Was ist die Surge-Phase im Ethereum 2.0 Upgrade?

Ethereum entwickelt sich mit seinem nächsten großen Upgrade, The Surge, weiter. Diese Phase zielt darauf ab, die Skalierbarkeit zu verbessern, ohne die Dezentralisierung oder Sicherheit zu gefährden. Im Rahmen der langfristigen Vision von Ethereum wird The Surge die Kapazität des Netzwerks auf über 100.000 Transaktionen pro Sekunde (TPS) auf Layer 1 und Layer 2 erhöhen. Dieser Artikel erklärt alles, was Sie über den nächsten Schritt von Ethereum auf dem Weg zur skalierbarsten und effizientesten Blockchain wissen müssen.

 

The Surge bezieht sich auf Ethereums Wechsel hin zu mehr Skalierbarkeit, hauptsächlich durch Layer 2 (L2)-Lösungen und Rollups. Der Gründer von Ethereum, Vitalik Buterin, stellte dieses Konzept als Teil der Ethereum-Roadmap vor, um das Netzwerk schneller und effizienter zu machen. Das Hauptziel besteht darin, mehr Transaktionen zu bewältigen und gleichzeitig Dezentralisierung, Sicherheit und Interoperabilität zu gewährleisten.

 

Derzeit verarbeitet Ethereum etwa 15–30 TPS auf seiner Basis-Schicht. Während dies für viele Anwendungen ausreicht, führt es in Spitzenzeiten zu Überlastungen und höheren Gasgebühren. The Surge soll diese Engpässe beheben und Ethereums Fähigkeit verbessern, Anwendungen im globalen Maßstab zu unterstützen.

 

Wichtige Merkmale von The Surge

Die Surge-Roadmap | Quelle: Vitalik Buterin 

 

1. 100.000+ TPS auf L1- und L2-Netzwerken: Mit Layer-2-Rollups kann Ethereum über 100.000 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten. Rollups bündeln viele Transaktionen und reichen sie zur Ethereum-Blockchain ein, wodurch der Durchsatz verbessert und die Gasgebühren reduziert werden.

2. Dezentralisierung und Sicherheit: The Surge stellt sicher, dass Ethereum dezentral bleibt, indem es Nutzern ermöglicht wird, Nodes mit minimalen Ressourcen zu betreiben. Verbesserte kryptografische Nachweise, wie SNARKs, stärken die vertrauenslose Natur von Ethereum.

3. Verbesserte Datenverfügbarkeit mit DAS (Data Availability Sampling): DAS ermöglicht Nodes, Daten zu verifizieren, ohne alles herunterzuladen. Dies verbessert die Effizienz und unterstützt das Wachstum von L2-Lösungen.

Ethereums Weg zu 100.000 TPS

Ethereums aktuelle Kapazität liegt bei etwa 15–30 TPS auf Layer 1. Mit Rollups und DAS strebt das Netzwerk jedoch an, über 100.000 TPS zu erreichen. Vitalik Buterin betont, dass Ethereum wie ein einheitliches Ökosystem wirken soll und nicht wie eine Ansammlung fragmentierter Blockchains.

 

Das bedeutet eine bessere Interoperabilität zwischen den L2s und ein nahtloses Benutzererlebnis. Ethereums Roadmap konzentriert sich darauf, ein Netzwerk zu schaffen, bei dem das Verschieben von Assets zwischen Layern genauso einfach ist wie das Senden von ETH zwischen Wallets.

 

Ethereums The Surge umfasst mehrere Phasen, mit Schwerpunkt auf kontinuierlichen Upgrades auf Layer 1 und Layer 2. Hier ist der erwartete Zeitplan basierend auf den neuesten Updates und der Roadmap:

 

1. Q1 2024 – Dencun-Upgrade (Proto-Danksharding-Start)

• Einführung von Proto-Danksharding (EIP-4844), um die Datenverfügbarkeit durch "Blobs" zu verbessern.

• Legt die Grundlage für weiteres Rollup-Scaling.

• Ethereum Layer 2-Lösungen beginnen, verbesserte Datenverfügbarkeit für schnellere und günstigere Transaktionen zu nutzen.

2. 2024–2025 – Rollup-Expansion und Reifung von Beweissystemen

• Rollups wie Arbitrum, Optimism und zkSync werden Updates implementieren, um Skalierbarkeit zu verbessern.

• Neue kryptografische Beweise (z. B. SNARKs) verbessern die Vertrauenslosigkeit von Rollups.

• Systeme zur Datenverfügbarkeitsstichprobe (DAS) wie PeerDAS und 2D DAS werden erweitert, um einen höheren Transaktionsdurchsatz zu unterstützen.

3. Ende 2025 – Optimierung der Gaspreisgestaltung und Layer-1-Verbesserungen

• Einführung des EOF (Ethereum Object Format) für effizientere Ausführung von Smart Contracts.

• Mögliche Einführung einer multidimensionalen Gaspreisgestaltung, um Gebühren für Berechnung, Daten und Speicherung zu trennen.

• Potenzielle native Rollup-Lösungen, die direkt in das Ethereum-Protokoll integriert werden.

4. 2026 und darüber hinaus – Vollständige Einführung von Danksharding

• Übergang vom Proto-Danksharding zum vollständigen Danksharding, das Ethereum in mehrere Shards unterteilt, um die Skalierbarkeit weiter zu steigern.

• Ethereum strebt an, über 100.000 Transaktionen pro Sekunde im Layer-1- und Layer-2-Ökosystem zu erreichen.

5. Nach 2026 – Laufende Überwachung und Upgrades

• Einführung fortschrittlicher Konsensmechanismen, einschließlich post-quantenkryptografischer Verfahren, zur Sicherung des Netzwerks.

• Ethereum optimiert weiterhin die Integration der Interoperabilität zwischen verschiedenen Layer-2-Lösungen für ein nahtloses Nutzererlebnis.

Diese Zeitleiste spiegelt Ethereums schrittweisen Ansatz wider, um Stabilität und eine reibungslose Einführung während des Übergangs sicherzustellen. Jeder Schritt in The Surge baut auf dem vorherigen auf und zielt letztlich darauf ab, eine Blockchain zu schaffen, die globale Anwendungen unterstützen kann und gleichzeitig Dezentralisierung und Sicherheit bewahrt.

 

Die folgenden Schlüsselelemente werden während des The-Surge-Upgrades im Ethereum-2.0-Roadmap beeinflusst:

 

Vorschlag für die "Arbeitsaufteilung" zwischen L1 und L2s | Quelle: Vitalik Buterin 

 

Layer-2-Rollups: Das Rückgrat von The Surge

Layer-2-Rollups sind essenzielle Werkzeuge, um Ethereum schneller und kostengünstiger zu machen. Sie bündeln mehrere Transaktionen außerhalb der Haupt-Ethereum-Blockchain (off-chain) und veröffentlichen eine Zusammenfassung dieser Transaktionen auf der Ethereum-Blockchain. Dieser Prozess reduziert die Last auf dem Hauptnetzwerk und macht Transaktionen schneller und günstiger.

 

Es gibt zwei Haupttypen von Rollups:

 

• Optimistic Rollups: Diese gehen davon aus, dass alle Transaktionen gültig sind, es sei denn, innerhalb eines bestimmten Zeitraums wird ein Fehler gemeldet. Dieser Ansatz sorgt für Geschwindigkeit, da nicht jede Transaktion sofort überprüft werden muss.

• ZK-Rollups: Diese nutzen fortgeschrittene Mathematik, sogenannte Zero-Knowledge-Beweise (Zero-Knowledge Proofs), um Transaktionen direkt zu validieren. Diese Methode bietet sofortige und sichere Verifizierung.

Rollups haben bereits erhebliche Auswirkungen. Laut L2Beat ist der Total Value Locked (TVL) in Ethereums Layer-2-Netzwerken im vergangenen Jahr um 216 % gewachsen und hat die Marke von 38 Milliarden $ überschritten. Da immer mehr Menschen und Projekte Rollups nutzen, wird Ethereum skalierbarer und zugänglicher, was den Weg für "The Surge" ebnet.

 

Ethereum Layer-2 TVL | Quelle: L2Beat 

 

Data Availability Sampling (DAS)

Data Availability Sampling (DAS) ist eine Methode, die Ethereum dabei hilft, große Datenmengen effizienter zu verarbeiten. In einem dezentralisierten Netzwerk wie Ethereum muss jeder Node sicherstellen, dass alle für Transaktionen benötigten Daten verfügbar sind. Es ist jedoch nicht praktikabel, dass jeder Node sämtliche Daten speichert. DAS löst dieses Problem, indem es Nodes ermöglicht, Daten zu verifizieren, ohne sie vollständig herunterladen und speichern zu müssen.

 

Es gibt zwei Haupttypen von DAS:

 

• PeerDAS: Dieses System nutzt Peer-to-Peer-Netzwerke, um die Arbeitslast zu verteilen. Jeder Node im Netzwerk überprüft nur einen kleinen Teil der Daten, und alle Nodes arbeiten zusammen, um den gesamten Datensatz zu bestätigen. Diese Methode ermöglicht eine effiziente Datenüberprüfung, ohne dass eine hohe Speicherkapazität erforderlich ist.

• 2D DAS: Dies ist eine verbesserte Version von PeerDAS, die die Überprüfung auf die nächste Stufe hebt. Es macht Ethereum noch skalierbarer, indem nicht nur einzelne Datenteile überprüft werden, sondern auch, wie diese Teile zusammenpassen. Dies gewährleistet eine stärkere Sicherheit und erhält gleichzeitig die Dezentralität des Netzwerks.

Mit DAS können Rollups mehr Transaktionen bewältigen, ohne das Ethereum-Netzwerk zu überlasten. Dadurch bleibt das System schnell, kostengünstig und dezentralisiert, was Ethereums Ziel unterstützt, Skalierbarkeit zu erreichen, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen.

 

Plasma und Datenkomprimierungslösungen

Eine Möglichkeit (nicht die einzige Möglichkeit), eine EVM-Plasma-Chain zu erstellen: Verwenden Sie ein ZK-SNARK, um einen parallelen UTXO-Baum zu konstruieren, der die durch die EVM vorgenommenen Kontostandsänderungen widerspiegelt und eine eindeutige Zuordnung dessen definiert, was zu verschiedenen Zeitpunkten in der Geschichte als "gleiche Münze" gilt. Darauf kann dann eine Plasma-Konstruktion aufgebaut werden. 

Quelle: Vitalik Buterin

 

Zusätzlich zu Rollups tragen auch Plasma und Datenkomprimierungstechniken dazu bei, dass Ethereum effizient skaliert. Werfen wir einen Blick darauf, wie sie funktionieren:

• Plasma: Plasma verarbeitet Transaktionen außerhalb der Haupt-Ethereum-Blockchain, also off-chain. Statt jede einzelne Transaktion an die Blockchain zu senden, übermittelt Plasma nur eine Zusammenfassung dieser Transaktionen. Dadurch wird die Menge der auf der Hauptkette zu speichernden Daten reduziert, was die Geschwindigkeit erhöht und die Kosten senkt. Stellen Sie sich das wie das Zusammenfassen vieler kleiner Aufgaben in einem einzigen Bericht vor – das spart Zeit und Ressourcen.

• Datenkompression: Kompression verkleinert Transaktionen, indem die genutzte Datenmenge reduziert wird. Ethereum könnte beispielsweise von Standardsignaturen zu BLS-Signaturen wechseln, die es ermöglichen, mehrere Signaturen zu einer zusammenzufassen. Dies spart Platz auf der Blockchain und macht Transaktionen effizienter, besonders in Systemen mit einer großen Anzahl von Transaktionen, wie Layer-2-Netzwerken.

Wie Plasma mit Rollups funktioniert

Eine Möglichkeit, ein Plasma-System zu erstellen, ist die Verwendung von ZK-SNARKs – einer Form der Kryptographie – um den Fluss von Coins zu verfolgen. Dieses System erstellt ein „paralleles Hauptbuch“, das die Reise jedes Coins im Laufe der Zeit abbildet. Indem nur die notwendigen Informationen an die Hauptkette zusammengefasst werden, sorgt Plasma für Effizienz, ohne dabei Genauigkeit oder Sicherheit zu opfern.

 

Zusammen verbessern Plasma- und Datenkompressionstechniken die Effektivität von Rollups weiter. Diese Lösungen helfen Ethereum, Gasgebühren zu reduzieren, mehr Transaktionen zu verarbeiten und groß angelegte Anwendungen zu unterstützen, während die Dezentralisierung aufrechterhalten wird.

 

Während Rollups viele Transaktionen off-chain abwickeln, benötigt auch die Hauptblockchain von Ethereum (Layer 1) Upgrades, um mit dem wachsenden Ökosystem Schritt zu halten. Diese Verbesserungen sollen sicherstellen, dass die Basisschicht von Ethereum skalierbar, effizient und zugänglich bleibt. Werfen wir einen Blick auf die wichtigsten Verbesserungen, die für Layer 1 kommen:

 

1. Erhöhte Gas-Limits: Gas-Limits bestimmen, wie viele Daten in einem einzelnen Block verarbeitet werden können. Eine Erhöhung des Gas-Limits bedeutet, dass Ethereum mehr Transaktionen pro Block verarbeiten kann, wodurch Wartezeiten reduziert und Netzwerküberlastungen verringert werden. Allerdings birgt ein höheres Gas-Limit auch Risiken. Ist das Limit zu hoch, könnten die Betriebskosten für einen Node steigen, was die Dezentralisierung beeinträchtigen könnte, da weniger Personen am Netzwerk teilnehmen können. Ethereum strebt ein Gleichgewicht an – mehr Transaktionen zu verarbeiten und gleichzeitig das Netzwerk offen und dezentral zu halten.

2. EVM-Bytecode-Verbesserungen: Die Ethereum Virtual Machine (EVM) ist die Plattform, auf der Smart Contracts ausgeführt werden. Ethereum führt ein neues Bytecode-Format namens EOF (Ethereum Object Format) ein, das die Ausführung von Smart Contracts effizienter macht. Dieses Update senkt die Gas-Kosten, wodurch Transaktionen und Vertragsinteraktionen sowohl für Entwickler als auch für Nutzer günstiger werden.

3. Multidimensionale Gas-Preisgestaltung: Ethereum implementiert eine multidimensionale Gas-Preisgestaltung, bei der die Gasgebühren nach Kategorien basierend auf der genutzten Ressource – Rechenleistung, Daten oder Speicher – aufgeteilt werden. Diese Methode sorgt dafür, dass Nutzer faire Gebühren zahlen, die tatsächlich ihrem Transaktionsbedarf entsprechen. Dadurch wird die Kostenstruktur optimiert und die Benutzererfahrung verbessert.

4. Nativen Rollups auf Ethereum: Native Rollups sind Rollups, die direkt innerhalb des Ethereum-Protokolls laufen. Das bedeutet, dass Ethereum mehrere parallele Versionen der Ethereum Virtual Machine (EVM) gleichzeitig unterstützen wird. Diese nativen Rollups erhöhen Ethereums Fähigkeit, Transaktionen zu verarbeiten, ohne das Netzwerk zu überlasten. Stellen Sie sich vor, es gibt mehrere Gleise an einem Bahnhof, die unabhängig voneinander Züge abwickeln – das macht das gesamte System schneller und effizienter.

Diese Verbesserungen von Layer 1 stellen sicher, dass Ethereum skalierbar und effizient bleibt, selbst wenn Rollups den Großteil der Transaktionslast übernehmen. Gemeinsam werden sie dazu beitragen, dass Ethereum als sichere und dezentrale Plattform, die komplexe Anwendungen und Millionen von Nutzern unterstützt, weiter wächst.

 

Das Ethereum-Upgrade The Surge verspricht, das Netzwerk effizienter und erschwinglicher zu machen, was sowohl alltäglichen Nutzern als auch Entwicklern zugutekommt. Obwohl einige der technischen Details komplex sein können, hier eine einfache Übersicht, wie sich diese Änderungen auf Sie auswirken:

 

• Niedrigere Gasgebühren: Einer der auffälligsten Verbesserungen wird die Reduzierung der Gasgebühren sein, insbesondere auf Layer-2-Netzwerken wie Arbitrum und Optimism. Diese Netzwerke bieten bereits günstigere Transaktionen, wobei ETH-Transfers derzeit etwa 0,24 bis 0,78 USD kosten. Nach The Surge könnten die Transaktionsgebühren noch weiter sinken, wodurch es erschwinglicher wird, ETH zu senden oder mit dezentralen Anwendungen (dApps) zu interagieren. Niedrigere Gasgebühren bedeuten, dass Nutzer häufig Transaktionen durchführen können, ohne sich über hohe Kosten bei Netzwerkauslastung sorgen zu müssen.

• Verbesserte dApp-Leistung: Entwickler profitieren von schnelleren Transaktionsgeschwindigkeiten, die es ihnen ermöglichen, komplexere und funktionsreichere dApps zu erstellen. Ob Sie eine DeFi-Plattform, ein Blockchain-Spiel oder einen NFT-Marktplatz entwickeln, die verbesserte Skalierbarkeit von The Surge sorgt für reibungslosere Abläufe. Schnellere Transaktionen verringern Verzögerungen und verbessern die Benutzerzufriedenheit, was Innovationen in verschiedenen Bereichen wie dezentraler Finanzierung (DeFi) und Gaming fördert.

• Höhere Interoperabilität: Auch die Interoperabilität – die Fähigkeit verschiedener Netzwerke, zusammenzuarbeiten – wird verbessert. Das Verschieben von Token und Assets zwischen Layer-2-Netzwerken und dem Ethereum-Mainnet wird nahtlos. Nutzer müssen nicht mehr auf komplizierte Brücken zurückgreifen, um Assets zwischen Netzwerken zu transferieren. Stattdessen wird sich Ethereum wie ein einheitliches Ökosystem anfühlen, in dem die Interaktion mit dApps und das Verschieben von Geldern über verschiedene Layer hinweg so einfach ist wie die Nutzung eines einzigen Netzwerks.

Diese Verbesserungen machen Ethereum benutzerfreundlicher und entwicklerfreundlicher und fördern ein Ökosystem, in dem sowohl Gelegenheitsnutzer als auch Entwickler gedeihen können. Egal, ob Sie Gelder transferieren, Anwendungen entwickeln oder neue Projekte erkunden – The Surge wird schnellere, günstigere und zugänglichere Blockchain-Dienste für die Ethereum-Community bringen.

 

Die Skalierung des Ethereum-Netzwerks erhöht die Komplexität der Aufrechterhaltung der Sicherheit. Da Rollups zunehmend genutzt werden, ist ihre Vertrauenswürdigkeit und Robustheit von entscheidender Bedeutung. Rollups basieren auf kryptografischen Nachweisen zur Bestätigung von Transaktionen, die sicher gegenüber potenziellen Schwachstellen bleiben müssen.

 

Vitalik Buterin hat auch auf das langfristige Risiko hingewiesen, das durch Quantencomputing entsteht. Ethereum-Entwickler erforschen bereits quantenresistente Kryptographie, um das Netzwerk zukunftssicher zu machen.

 

Nach The Surge wird Ethereum seine Roadmap in Richtung vollständigem Danksharding fortsetzen. Diese Phase wird eine vollständige Daten-Sharding-Implementierung einführen und die Skalierbarkeit weiter erhöhen. Weitere bevorstehende Upgrades umfassen:

 

• The Splurge: Konzentriert sich auf verschiedene Verbesserungen wie optimierte Gasgebühren und Transaktionsformate.

• The Verge: Verbessert die Effizienz des Konsensmechanismus von Ethereum durch die Einführung von stateless Clients.

• The Purge: Optimiert das Netzwerk durch Reduzierung unnötiger Daten und Verbesserung der Knotenleistung.

Die langfristige Vision von Ethereum zielt darauf ab, eine Blockchain zu schaffen, die Millionen von Nutzern weltweit unterstützt, ohne Sicherheit oder Dezentralisierung zu gefährden.

 

Erfahren Sie mehr über Danksharding - das vollständige Sharding-Upgrade von Ethereum. 

 

Ethereum's "The Surge" markiert einen bedeutenden Schritt auf dem Weg zu einer globalen, dezentralisierten Plattform. Mit einem Fokus auf Rollups, Datenverfügbarkeit und Verbesserungen der Layer-1-Technologie strebt Ethereum an, über 100.000 TPS zu bewältigen, ohne dabei seine Kernprinzipien von Dezentralisierung und Sicherheit zu gefährden.

 

Mit der Einführung dieser Upgrades profitieren Nutzer von schnelleren Transaktionen und niedrigeren Gebühren, während Entwickler innovative dApps erstellen können. Dennoch bringt die schnelle Skalierung auch Risiken mit sich. Potenzielle Herausforderungen umfassen Schwachstellen in Layer-2-Lösungen, vorübergehende Netzwerkunterbrechungen und schwankende Gasgebühren während der Übergangsphase. Entwickler und Nutzer müssen informiert bleiben und sich anpassen, während Ethereum sich weiterentwickelt.

 

Mit "The Surge" ebnet Ethereum den Weg für eine skalierbare, effiziente und sichere Blockchain-Zukunft. Wie bei jedem größeren Upgrade sind jedoch sorgfältige Überwachung und kontinuierliche Anpassungen entscheidend, um langfristigen Erfolg sicherzustellen. Dies ist erst der Anfang von Ethereums ehrgeizigem Weg in die Zukunft.

 

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