Wenn es um die Entwicklung von Blockchain und Kryptowährungen geht, steht Ethereum seit jeher im Rampenlicht. Als größte Smart-Contract-Plattform treibt sie die Entwicklung dezentraler Anwendungen voran. Da sich die Blockchain-Technologie jedoch weiterentwickelt und die Benutzeranforderungen wachsen, steht Ethereum vor mehreren Herausforderungen, wie beispielsweise der Kapazitätserweiterung. Um diese Probleme anzugehen und Ethereum robuster und nachhaltiger zu machen, wird die Ethereum-Community voraussichtlich im November dieses Jahres ein großes Upgrade starten – das Ethereum Cancun Upgrade.

Das Ethereum Cancun-Upgrade gilt als Meilenstein auf dem Weg des Ethereum-Upgrades. Dieses Upgrade wird durch die Einführung der Sharding-Technologie und der zuvor verwendeten Rollup-Lösung ein Erweiterungsmodell mit „Zweiradantrieb“ bilden. Das Cancun-Upgrade kann nicht nur das Leistungsengpassproblem des aktuellen Ethereum-Netzwerks lösen, sondern auch den Grundstein für zukünftige tiefgreifende Upgrades legen. Dieser Artikel konzentriert sich auf die neuen Technologien und Protokolle, die mit dem Ethereum Cancun-Upgrade eingeführt wurden, und untersucht die Auswirkungen dieses Upgrades auf das gesamte Ethereum-Ökosystem.

Der Weg zur Expansion von Ethereum

Mit der Zunahme der Daten in der Kette ist Ethereum als weltweit größte Smart-Contract-Plattform für die Speicherung und Abwicklung der meisten Daten verantwortlich. Dies stellt höhere Anforderungen an die Transaktionsgeschwindigkeit und den Durchsatz des Ethereum-Mainnets. Daher stand die Lösung der Transaktionsgeschwindigkeits- und Erweiterungsprobleme von Ethereum schon immer im Fokus der Ethereum-Entwickler und Community-Mitarbeiter. Dafür haben sie unterschiedliche Lösungen gefunden.

Die erste Lösung besteht darin, Sharding (Sharding-Technologie) auf der ersten Schicht (Schicht 1) zu verwenden, um eine Kapazitätserweiterung zu erreichen. Die Sharding-Technologie wird nach dem Start und der Fusion der Beacon-Kette als dritter Teil der Upgrade-Roadmap von Ethereum eingestuft. Sie ist der kritischste und wichtigste Teil der gesamten Upgrade-Roadmap von Ethereum. Die Kernidee des Schemas besteht darin, die Ethereum-Hauptkette in verschiedene Shards aufzuteilen und Validatoren zufällig zwischen diesen Shards zu rotieren. Jeder Shard ist im Wesentlichen eine eigene Mini-Blockchain und läuft parallel zur Beacon-Kette. Durch die Sharding-Technologie ist Ethereum in der Lage, den Transaktionsdurchsatz und die Skalierbarkeit deutlich zu steigern, um den wachsenden Benutzeranforderungen gerecht zu werden.

Die Implementierung einer Shard-Erweiterung ist jedoch keine einfache Aufgabe. Sie erfordert die Lösung einer Reihe komplexer Probleme wie der Kommunikation zwischen Shards, der Gestaltung von Konsensmechanismen und der Zuweisung von Validatoren. Sie erfordert viel Forschung und Experimente und ist bei weitem nicht möglich Wirklich erkannt. Es wird lange dauern. In der Ethereum-Upgrade-Roadmap ist die Sharding-Lösung in drei Phasen unterteilt: Pro-Danksharding (EIP-4844), Proposer-Builder Separation (PBS) und Complete Sharding (Danksharding). Das aktuell bevorstehende Cancun-Upgrade des Kerns EIP-4844 ist der erste Schritt zur Sharding-Erweiterung von Ethereum.

Die zweite Lösung besteht darin, eine Kapazitätserweiterung auf Layer 2 zu erreichen. Unter ihnen ist Rollup die gängige Layer-2-Erweiterungstechnologie. Im Gegensatz zur Sharding-Technologie zerlegt Rollup die Hauptkette von Ethereum nicht in eine eigene Mini-Blockchain, sondern fungiert stattdessen als Mini-Blockchain über der ersten Schicht von Ethereum. Die Funktionsweise des Rollups besteht darin, einen Stapel gepackter Daten zur Ausführung auf Schicht 2 abzulegen, anschließend die Ausführungsergebnisse und Transaktionsdaten zu komprimieren und an Schicht 1 zurückzusenden. Der Vorteil von Rollup besteht darin, dass es die Transaktionsgebühren und die Transaktionsgeschwindigkeit deutlich verbessert. Im Vergleich zum Ethereum-Hauptnetzwerk können die Layer-2-Transaktionsgebühren um das Drei- bis Achtfache gesenkt und die Transaktionsgeschwindigkeit um das Tausendfache erhöht werden.

Derzeit sind die gängigen Rollup-Lösungen in Optimism Rollup und ZKRollup unterteilt. Optimism Rollup gilt als kurzfristige Lösung, während ZKRollup als langfristige Lösung gilt. Die Rollup-Lösung weist jedoch einen schwerwiegenden Fehler auf: Der Rollup-Datenempfang muss weiterhin mit der ersten Schicht kommunizieren. Selbst mit Komprimierungsalgorithmen erhöhen umfangreiche Belege die Speicherkosten für Knoten der ersten Ebene. Daher ist die Erweiterungsgrenze von Rollup durch den Durchsatz der ersten Schicht begrenzt und eine unbegrenzte Erweiterung kann nicht erreicht werden.

Um die Vorteile der beiden technischen Wege voll auszuschöpfen, hat Ethereum einen progressiven Upgrade-Plan verabschiedet. Erstens wird eine schnelle Expansion durch Second-Layer-Rollup und andere Technologien erreicht, um kurz- und mittelfristigen Marktanforderungen gerecht zu werden. Gleichzeitig treibt das Forschungs- und Entwicklungsteam von Ethereum auch die Forschung zur Sharding-Technologie voran. Der bald veröffentlichte EIP-4844 ist ein Erweiterungsplan rund um Rollup, der als Beschleuniger für Rollup angesehen werden kann. Er ist auch der erste Schritt für Ethereum zur Sharding-Erweiterung und ebnet den Weg für vollständiges Sharding in der Zukunft . Durch die Kombination der Second-Layer-Optimierung und der First-Layer-Sharding-Technologie hat Ethereum ein Erweiterungsmodell mit „Zweiradantrieb“ auf den Markt gebracht, das nicht nur den Grundstein dafür legt, dass Ethereum eine größere Anwendungspopularisierung erreicht, sondern auch eine bietet Es bietet eine solide technische Unterstützung für die Marktnachfrage und die nachhaltige Entwicklung der Branche.

Welche Technologien wird das Cancun-Upgrade bringen?

Cancun Upgrade ist ein wichtiges Upgrade für Ethereum, das eine Reihe von Technologien und Protokollen einführt, um die Skalierbarkeit und Sicherheit des Ethereum-Netzwerks zu verbessern. Im Folgenden sind einige spezifische Technologien und Protokolle aufgeführt, die das Cancun-Upgrade mit sich bringen wird:

EIP-4844:

EIP-4844 ist ein Verbesserungsvorschlag für Ethereum mit dem Ziel, die Transaktionsgebühren zu senken. Es führt einen neuen Transaktionstyp namens Blob Carrying Transactions ein. Diese Transaktionen ähneln regulären Transaktionen, enthalten jedoch zusätzliche Datensammlungen, sogenannte Blobs.

Die Größe des Blobs ist ziemlich groß (~125 KB) und ist wirtschaftlicher als aktuelle Methoden zur Speicherung von Anrufdaten. Durch die vorübergehende Speicherung dieser Blobs auf der Ethereum-Konsensschicht kann EIP-4844 die Kosten für die Aggregation von Daten auf der Ethereum-Basisschicht erheblich senken und dadurch die Transaktionsgebühren senken. Neben der Einführung von Blob-Transaktionen wird EIP-4844 auch andere Systemänderungen wie die Logik der Ausführungsschicht, Verifizierungsregeln, mehrdimensionale Gebührenmärkte usw. implementieren, um den zukünftigen Anforderungen der Implementierung eines vollständigen Danks-Shardings gerecht zu werden.

Es ist wichtig zu beachten, dass EIP-4844 zwar den größten Teil der gesamten Danks-Sharding-Logik enthält, jedoch selbst kein tatsächliches Sharding implementiert. Allerdings ist EIP-4844 immer noch in der Lage, Ethereum Skalierbarkeits- und Kosteneinsparungsvorteile zu bringen und es näher an das Kosten- und Durchsatzniveau zu bringen, das für eine Masseneinführung erforderlich ist.

EIP-1559:

EIP-1559 ist ein weiterer wichtiger Vorschlag für Ethereum, der beim Cancun-Upgrade umgesetzt wird. Ziel ist es, das Transaktionsgebührenmodell von Ethereum zu verbessern und so das Benutzererlebnis und die Vorhersehbarkeit des Netzwerks zu verbessern. EIP-1559 führt einen dynamischen Gebührenmarkt ein, der auf Angebot und Nachfrage basiert und Grundgebühren und variable Gebühren umfasst. Grundgebühren werden verbrannt, was dazu beiträgt, die Inflation von Ethereum zu reduzieren. Variable Gebühren passen sich der Größe des Transaktionsvolumens an, um angemessenere Transaktionsgebühren bereitzustellen und Benutzer zu effizienteren Transaktionen zu ermutigen.

Shard-Blob-Transaktion:

Im Rahmen von Proto-DankSharding wird ein neuer Transaktionstyp namens Shard Blob-Transaktion eingeführt. Dieser Transaktionstyp ermöglicht es Rollup, Daten an den Blob zu übermitteln und an den Block anzuhängen. Eine Shard-Blob-Transaktion kann bis zu zwei Blobs enthalten, und jeder Block kann 8 bis 16 Blobs enthalten, wobei jeder Blob etwa 1 MB bis 2 MB groß ist. Dieser neue Transaktionstyp reduziert die Kosten für die Datenspeicherung und -übertragung und führt zu einem höheren Durchsatz und niedrigeren Transaktionskosten für das Ethereum-Netzwerk.

KZG-Polynomschema:

Während Transaktionen wurde das KZG-Polynomschema (benannt nach Kate, Zaverucha und Goldberg) zur Validierung von in Blobs veröffentlichten Transaktionsdaten eingeführt. KZG ist ein wissensfreies Verifizierungssystem, das verifizieren kann, ohne den gesamten Inhalt des Blobs preiszugeben. Dieser Überprüfungsmechanismus stellt die Integrität und Glaubwürdigkeit der Transaktionsdaten sicher.

Zusätzlich zu den oben genannten spezifischen Technologien und Protokollen umfasst das Cancun-Upgrade auch einige andere wichtige EIPs (Ethereum Improvement Proposals), um die Funktionalität und Leistung von Ethereum weiter zu verbessern. Hier sind einige der bemerkenswerten EIPs:

• EIP-1159: Dieser Vorschlag zielt darauf ab, die Transaktionsstruktur von Ethereum zu verbessern, Grundgebühren und optionale erweiterte Daten einzuführen und die Effizienz und Vorhersehbarkeit von Transaktionen zu verbessern.

• EIP-3198: Dieser Vorschlag schlägt einen neuen Transaktionstyp namens „Fat“-Transaktion vor, der mehrere Vorgänge in einer Transaktion enthalten kann, wodurch die Anzahl und Kosten der Transaktionen reduziert werden.

• EIP-3541: Dieser Vorschlag führt einen neuen Vertragstyp namens „Zugriffslisten“ ein, der die Kosten der Vertragsinteraktion durch Optimierung der Zugriffsrechteverwaltung von Verträgen senkt.

• EIP-3529: Dieser Vorschlag schlägt einen neuen Mechanismus zur Vertragserstellung und -initialisierung namens „Reduzierte Gaskosten für leere Konten“ vor, der die Kosten für die Erstellung und Initialisierung von Verträgen senkt.

• EIP-2930: Dieser Vorschlag führt einen neuen Transaktionstyp mit der Bezeichnung „Repricing für State Access Opcodes“ ein, der die Transaktionskosten durch eine Neubepreisung von State Access Opcodes senkt.

Welche Auswirkungen wird das Cancun-Upgrade haben?

Das Cancun-Upgrade ist ein wichtiges Upgrade für das Ethereum-Netzwerk und wird weitreichende Auswirkungen haben. Ziel dieses Upgrades ist die Vorbereitung auf ein vollständiges Daten-Sharding-Netzwerk und die Erweiterung der Rollup-Technologie. Dies wird vielfältige Auswirkungen haben, unter anderem auf das Ethereum-Netzwerk und Layer-2-Netzwerke.

Cancun-Upgrade: Die Leistung des Ethereum-Netzwerks wird erheblich verbessert

Das Ethereum-Netzwerk wird durch das Cancun-Upgrade mehrere wichtige Verbesserungen erhalten. Zunächst wird Proto-Danksharding eingeführt, das die Skalierbarkeit des Ethereum-Netzwerks erheblich verbessern wird. Derzeit kann das Ethereum-Mainnet nur eine begrenzte Anzahl von Transaktionen pro Sekunde verarbeiten, was zu Überlastungen und hohen Gaskosten führt. Durch die Einführung der Sharding-Technologie wird das Cancun-Upgrade es dem Ethereum-Netzwerk ermöglichen, mehrere Shards gleichzeitig zu verarbeiten, was den Transaktionsdurchsatz deutlich erhöht. Dies wird es dem Ethereum-Netzwerk ermöglichen, der wachsenden Benutzernachfrage gerecht zu werden und dezentralere Anwendungen und Transaktionen zu unterstützen.

Zweitens wird das Cancun-Upgrade auch die Transaktionsgebühren im Ethereum-Netzwerk senken. Im aktuellen Ethereum-Netzwerk müssen Benutzer hohe Gasgebühren zahlen, um Smart Contracts auszuführen und Transaktionen durchzuführen. Dies ist für kleine Transaktionen und normale Benutzer nicht benutzerfreundlich genug. Durch das Cancun-Upgrade werden jedoch die Gasgebühren für Transaktionen durch die Einführung von Daten-„Blobs“ und die Implementierung von EIP-4844 gesenkt. Dadurch wird das Ethereum-Netzwerk erschwinglicher, mehr Benutzer zur Teilnahme angezogen und eine breitere Akzeptanz gefördert.

Das Cancun-Upgrade wird auch die Sicherheit des Ethereum-Netzwerks erhöhen. Das Upgrade wird die Sicherheitsinfrastruktur des Netzwerks durch Maßnahmen wie EIP-6780 stärken. Dies wird dazu beitragen, die Gelder und Daten der Benutzer zu schützen und das Risiko potenzieller Angriffe auf das Netzwerk zu verringern. Sicherheit ist eines der Schlüsselelemente von Blockchain-Netzwerken, und die Sicherheitsverbesserungen im Cancun-Upgrade werden einen höheren Standard für die Zuverlässigkeit des Ethereum-Netzwerks setzen.

Cancun Upgrade: Layer 2 begrüßt neue Entwicklungsmöglichkeiten

Mit dem bevorstehenden Cancun-Upgrade von Ethereum wird Layer 2 neue Entwicklungsmöglichkeiten eröffnen. Nach dem Cancun-Upgrade wird die Geschwindigkeit von Ethereum Layer 2 um das 10- bis 100-fache erhöht und auch die Transaktionskosten werden gesenkt. Dadurch kann Layer2 besser in das Ethereum-Ökosystem integriert werden und Benutzern ein schnelleres und kostengünstigeres Transaktionserlebnis bieten. Ganz gleich, ob es sich um Optimistic Rollup oder ZK Rollup handelt, sie werden von den Verbesserungen profitieren, die dieses Upgrade mit sich bringt.

Erstens erhöht das Cancun-Upgrade die Transaktionsgeschwindigkeit des Ethereum Layer 2-Netzwerks, senkt die Transaktionskosten und bietet Möglichkeiten für Layer 2-Lösungen wie Optimistic Rollup und ZK Rollup. Bei Optimistic Rollup wird die Transaktionssicherung schneller abgeschlossen, wodurch der Durchsatz des gesamten Netzwerks verbessert und die Entwicklung seiner ökologischen Projekte beschleunigt wird. Für ZK Rollup bietet das Cancun-Upgrade trotz einiger technischer Herausforderungen größere Chancen. ZK Rollup bietet mehr Privatsphäre und Sicherheit und ermöglicht es Benutzern, Transaktionen mit geringeren Transaktionsgebühren durchzuführen, ohne auf Sicherheit zu verzichten. Mit der Implementierung des Cancun-Upgrades werden die Vorteile von ZK Rollup noch bedeutender und es wird erwartet, dass es eine wichtigere Rolle im Layer2-Netzwerk spielt und Benutzern mehr Auswahlmöglichkeiten bietet.

Zweitens hat das gesamte gesperrte Volumen (TVL) von Layer 2 10,79 Milliarden US-Dollar überschritten, verglichen mit 5 Milliarden US-Dollar im Oktober letzten Jahres. Dies zeigt, dass der Markt und die Investoren der zukünftigen Entwicklung von Layer2 positiv gegenüberstehen. Mit der Umsetzung des Cancun-Upgrades wird erwartet, dass diese Daten größere Durchbrüche erzielen. Gleichzeitig erhalten auch einige neue Layer-2-Projekte, die kurz vor dem Start im Hauptnetzwerk stehen, wie Scroll und Taiko, gute Entwicklungsmöglichkeiten.

Drittens werden die Erhöhung der Geschwindigkeit und der Kosten des Layer-2-Netzwerks die Benutzererfahrung erheblich verbessern und dadurch mehr Benutzer anziehen. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Entwicklung dezentraler Anwendungen (DApps). Layer2-basierte DeFi-Produkte werden beispielsweise in der Lage sein, mehr Transaktionen abzuwickeln und ein reibungsloseres Erlebnis zu bieten. Gleichzeitig legen auch Branchen wie Spiele und soziale Medien großen Wert auf Verkehrs- und Transaktionserlebnisse und erhalten bessere Entwicklungsmöglichkeiten.

Viertens besteht ein Problem beim Aufruf historischer Daten, da Blob-Daten nur für kurze Zeit gespeichert werden können. Dies wird einen Bedarf an dezentraler Speicherung schaffen, und Layer-2-Erweiterungslösungen erfordern auch die Verwendung einer Datenverfügbarkeitsschicht. Daher wird sich das Cancun-Upgrade auch positiv auf L1-Speichererweiterungsnetzwerke (wie Eth-Speicher, Arweave und Filecoin Ethereum DA-Layer-Projekte) auswirken und so die Entwicklung dezentraler Anwendungsprojekte im Ethereum-Ökosystem weiter fördern.

Insgesamt ist das Cancun-Upgrade der erste Schritt in der Ethereum-Erweiterungs-Roadmap und wird die Entwicklung des Layer-2-Netzwerks durch technologische Verbesserungen und die daraus resultierenden Auswirkungen erheblich vorantreiben. Es ist absehbar, dass das Layer2-Netzwerk in Zukunft zur Hauptkraft des Ethereum-Ökosystems wird und den Benutzern bessere Dienste bietet. Technologische Verbesserungen sind jedoch nur eine notwendige Voraussetzung für den Erfolg von Layer-2-Netzwerken. Der Schlüssel liegt in der Entwicklung ausgereifter und qualitativ hochwertiger Anwendungen, um die Probleme der Benutzer wirklich zu lösen. Nur so kann Layer 2 seinen Wert maximieren.