Die Zahl der Nutzer von Blockchain-Anwendungen hat in den letzten Jahren drastisch zugenommen. Insbesondere bei der Ethereum-Blockchain führte dies dazu, dass Kapazitätsgrenzen erreicht wurden, was einen massiven Anstieg der Transaktionsgebühren zur Folge hatte. Dies ist ein limitierender Faktor für die grossflächige Akzeptanz von Blockchain-Dienstleistungen. Dieser Beitrag unterstreicht die Notwendigkeit von Skalierungslösungen und beleuchtet einige der möglichen Ansätze.
Kürzlich habe ich versucht, einigen alten Wallets (‘Geldbörsen’) der Kryptowährung Ethereum einem «Frühjahrsputz» zu unterziehen. Ich schreibe "versucht", denn als ich eine Transaktion ausführen wollte, sah ich das hier:
Die geschätzte Gas-Fee (Transaktionsgebühr) für eine Transaktion beträgt umgerechnet $220, das sind nur $9 weniger als der Gesamtbetrag des Wallets. Diese Tatsache gab mir zu verstehen, wie überlastet das Netzwerk momentan ist, und ich habe das Projekt vorübergehend auf Eis gelegt.
Dieser Ansturm führte zu einem enormen Anstieg der Netznutzung und damit verbunden zu einer Erhöhung der Transaktionsgebühren. Viele Transaktionen wurden mehrere Stunden lang nicht verarbeitet, was die Nutzung des Netzwerks praktisch unmöglich machte. Seitdem hat sich die Skalierung von Ethereum zu einem der umstrittensten Themen in der Branche entwickelt und gewann im pandemischen Summer of '20, als DeFi-Anwendungen die Welt im Sturm eroberten, und während des Bull Run im letzten Jahr weiter an Bedeutung. In beiden Fällen ist der Anstieg der Nutzerzahlen und der entsprechende Anstieg der durchschnittlichen Transaktionskosten in der folgenden Grafik zu sehen:
Das sogenannte "Blockchain-Trilemma" beschreibt das Gleichgewicht zwischen den Aspekten der Sicherheit, Dezentralisierung und Skalierbarkeit jedes Blockchain-Systems. Skalierbarkeit bezieht sich in der Blockchain-Welt meist auf den Transaktionsdurchsatz, der normalerweise in Transaktionen pro Sekunde gemessen wird. Die Skalierbarkeit von Daten und die Skalierbarkeit von Berechnungen sind ebenfalls wichtige Aspekte, wenn es um die Programmierung von «Smart Contracts» (digitale, programmierbare Verträge) geht. Die Entwickler müssen Beschränkungen sowie für die auf der Blockchain gespeicherten Daten als auch die Anzahl der durchgeführten Berechnungen berücksichtigen, da diese die Kosten und den Zeitaufwand für die Ausführung der Verträge erhöhen.
Es gibt eine Abwägung zwischen diesen Kriterien, und alle Blockchains opfern eines davon, um die beiden anderen zu optimieren. Zum Beispiel neigt ein sicheres und gleichzeitig skalierbares System zu Zentralisierung. Ein dezentralisiertes und skalierbares System wird in der Regel einige (hoffentlich) kalkulierte Kompromisse hinsichtlich der Sicherheit eingegangen sein.
Im Fall des Ethereum-Protokolls werden die Aspekte der Sicherheit und Dezentralisierung vor der Skalierbarkeit priorisiert. Das dezentralisierte Design des Netzwerks bedeutet, dass Ethereum in der Lage ist, etwa 15 bis 23 Transaktionen pro Sekunde zu verarbeiten. Wenn Tausende von Nutzern die protokolleigene Währung ETH verschicken wollen, dauert es natürlich nicht lange, bis Kapazitätsgrenzen erreicht werden. Das Ergebnis sind enorme Gebühren, welche die Nutzung des Netzwerks für den Durchschnittsnutzer siwie auch für Entwickler unrentabel machen. Damit wird die Massenakzeptanz des digitalen Vermögenswertes eingeschränkt. Aber es muss doch eine Lösung geben!?
(Mehr zu den Lösungsansätzen finden Sie im originalen Blog-Post auf Englisch hier)
Wenn man über Blockchain-Protokolle spricht, ist es wichtig, zwischen Schicht eins und Schicht zwei zu unterscheiden. Schicht Eins (Layer One) bezieht sich auf die eigentliche Blockchain, d. h. die Protokollschicht und alle damit verbundenen wirtschaftlichen Mechanismen. Schicht Zwei (Layer Two) bezieht sich auf die Technologie, die auf Schicht Eins aufbaut. Es ist wichtig zu beachten, dass sich die Lösungen der zweiten Schicht auf die Sicherheit und Architektur der zugrunde liegenden Blockchain stützen und nicht versuchen, die Basisschicht zu verändern.
Im Allgemeinen gibt es drei Hauptwege zu Ethereum oder auch zu den meisten anderen Blockchains.
- Skalierung der Blockchain selbst: Layer One Skalierung;
- Aufbauend auf Layer One: Layer Two Skalierung und.
- Aufbauen auf der Seite von Layer One: Sidechains.
Layer One Scaling
Wie bereits erwähnt, bezieht sich Layer One auf die eigentliche Blockchain, so dass eine Skalierung eine Änderung des zugrunde liegenden Protokolls bedeutet, die in Form einer Erhöhung der Blockgröße oder einer Änderung der Architektur erfolgen könnte. Die vorgeschlagene Lösung für die Skalierung des Ethereum-Netzwerks ist eine Änderung der Konsensschicht, die bis Ende 2021 als "Ethereum 2.0" bezeichnet wird, bevor sie umbenannt wird. Diese Aktualisierung bezieht sich auf eine Reihe miteinander verbundener Änderungen wie den Wechsel zu Proof-of-Stake (PoS) und Sharding. Proof-of-Stake ist ein Konsensalgorithmus (eine Möglichkeit für das Netzwerk, eine Einigung zu erzielen), bei dem die finanziellen Ressourcen eines Nutzers (sein Einsatz) gesperrt sind und ein korrektes Verhalten gewährleistet wird. Sharding bezieht sich auf den Prozess der Aufteilung von Daten in kleinere Teile und deren parallele Verarbeitung auf verschiedenen Computern im Netzwerk. Dadurch kann der Durchsatz des Ethereum-Netzwerks drastisch erhöht werden, so dass etwa 10.000 Transaktionen pro Sekunde möglich sind. Proof of Stake soll im zweiten Quartal 2022 eingeführt werden, Sharding zwischen 2022 und 2023.
Fazit | Scale Wars: Zu den Grenzen und Skalierbarkeit des Ethereum-Netzwerks
Die Blockchain-Branche verändert sich ständig. Wie jede aufstrebende Technologie muss sie mit einer Vielzahl von Herausforderungen fertig werden. Die obengenannten Einschränkungen des Ethereum-Netzwerks können seine Nutzung stark behindern, jedoch ist es inspirierend zu sehen, wie viele Teams sich der Behebung dieser Probleme widmen. Die im Original-Artikel genannten Lösungen werden wesentlich zur Verbreitung der Blockchain-Technologie beitragen, da sie in der Lage sind, Kosten zu senken und die Geschwindigkeit zu erhöhen. Ich bin zuversichtlich, dass es benutzerfreundliche Anwendungen mit intuitiv gestalteten Interfaces geben wird, die es auch Anfängern ermöglichen werden, mit dieser Technologie zu interagieren. Kurz gesagt: Es ist davon auszugehen, dass der nächste Frühjahrsputz um einiges erfolgreicher werden wird!
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