Hintergrund und anfängliche Roadmap: Ethereum 2

Der Übergang von ETH 1 zu ETH 2 erfolgt in mehreren Phasen. Eine vorläufige Roadmap bietet einen übergeordneten Überblick. Aufgrund neuer Forschungsarbeiten und sich wandelnder Technologien kann sich die zeitliche Reihenfolge der Phasen jedoch noch  ändern. Das Endziel bleibt jedoch dasselbe: ein voll funktionsfähiges Ethereum-Netzwerk, das im grossen Massstab läuft und PoS mit vollständiger Einbindung intelligenter Vertragsfunktionen und alle gegenwärtigen Funktionen der bestehenden Kette nutzt.

Nachfolgend finden Sie ein Update zu:

  • dem Ablauf der ETH 2-Phasen
  • Statistiken zur Akzeptanz von Staking
  • Vorschläge zu Änderungen an der Roadmap
  • weiteren Neuentwicklungen.

Anfängliche, übergeordnete ETH 2 Roadmap (aufgrund laufender Änderungen können die genauen Schritte in jeder Phase variieren):

Phase 0 – Beacon-Chain: Mit der Einführung der Beacon-Chain am 1. Dezember 2020 läutete ETH 2 den offiziellen Start ein und ging damit den ersten Schritt auf dem Weg von Proof-of-Work (PoW) zu Proof-of-Stake (PoS).

Phase 1 – Sharding: Sharding erweitert die Fähigkeit von Ethereum, Transaktionen zu verarbeiten und Daten zu speichern. Die Implementierung von Sharding wird in mehreren Phasen ablaufen, wenn neue Funktionen hinzugefügt werden.

Phase 1.5 – Docking: Das ETH 1 Mainnet wird mit der ETH 2 Beacon-Chain und Sharding zusammengelegt. PoW wird hiermit beendet und es erfolgt ein vollständiger Übergang zu PoS, wobei die ursprüngliche PoW Ethereum Chain als eine von 64 Shards entlang der Beacon-Chain erhalten bleibt. Die Reihenfolge dieser Phasen kann sich noch ändern. Jüngste Vorschläge regen dazu an, die Zusammenlegung vor dem Sharding vorzunehmen. Siehe unten.

Phase 2 – Volle Funktionstüchtigkeit: Diese Phase ist noch nicht so klar festgelegt wie die anderen Phasen. Sie soll die Endphase mit einer voll funktionsfähigen ETH 2 Blockchain sein. Nach den jüngsten potenziellen Änderungen in der Roadmap und Fortschritten in der Skalierungstechnologie kann es jedoch sein, dass dieser Zustand bereits am Ende von Phase 1.5 erreicht sein wird. Phase 2 kann dann bei Bedarf laufende Updates umfassen.

Der Übergang zu ETH 2 wird Auswirkungen auf Skalierbarkeit, Sicherheit, Dezentralisierung und Wirtschaftlichkeit haben. Ein wichtiges Ziel des ETH 2-Projekts ist es, skalierbarer und sicherer zu werden und gleichzeitig dezentral zu bleiben. Mit der Erreichung dieser drei Ziele – Skalierbarkeit, Sicherheit und Dezentralisierung – sind erhebliche technische Probleme verbunden. Dieses Problem ist als sogenanntes Skalierbarkeits-Trilemma bekannt.

Für das ETH 2 Projekt soll das Skalierbarkeits-Trilemmas mit zwei Schlüsselkonzepten gelöst werden: Proof-of-Stake (PoS) und Sharding.

 

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Was ist Staking?

Was ist Proof-of-Stake?

Die drei grössten Veränderungen durch Ethereum 2

Ethereum 2 – Validator Economics

Ethereum und die Umstellung auf Ethereum 2

 

Beacon-Chain und Proof-of-Stake

Die Funktionsweise von Proof-of-Stake und der Beacon-Chain werden hier behandelt. Weitere Informationen zum Staken finden Sie hier.

Die Einführung der Beacon-Chain am 1. Dezember 2020 läutete den Beginn der Phase 0 ein, und damit die Möglichkeit, ETH zu staken und Staking-Auszahlungen zu generieren. Der erforderliche Mindestbetrag von 524.288 ETH wurde von 16.384 Validatoren gestakt.

Nach der Markteinführung der Beacon-Chain wuchs die Zahl der Validatoren rapide an. Heute, mehr als vier Monate nach ihrer Einführung, staken etwa 110.000 Validatoren auf der Beacon-Chain.

Abbildung 1: Die Zahl der aktiven Validatoren auf ETH2 hat sich seit Anfang 2021 verdreifacht.
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Quelle: Glassnode

Um sich als Validator zu qualifizieren, müssen 32 ETH gestakt werden. Bislang wurden rund 3,6 Millionen ETH gestakt. Dies entspricht etwa 3,1 % der aktuellen ETH-Gesamtumlaufmenge.

Abbildung 2: Seit dem 1. Januar wurden weitere zwei Millionen ETH gestakt
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Quelle: Glassnode

 

Bei der Einführung der Beacon-Chain, also als die erforderliche Mindestmenge an ETH gestakt wurde, verzeichneten Validatoren und Early Adopter eine anfängliche jährliche Verzinsung (APR) von 21,6 %. Dabei ist zu beachten, dass diese Erträge in ETH denominiert werden. Die USD- oder Fiat-Rendite hängt vom ETH/USD-Wechselkurs ab, der Schwankungen unterlegen ist. Es hat sich bezahlt gemacht, zu den ersten Stakern zu gehören und höhere Renditen zu erzielen. Mit neu hinzukommenden Stakern sank auch die jährliche Verzinsung (APR). Derzeit liegt die APR-Rate bei rund 7.6 %. In Zukunft werden die APR-Raten asymptotisch weiter sinken, da dem Netzwerk weitere Validatoren hinzugefügt werden. Dieses Phänomen wird in der nachstehenden Abbildung veranschaulicht. Wenn 10 Millionen ETH gestakt werden (ca. 8,6 % des gesamten ETH-Angebots), wird die APR-Rate bei 4,9 % liegen.

Je mehr ETH gestakt werden, desto tiefer sinkt die jährliche Verzinsung, allerdings mit abnehmender Geschwindigkeit.
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Quelle: ethereum.org

Hierbei gilt es zu beachten, dass die Beacon-Chain keine voll funktionsfähige Ethereum-Blockchain darstellt, sondern lediglich die Basisebene bietet und als Test für die wirtschaftliche Anreizstruktur der ETH-Auszahlungen für Validatoren dient. Ausserdem wird mit ihr getestet, wie die Knoten interagieren und eine Konsensus-Einigung erzielen. Bis zum Start von Phase 1.5 (Zusammenlegung und Übergang von PoW zu PoS) ist keine Auszahlungsmöglichkeit geplant.

 

Sharding

Ziel des Shardings ist es, die Überlastung des Netzwerkes zu verringern und die Zahl der Transaktionen pro Sekunde zu erhöhen. Dazu wird die Netzwerklast zunächst auf 64 neue Chains verteilt, die parallel laufen und interagieren. Dies verbessert die Skalierbarkeit, da mehrere Transaktionen gleichzeitig verarbeitet werden können und die Belastung auf die 64 Shards verteilt wird. Für den Start des Sharding gibt es noch kein festes Datum. Ein Grossteil der Forschungsarbeit ist jedoch bereits abgeschlossen. Die verbleibende Arbeit konzentriert sich auf die Client-Implementierung und darauf, wie Sharding in der Praxis funktionieren kann.

 

Neueste Entwicklungen: Die Rollup-zentrierte Roadmap

Layer 2 (L2) Skalierungslösungen wie Optimistic Rollups, zkRollups, Plasma, Zahlungskanäle und Seiten-Chains ermöglichen eine sofortige Skalierung von Ethereum Layer 1, ohne dass auf die Umstellung auf das Sharding gewartet werden muss.

Insbesondere vielversprechende Entwicklungen in der Rollup-Technologie dürften die Skalierung um das Hundertfache steigern. Das bedeutet, dass theoretisch bis zu 4000 TPS auf der bestehenden ETH 1-Chain möglich sind. Rollups verlagern die Berechnung aus der Chain heraus, behalten aber wichtige Transaktionsdaten in der Chain. Dies trägt dazu bei, das Hauptziel der Dezentralisierung zu erreichen und gleichzeitig die Sicherheit der Ethereum Layer 1 aufrechtzuerhalten.

Optimism, das mit der Technologie der Optimistic Rollup funktioniert, wird Ende März oder im April 2021 im ETH 1 Mainnet eingeführt. DeFi-Projekte wie Synthetix, Uniswap und MakerDAO haben die Skalierungslösung bereits erfolgreich getestet. zkRollups, eine Alternative zu Optimistic Rollups, wird bereits im Mainnet eingesetzt und erfolgreich durch diverse Projekte umgesetzt, z. B.: Diversifi, Looping und zkSync.

In der anfänglichen ETH 2 Roadmap war die Skalierungsverbesserung vom Sharding abhängig, während Phase 2 die Hinzufügung einer Ausführungsumgebung beinhaltete. Aufgrund des erwiesenen Erfolgs der L2-Skalierungstechnologien kann ETH 2 jedoch als Datenverfügbarkeitsschicht für Rollups in Phase 1 verwendet werden, bevor ETH 2 für L1-Anwendungen nutzbar wird. Das bedeutet, dass Rollups auf Ethereum die Berechnung bewältigen und gleichzeitig von der Ethereum-Sicherheit der Layer 1 profitieren können. Daher dürfte das Ethereum-Ökosystem, wie Vitalik Buterin vorgeschlagen hat, in naher bis mittelfristiger Zukunft weitgehend Rollups als zentralen Skalierungsansatz übernehmen.

 

Docking – Der Zusammenschluss von PoW und PoS kann früher erfolgen als geplant

Nach der aktuellen Roadmap kommt es zum Docking oder zur Phase 1.5, wenn das derzeitige Ethereum Mainnet an die übrigen ETH 2-Upgrades «andockt». Das bedeutet, dass das ETH 1 Mainnet mit der ETH 2 Beacon-Chain und dem Sharding-System zusammengelegt wird. Dies wird das Ende von PoW für Ethereum und den vollständigen Übergang zu PoS einläuten. Bei diesem Ansatz würden Shards als Schichten der Datenverfügbarkeit dienen, beispielsweise mit Zero-Knowledge-Proofs zur Erfassung von Transaktionen und intelligenten Vertragsinteraktionen.

Es scheint, dass die jüngsten L2-Skalierungsentwicklungen auf eine breite Unterstützung der Community stossen und dass die Implementierung von Shard-Chains möglicherweise nicht so dringend ist, wie ursprünglich in der Roadmap vorgesehen war. Das bedeutet, dass Ethereum früher als geplant von PoW auf PoS umgestellt werden kann. Dieser neue Vorschlag wird auch von führenden Ethereum-Forschern unterstützt. Derzeit ist er jedoch nicht formell in die Roadmap aufgenommen worden und befindet sich noch in der Vorschlagsphase.

Der vorgeschlagene minimale Zusammenschluss ist technisch gesehen weniger komplex als das Sharding. Wenn der Zusammenschluss jetzt priorisiert wird, würden die Vorteile von PoS sofort verfügbar sein. Es würde den Forschern auch mehr Zeit geben, die Komplexität und Herausforderungen des Daten-Shardings zu lösen. Wenn der Zusammenschluss priorisiert werden würde, könnte schliesslich eine Hard Fork nach dem Zusammenschluss Staking-Auszahlungen unterstützen, wodurch den PoS-Stakern früher als geplant Liquidität bereitgestellt werden könnte.

 

Fazit

Die Einführung der Beacon-Chain verlief reibungslos und hat mit über 110.000 Stakingteilnehmern breite Unterstützung und Interesse geweckt. Die Roadmap zu einer voll funktionsfähigen Ethereum-Chain auf der Basis von Proof-of-Stake ist noch in der Schwebe und stützt sich auf neue Vorschläge, Forschungen und Ideen aus der Ethereum-Community und anderen Quellen.

Es ist zu vermerken, dass die geplanten Phasen der ETH 2 -Entwicklung parallel und nicht nacheinander stattfinden. Das bedeutet, dass die Phasen nicht chronologisch ablaufen müssen, und tatsächlich können Phasen wie der PoW-PoS-Zusammenschluss vor dem Daten-Sharding stattfinden. Dies ist jedoch noch eine offene Frage, und es wird interessant zu sehen, wie sich ETH 2 in den kommenden Monaten entwickeln wird.

Derzeit werden jährlich 4,8 % des gesamten ETH-Angebots an Miner in der PoW-Chain ausgegeben. Nach dem Zusammenschluss dürfte die Ausgaberate wahrscheinlich auf einen Bereich zwischen 0,4 % und 1,2 % sinken. Dies wird die Versorgung einschränken und interessante wirtschaftliche Folgen haben, ähnlich wie bei zwei gleichzeitigen Bitcoin-Halvings.

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