäude einzuführen, müssen wir noch sehen, ob die höhere Skalierbarkeit, die mit dieser Änderung einhergeht, auch sicher genug sein wird.

Am Ende des Tages kann gesagt werden:Sowohl Bitcoin als auch Ethereum skalieren schrittweise, während sie auf eine breite Akzeptanz hinarbeiten. Dennoch haben die beiden Blockchains unterschiedliche Ziele, was bedeutet, dass sie mit zunehmender Akzeptanz in Zukunft möglicherweise nicht mehr vergleichbar sind. Zur Veranschaulichung hat Bitcoin eine klare Geldpolitik und könnte zu einer globalen Währung werden, wenn es eine Massenakzeptanz erreicht. Ethereum hingegen hat eine weniger klare Geldpolitik und tendiert eher zu seinen Funktionen als Plattform für dezentrale Anwendungen (DApps).