Die Ethereum Roadmap | Der Weg zum Internet 3.0
Der Entwickler von Ethereum, Vitalik Buterin, äußerte sich am 25. November 2017 auf der BeyondBlock Taipei 2017 Konferenz über die zukünftigen Entwicklungsschritte der Ethereum-Plattform (Roadmap) für die nächsten drei bis fünf Jahre.
Die Plattform soll sich von einer einfachen, auf einer Blockchain basierenden Entwicklungsplattform für DApps und DAOs zu einem Weltcomputer transformieren. Der Weltcomputer, das ist die Vision, soll langfristig Serverfarmen ersetzen. Konkret bedeutet das, dass Ethereum die zukünftige Infrastruktur des Internets stellen möchte.
Der Weg dahin ist in der Roadmap von Ethereum festgeschrieben. In vier Entwicklungsstufen soll sich die Plattform Schritt für Schritt zu einem den Globus umspannenden Netzwerk transformieren.
Die Roadmap von Ethereum
Roadmap (dt. Straßenkarte) ist ein aus dem Englischen stammender Begriff, der im politischen und wirtschaftlichen Sinne dafür genutzt wird, um eine Strategie oder einen zukünftigen Plan zu beschreiben. Auf den Punkt gebracht ist eine Roadmap ein Plan für die Zukunft eines Unternehmens, welcher sich ständig erneut auf die Marktsituation anpasst, um ein definiertes Ziel zu erreichen.
Das Ziel von Ethereum besteht in der Etablierung eines umfassenden Weltcomputers. Um dieses Ziel zu erreichen, formulierten die Entwickler von Ethereum bereits vor dem Start der Ethereum-Plattform 2015 vier wichtige Entwicklungsschritte.
Die vier Entwicklungsschritte heißen Frontier, Homestead, Metropolis und Serenity. Aktuell befindet sich das Ethereum-Netzwerk in der Metropolis-Phase.
Ethereum möchte die zukünftige Infrastruktur des Internets stellen
1. Schritt der Roadmap: Frontier
Genau genommen folgt Frontier auf das Olympic Testnetz. Das Testnetz wurde betrieben, um die grundlegenden Funktionen der Ethereum-Plattform vor der Veröffentlichung zu testen. In der Übergangsphase zwischen Olympic und Frontier wurde Entwicklern und Nutzern in einer minimalistischen Form die folgenden Funktionen über das Interface Geth bereitgestellt:
- Ether Mining über den Proof-of-Work-Algorithmus
- erste Smart Contracts
- Handel von Ether an Krypto-Börsen
- Test und Entwicklung von DApps
Nach der Veröffentlichung von Frontier sahen sich die Entwickler von Ethereum zwei Problemen ausgesetzt. Erstens stand die Frage im Raum, inwiefern sich Ethereum auf dem Markt etablieren kann. Ethereum war darauf angewiesen, dass sich viele Interessierte die Ethereum-Software Geth herunterladen und einen Node betreiben.
Zweitens mussten die Entwickler in der Anfangsphase speziell auf Sicherheitsprobleme der Ethereum-Plattform achten. Aufgrund der erwarteten Komplikationen warnten die Entwickler die ersten Nutzer vor möglichen Risiken.
2. Schritt der Roadmap: Homestead
Homestead ist die zweite Phase auf der Ethereum-Roadmap. Homestead ging im März 2016 online. Homestead verbesserte das Ethereum-Protokoll auf Basis der Daten, welche im Frontier-Stadium gesammelt werden konnten.
Durch das Update wurden Sicherheitsprobleme gelöst, der Grundstein für zukünftige Software-Implementierungen gelegt und die Transaktionsgeschwindigkeit wurde erhöht.
3. Schritt der Roadmap: Metropolis
Metropolis ist ein Update, welches Ethereum leichter, schneller und sicherer machen soll. Metropolis selbst ist in zwei Phasen unterteilt: Byzantinum und Constantinople (am 01.03.2019 erfolgreich durchgeführt). Byzantinum wurde im Oktober 2017 erfolgreich aktiviert.
Da Byzantinum die aktuellste Version des Ethereum-Netzwerkes darstellt, soll näher darauf eingegangen werden. Die vier wichtigsten Neuerungen auf der Roadmap sind zk-SNARKs, die Implementierung des Proof-of-Stake-Algorithmus, die Steigerung der Flexibilität und Robustheit von Smart Contracts und ein Interface für Laien.
a) zk-SNARKs
Was sich anhört, als käme es vom Mars, bezeichnet ein kryptografisches Beweisverfahren. zk-SNARK steht für „Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge“ und basiert auf einem Zero-Knowledge-Beweis. Das Beweisverfahren wurde in der kryptografischen Sparte des FinTech-Bereiches erstmals von den Entwicklern der Kryptowährung ZCash verwirklicht.
Das klingt in erster Linie schwer verständlich. Zero-Knowledge-Beweisverfahren werden eingesetzt, wenn Informationen übermittelt werden sollen, aber niemand wissen soll, um welche Informationen es sich handelt. Der Empfänger der Information soll bloß wissen dürfen, ob die Information korrekt ist oder nicht. In einem normalen Briefverkehr ergibt das wenig Sinn, da der Empfänger die Nachricht lesen können muss, um entsprechend auf den Brief antworten zu können.
Im kryptografischen Bereich hingegen, wo Transaktionen von Krypto-Coins problemlos durchgeführt werden sollen, ergibt dieses Beweisverfahren einen Sinn. Über ein Zero-Knowledge-Beweisverfahren könnten Transaktionen durchgeführt werden, ohne Informationen über den Betrag der Transaktion, dem Sender der Transaktion und dem Empfänger der Transaktion preiszugeben.
Das bedeutet, dass die Transaktion auf einer Blockchain ohne das Mitwissen der Entwickler der Blockchain oder unerwünschten dritten Parteien verzeichnet werden kann.
Das soll anhand des folgenden Beispiels verdeutlicht werden:
Wenn Paul farbenblind ist und Erna ihn davon überzeugen will, dass sie einen roten und einen grünen Ball in der Hand hält, kann Paul das nicht feststellen. Erna kann es Paul dennoch beweisen. Dabei muss sie Paul nicht sagen, welcher Ball, welche Farbe hat und es auch nicht wirklich beweisen.
Um herauszufinden, ob Erna die Wahrheit sagt, muss Paul die beiden Bälle hinter seinem Rücken in den Händen halten. Nun wird er wiederholt einen Ball hervorholen und nur die Frage stellen, ob er die Bälle miteinander vertauscht hat. Paul kann die Bälle dabei beliebig miteinander vertauschen.
Würde Erna raten, ob Paul die Bälle tatsächlich vertauschte, läge ihre Trefferquote bei 50 %. Wird der Versuch oft genug wiederholt, kann Paul feststellen, ob Erna lügt oder nicht.
Denn wenn sie jedes Mal, wenn Paul die Bälle miteinander vertauschte, sagen kann, dass er sie vertauschte, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass Erna die Wahrheit sagte und die Bälle tatsächlich zwei verschiedene Farben haben.
Paul wird dabei nicht lernen, welcher Ball, welche Farbe hat, aber er wird lernen, dass die Bälle unterschiedliche Farben haben.
zk-SNARKS erhöhen die Transaktionsgeschwindigkeit, weil weniger Informationen überprüft werden müssen, um sagen zu können, ob eine Transaktion an der richtigen Adresse gelandet ist oder nicht. Sie erhöhen außerdem die Sicherheit, weil nach der Implementierung des Beweisverfahrens keine Informationen mehr preisgegeben werden. zk-SNARKS werden bei Smart Contracts eingesetzt.
b) Implementierung des Proof-of-Stake-Algorithmus
In der Roadmap von Ethereum ist die Implementierung des Proof-of-Stake-Algorithmus vorgesehen. Im Vergleich zum Proof-of-Work, womit Ethereum momentan arbeitet, bietet dieser Algorithmus die folgenden Vorteile:
- geringerer Energieverbrauch, geringere Kosten
- Mining Equipment wird irrelevant
- 51 % Attacken werden unwahrscheinlicher
- Betrug durch Staker wird ausgeschlossen
- Verifikationsprozess wird schneller
- Skalierung kann beliebig geändert werden
Aktuell wird jede 100. Transaktion durch den Proof-of-Stake-Algorithmus verifiziert. Langfristig soll die Verifizierung von Transaktionen nur noch durch den Proof-of-Stake-Algorithmus abgewickelt werden. Das wird durch den Casper-Consensus-Algorithmus gewährleistet. In dieser Phase soll der PoS-Algorithmus grundlegend implementiert werden. Am 08.05.2018 wurde auf Github die Casper-Version 0.1.0 veröffentlicht.
In der letzten Entwicklungsphase auf der Roadmap von Ethereum, soll das gesamte Ethereum-Universum nur noch mit dem PoS-Algorithmus arbeiten. Hinzu kommt eine Difficulty-Bomb. Diese Bombe erhöht den Schwierigkeitsgrad der Rechenaufgaben, welche Proof-of-Work-Miner lösen, um neue Blöcke in die Blockchain integrieren zu können, dermaßen, dass es unmöglich wird, neue Blöcke zu finden. Dementsprechend werden Anreize gesetzt, um auf den PoS-Algorithmus umzusteigen.
c) Flexibilität und Robustheit von Smart Contracts
Smart Contracts sind digitale Verträge, über die zwei Parteien, ohne eine regulierende dritte Partei, vollständig automatisiert bspw. eine Dienstleistung gegen eine entsprechende Bezahlung abwickeln können. Wird die Leistung erbracht, wird der Dienstleister automatisch bezahlt. Das Smart Contract-Update besteht in der Rückgabe des „Gas“ an den Smart Contract Entwickler.
Gas bezeichnet die Rechenleistung von Peter, wenn Peter der Dienstleister in einem Smart Contract ist. Für diese Rechenleistung, also die entsprechende Dienstleistung, bezahlt Thomas in Ether. Die Parteien können individuell festlegen, wie viel Rechenleistung im Smart Contract zur Verfügung gestellt werden soll. Das wird bei Vertragsabschluss bereits festgelegt.
Dann kann es sein, dass entweder mehr Rechenleistung oder weniger Rechenleistung, als vertraglich festgelegt, benötigt wird. Im ersten Fall wird der Smart Contract zurückgesetzt und die vertraglich festgelegte Rechenleistung ist aufgebraucht.
In diesem Fall sind auch die investierten Coins nicht mehr vorhanden. Im zweiten Fall bekommt der Initiator des Smart Contracts übrig gebliebene Ether zurückerstattet.
Ethereum etablierte nun die Funktion „Returndata“, was bedeutet, dass Vertragspartner jederzeit zu einem beliebigen Vertragsstadium zurückkehren können, ohne die festgelegte Rechenleistung vollständig aufzubrauchen. Das heißt, dass es bei Smart Contracts zukünftig keine Verluste mehr geben wird.
d) Das Interface für Laien
Ethereum setzt durch Metropolis ein Interface für Laien durch. Technisch ausgedrückt handelt es sich dabei um den Prozess der Account-Abstraktion. Das bedeutet, dass bald jeder Nutzer ohne technisches Wissen eine DApp auf der Ethereum-Blockchain betreiben kann. Das wird die Ethereum-Blockchain in den Hintergrund rücken und die gesellschaftliche Akzeptanz der kryptografischen DApp-Plattform erheblich steigern.
Hinzu kommt das sogenannte „Sharding“. Sharding bezeichnet die Zerteilung von Datensätzen in unterschiedliche Bruchstücke. Je nach Anwendungsbedarf können „Shards“ auf einer anderen Blockchain gespeichert werden, welche jedoch über Schnittstellen mit der Ethereum-Plattform verbunden ist.
Diese Entwicklung birgt ein gewaltiges Potenzial. Durch Sharding wird das Skalierungsproblem gelöst und DApps aus den verschiedensten Entwicklungsumgebungen können in die Ethereum-Plattform integriert werden. So ist es unter anderem denkbar, dass eine DApp für eine Zentralbank und eine DApp für den Automobilhandel auf unterschiedlichen Blockchains abgewickelt werden, aber beide mit der Ethereum-Blockchain gekoppelt sind.
Beide DApps können beliebig viele Transaktionen auf der eigenen Blockchain durchführen, weil die jeweils andere die Kapazität der anderen nicht begrenzt. Jede zusätzliche Blockchain verfügt über eigene Transaktionskapazitäten. Das heißt, dass pro Sekunde tausende Transaktionen im Ethereum-Netzwerk stattfinden können.
Denn durch die Anzahl der gekoppelten Blockchains steigt auch die mögliche Anzahl an Ether-Transaktionen. Im Vergleich zu Bitcoin, wo durchschnittlich 4 – 5 Transaktionen pro Sekunde durchgeführt werden, ist das ein enormer Vorteil. Das neue Interface ermöglicht nicht nur technischen Laien eine DApp über Smart Contracts zu betreiben, sondern es hat eine Lösung für das Skalierungsproblem im Gepäck.
4. Schritt der Roadmap: Serenity
Serenity ist der letzte Entwicklungsschritt des Ethereum-Netzwerkes. Über Serenity soll der Proof-of-Work-Algorithmus vollständig durch den Proof-of-Stake-Algorithmus ersetzt werden. In Metropolis wurde bereits der Grundstein dafür gelegt. Weitere Updates werden sich im Laufe der Zeit noch ergeben.
Fazit zur Ethereum Roadmap
Die Ethereum-Plattform für DApps und DAOs ist auf dem Weg, die Infrastruktur des Internets von morgen zu stellen. Die einzelnen Schritte auf der Ethereum-Roadmap zeigen, dass die Entwickler stets effizientere, günstigere und leichter zu bedienende Lösungen für die eigene Plattform suchen. Es ist durchaus denkbar und wahrscheinlich, dass sich Ethereum zukünftig zu einem Weltcomputer entwickeln wird, der ohne Serverfarmen auskommt.
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