Ethereum wird 10 Jahre alt – Zeit, das Trilemma hinter sich zu lassen

Dezentrale Systeme wie das Stromnetz und das World Wide Web skalierten durch die Lösung von Kommunikationsengpässen. Blockchains, ein Triumph des dezentralen Designs, sollten dem gleichen Muster folgen, doch frühe technische Einschränkungen führten dazu, dass viele Dezentralisierung mit Ineffizienz und langsamer Performance gleichsetzten.

Im Juli feiert Ethereum seinen 10. Geburtstag und hat sich von einem Entwickler-Spielplatz zur tragenden Säule der Onchain-Finanzierung entwickelt. Während Institutionen wie BlackRock und Franklin Templeton tokenisierte Fonds auf den Markt bringen und Banken Stablecoins einführen, stellt sich nun die Frage, ob es skalieren kann, um der globalen Nachfrage gerecht zu werden – wo hohe Arbeitslasten und millisekunden-genaue Reaktionszeiten entscheidend sind.

Trotz all dieser Entwicklungen bleibt eine Annahme bestehen: dass Blockchains zwischen Dezentralisierung, Skalierbarkeit und Sicherheit abwägen müssen. Dieses „Blockchain-Trilemma“ prägt das Design von Protokollen seit dem Genesis-Block von Ethereum.

Das Trilemma ist kein physikalisches Gesetz; es ist ein Designproblem, das wir nun endlich zu lösen lernen.

Überblick über skalierbare Blockchains

Ethereum-Mitbegründer Vitalik Buterin identifiziert drei Eigenschaften für die Blockchain-Leistung: Dezentralisierung (viele autonome Knoten), Sicherheit (Resilienz gegen böswillige Angriffe) und Skalierbarkeit (Transaktionsgeschwindigkeit). Er stellte das „Blockchain-Dilemma“ vor, das besagt, dass die Verbesserung von zwei Eigenschaften typischerweise die dritte schwächt, insbesondere die Skalierbarkeit.

Diese Ausrichtung prägte den Weg von Ethereum: Das Ökosystem setzte Prioritäten auf Dezentralisierung und Sicherheit und baute auf Robustheit sowie Fehlertoleranz über Tausende von Knoten hinweg. Doch die Leistung hinkt hinterher, mit Verzögerungen bei der Blockverbreitung, dem Konsens und der Finalität.

Um Dezentralisierung bei gleichzeitiger Skalierung aufrechtzuerhalten, verringern einige Protokolle auf Ethereum die Validatorenbeteiligung oder Verantwortlichkeiten im Shard-Netzwerk; Optimistische Rollups, Verschiebung der Ausführung außerhalb der Blockchain und verlassen sich auf Betrugsnachweise, um die Integrität zu wahren; Layer-2-Designs zielen darauf ab, Tausende von Transaktionen in einer einzigen Transaktion zusammenzufassen, die an die Hauptkette gebunden wird, wodurch der Skalierungsdruck verringert, jedoch Abhängigkeiten von vertrauenswürdigen Knoten eingeführt werden.

Sicherheit bleibt von höchster Bedeutung, da die finanziellen Einsätze steigen. Ausfälle resultieren aus Ausfallzeiten, Kollusion oder Fehlern bei der Nachrichtenübermittlung, was dazu führt, dass der Konsens stoppt oder doppelte Ausgaben entstehen. Dennoch basiert die Skalierung meist auf bestmöglicher Leistung anstelle von Protokollebene-Garantien. Validatoren werden dazu angereizt, ihre Rechenleistung zu erhöhen oder auf schnelle Netzwerke zu setzen, doch es gibt keine Garantien dafür, dass Transaktionen abgeschlossen werden.

Dies wirft wichtige Fragen für Ethereum und die Branche auf: Können wir darauf vertrauen, dass jede Transaktion auch unter hoher Last finalisiert wird? Reichen probabilistische Ansätze aus, um Anwendungen im globalen Maßstab zu unterstützen?

Während Ethereum sein zweites Jahrzehnt betritt, wird die Beantwortung dieser Fragen für Entwickler, Institutionen und Milliarden von Endnutzern, die auf Blockchains zur Erfüllung ihrer Anforderungen angewiesen sind, von entscheidender Bedeutung sein.

Dezentralisierung als Stärke, nicht als Einschränkung

Dezentralisierung war niemals die Ursache für eine schleppende Benutzererfahrung auf Ethereum, sondern die Koordination im Netzwerk. Mit der richtigen Ingenieurskunst wird Dezentralisierung zu einem Leistungsvorteil und einem Katalysator für Skalierung.

Es erscheint naheliegend, dass ein zentrales Steuerungszentrum einem vollständig dezentralen überlegen ist. Wie könnte es anders sein, als einen allwissenden Kontrolleur zu haben, der das Netzwerk überwacht? Genau hier möchten wir Annahmen aufklären.

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Dieser Glaube begann vor Jahrzehnten bei Professor Medard Labor am MIT, um dezentrale Kommunikationssysteme nachweislich optimal zu gestalten. Heute, mit Zufällige Lineare Netzwerkkodierung (RLNC), diese Vision ist endlich in großem Maßstab umsetzbar.

Kommen wir zur Technik.

Um die Skalierbarkeit anzugehen, müssen wir zunächst verstehen, wo Latenz auftritt: In Blockchain-Systemen muss jeder Knoten dieselben Operationen in derselben Reihenfolge beobachten, um dieselbe Folge von Zustandsänderungen ausgehend vom Anfangszustand nachzuvollziehen. Dies erfordert einen Konsens – einen Prozess, bei dem alle Knoten einem einzigen vorgeschlagenen Wert zustimmen.

Blockchains wie Ethereum und Solana verwenden einen leaderbasierten Konsens mit vorab festgelegten Zeitfenstern, in denen Knoten eine Einigung erzielen müssen, nennen wir es „D“. Wählt man D zu groß, verlangsamt sich die Finalität; wählt man es zu klein, schlägt der Konsens fehl; dies schafft einen dauerhaften Kompromiss in der Leistung.

Im Konsensalgorithmus von Ethereum versucht jeder Knoten, seinen lokalen Wert den anderen mitzuteilen, durch eine Reihe von Nachrichtenaustauschen mittels Gossip-Propagation. Aufgrund von Netzwerkstörungen wie Überlastung, Engpässen, Pufferüberlauf können jedoch einige Nachrichten verloren gehen, verzögert werden oder dupliziert auftreten.

Solche Vorfälle erhöhen die Zeit für die Informationsverbreitung und führen daher zwangsläufig dazu, dass der Konsens in großen Netzwerken lange D-Slots erfordert. Um Skalierbarkeit zu erreichen, beschränken viele Blockchains die Dezentralisierung.

Diese Blockchains erfordern für jede Konsensrunde eine Bestätigung von einer bestimmten Schwelle der Teilnehmer, beispielsweise zwei Drittel der Einsätze. Um Skalierbarkeit zu erreichen, müssen wir die Effizienz der Nachrichtenverbreitung verbessern.

Mit Random Network Linear Coding (RLNC) streben wir an, die Skalierbarkeit des Protokolls zu verbessern und damit direkt die durch aktuelle Implementierungen auferlegten Beschränkungen zu adressieren.

Dezentralisierung zur Skalierung: Die Kraft von RLNC

Zufälliges lineares Netzwerk-Coding (RLNC) unterscheidet sich von traditionellen Netzwerkkodes. Es ist zustandslos, algebraisch und vollständig dezentralisiert. Anstatt den Datenverkehr zu mikromanagen, mischt jeder Knoten codierte Nachrichten unabhängig; dennoch werden optimale Ergebnisse erzielt, als ob ein zentraler Controller das Netzwerk orchestrieren würde. Es wurde mathematisch bewiesen, dass kein zentraler Planer diese Methode übertreffen könnte. Das ist in der Systemgestaltung ungewöhnlich und macht diesen Ansatz so kraftvoll.

Anstatt Rohnachrichten weiterzuleiten, unterteilen und übertragen RLNC-fähige Knoten die Nachrichtendaten in codierte Elemente mithilfe algebraischer Gleichungen über endlichen Feldern. RLNC ermöglicht es den Knoten, die ursprüngliche Nachricht nur anhand einer Teilmenge dieser codierten Teile zu rekonstruieren; es ist nicht erforderlich, dass jede Nachricht ankommt.

Es vermeidet auch Duplikationen, indem jeder Knoten die empfangenen Daten in neue, einzigartige lineare Kombinationen direkt verarbeitet. Dies macht jeden Austausch informativer und widerstandsfähiger gegenüber Netzverzögerungen oder -verlusten.

Mit Ethereum-Validatoren, die nun RLNC über OptimumP2P testen – darunter Kiln, P2P.org und Everstake – ist dieser Wandel nicht mehr hypothetisch. Er ist bereits im Gange.

Als Nächstes werden RLNC-gestützte Architekturen und Pub-Sub-Protokolle in andere bestehende Blockchains eingebunden, um deren Skalierbarkeit durch höhere Durchsatzraten und geringere Latenzzeiten zu verbessern.

Ein Aufruf zu einem neuen Branchenmaßstab

Wenn Ethereum in seinem zweiten Jahrzehnt als Grundlage der globalen Finanzwelt dienen soll, muss es veraltete Annahmen hinter sich lassen. Seine Zukunft wird nicht durch Kompromisse bestimmt, sondern durch nachweisbare Leistungsfähigkeit. Das Trilemma ist kein Naturgesetz, sondern eine Einschränkung alten Designs, die wir nun überwinden können.

Um den Anforderungen der realen Nutzung gerecht zu werden, benötigen wir Systeme, die Skalierbarkeit als erstklassiges Prinzip vorsehen, unterstützt durch nachweisbare Leistungszusagen und nicht durch Kompromisse. RLNC bietet einen Weg nach vorne. Mit mathematisch fundierten Durchsatzgarantien in dezentralen Umgebungen ist es eine vielversprechende Grundlage für ein leistungsfähigeres, reaktionsschnelleres Ethereum.

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