Ergo & Blockchain: Technologie und Innovation

In diesem vierten Artikel der Ergo & Blockchain-Serie werden wir die Blockchain-Technologie auf verschiedenen Infrastrukturebenen beschreiben. Derzeit sind über zehntausend Kryptowährungen auf CoinGecko gelistet, doch nur wenige bauen innovative dezentrale Finanzplattformen. 

Die ursprüngliche Idee hinter Bitcoin basierte auf dem Versprechen des Handels, der vor zentralen Ausfallpunkten geschützt ist. 

In diesem Artikel werden wir Technologie und Innovation auf den drei Ebenen der Blockchain erklären: Ebene 0, Ebene 1 und Ebene 2.

Ebene 0 bezieht sich auf die Netzwerk-/Referenzeebene der Blockchain - auch als Off-Chain-Ebene bezeichnet. 

Ebene 1 ist die Smart-Contract-Ebene sowie die On-Chain-Transaktionsebene. 

Ebene 2 kann sich auf Off-Chain, On-Chain oder eine Kombination aus beidem beziehen. 

Netzwerkebene

PoW- und PoS-Modelle

Bitcoin offenbarte eine Lösung für das Problem des byzantinischen Generals, indem es den Proof-of-Work-Mechanismus einführte. In diesem Modell können Mining-Knoten neue Transaktionen validieren, indem sie den Konsens erreichen. Das PoW-Modell ermöglicht ein fehlertolerantes dezentrales Netzwerk und schafft eine neue Form digitaler Währung, bekannt als Kryptowährung. 

PoW-Beispiele: Bitcoin, Ergo, Ethereum, Monero, Litecoin, Ravencoin, Digibyte, ZCash

Eine weitere Lösung für das Problem des byzantinischen Generals war die Verwendung von Proof-of-Stake. In diesem Modell bieten Staking-Pools den Konsens für die Anwendung von Transaktionen. Es gibt auch unterschiedliche Anforderungen, um einen Staking-Pool zu betreiben, wie das Halten einer Mindestanzahl von Token und die Notwendigkeit spezifischer Computer. 

PoS-Beispiele: Cardano, Algorand, Cosmos, Polkadot, Solana, Avalanche, Tezos, Waves

PoW und PoS sind zwei bekannte Lösungen zur Erreichung des Konsenses in einer öffentlichen Blockchain. Diese beiden Lösungen sind jedoch nicht ohne inhärente Mängel: PoW muss die Zentralisierung von Mining-Pools vermeiden und PoS muss die Zentralisierung von Haltern (denjenigen mit gestakten Token) vermeiden. Bei der Bewertung ihrer Energieeffizienz wird das PoS-Protokolldesign oft als umweltfreundlichere Alternative angesehen, während PoW auf größere Mengen Strom angewiesen ist, um das Netzwerk sicher und betriebsbereit zu halten.

Ergo wählte das PoW-Modell aus zwei Gründen:

• Erstens garantierte es die Durchführung eines fairen Starts (gerechter Zugang zu allen Münzen durch Mining). 
• Zweitens hat sich PoW seit dem Beginn von Bitcoin als ein bewährtes und sicheres Blockchain-Modell erwiesen (siehe: Lindy-Effekt). Der Konsensalgorithmus von Ergo, Autolykos v2, ist ein GPU-minebares Modell und weniger anspruchsvoll in Bezug auf Mining-Hardware mit niedrigeren Temperaturen. 

UTXO- und Kontenmodelle

Neben diesen beiden Konsensmodellen gibt es auch zwei verschiedene Datenverfügbarkeitsmodelle, die als UTXO- und Kontenmodelle bekannt sind. Im Whitepaper von Bitcoin wird UTXO nicht erwähnt. Stattdessen nannten Forscher dies später das UTXO-Modell, weil die Summe aller einmaligen Unspent Transaction Outputs die gesamte Blockchain darstellt. Das Kontenmodell (wie im Whitepaper von Ethereum beschrieben) repräsentiert langlebige Konten, die auf der Blockchain ständig wachsen. 

Jedes dieser Modelle wendet eine einzigartige und unterschiedliche Logik an. Ethereums Modell verlässt sich stark auf On-Chain-Berechnungen, was zu Netzwerküberlastungen führt. Bitcoin hat auch ähnliche Probleme mit Netzwerküberlastungen, und beide Modelle wenden unterschiedliche Lösungen an, um diese Skalierbarkeitsprobleme zu bewältigen. Eine direkte (und unerwünschte) Lösung für das Skalierbarkeitsproblem besteht darin, die Anzahl der Knoten zu begrenzen, indem hochmoderne Hardware erforderlich ist, um einen Knoten zu betreiben, was folglich zu einer zentralisierten Blockchain führen kann.

Nach Bitcoin hat das Kontenmodell von Ethereum ein flexibleres Blockchain-Design mit Smart-Contract-Funktionen eingeführt. Die Plattform von Ethereum bot die Möglichkeit, andere Token darauf zu erzeugen, und deshalb erlebten wir vor einigen Jahren den ICO-Boom. Neuartige Ideen wie NFTs, DAOs und DeFi-Apps entstanden aus den Ethereum-Communities. Die meisten anderen Chains haben Ethereums Design mit geringfügigen Anpassungen übernommen, und deshalb sehen wir viele "neue" Chains, die mit Ethereum Virtual Machine-Kompatibilität gestartet werden.

Beispiele für Kontenmodelle: Ethereum, Tron, Solana, Avalanche (C Chain), Binance Smart Chain, EOS

Das UTXO-Modell bietet mehr Flexibilität in seinem Off-Chain-Design, indem es sowohl On-Chain- als auch Off-Chain-Berechnungen kombiniert, um die Skalierbarkeit der Blockchain zu steigern. Ähnlich hat das erweiterte UTXO (verwendet von Ergo und Cardano) eine höhere Daten-Komposierbarkeit als das Kontenmodell, was dApps erleichtert, effizient zu skalieren und auf andere Chains zu implementieren. Das UTXO-Modell hat bestimmte Vorteile in Bezug auf Skalierbarkeit und Privatsphäre, indem es Off-Chain-Berechnungen und einmalige UTXO-Adressen nutzt.

Beispiele für UTXO-Modelle: Cardano, Ergo, Digibyte, Ravencoin, Bitcoin, Komodo, Avalanche (X Chain), Monero, ZCash

Sowohl Konten- als auch UTXO-Modelle können unterschiedliche Lösungen zur Effizienz der Datenverfügbarkeit implementieren (bekannt als Layer-2-Lösungen), wie Zahlungskanäle, Side-Chains, State-Channels, Sharding und/oder zk-Rollups.

Anwendungsebene

Verteilte Anwendungen

Bitcoin verfügt nicht über eine Turing-vollständige Sprache und verwendet keine komplexen Smart Contracts. In Ethereum existieren Smart Contracts hauptsächlich On-Chain und werden auf der Ethereum Virtual Machine ausgeführt. In Ergo sind einige Teile von dApps Off-Chain, und einige finden On-Chain statt. Daher ermöglicht die Off-Chain-Logik von Ergos eUTXO das Ausführen von dApp-Knoten lokal auf dem Computer eines Benutzers und führt zu neuen Designs für verteilte Anwendungen.

Heute muss ein Ethereum-Entwickler einen vollständigen Knoten besitzen, der alle Daten des Netzwerks enthält. Der aktuelle Zustand von Ethereum beträgt über 340 GB und wächst in einem massiven Tempo. Die Entwickler finden Lösungen, indem sie virtuelle Computer von Firmen wie AWS oder Google Cloud mieten. Im Gegenzug sehen wir, dass nur wenige Knoten alle sogenannten dezentralen Apps hosten. Die Logik der Konten von Ethereum ist in der Verteilung des Back-End-Speichers eingeschränkter, da alle Knoten über die gesamte Blockchain informiert sein müssen. Daher führt das Speicherproblem kontinuierlich zu einer teureren Blockchain für Einzelpersonen.

In Ergo führt das eUTXO-Design eine einzigartige Möglichkeit ein, Sicherheits- und Skalierbarkeitsprobleme auf der Anwendungsebene zu überwinden. Benutzer von Anwendungen werden in der Lage sein, leichte Knoten zu besitzen, um direkt an der Governance einer Anwendung teilzunehmen. Durch die Einführung von leichten Knoten und leichten Clients und die Schaffung wirklich zustandsloser Clients können Entwickler, Miner und Benutzer das Netzwerk mit Light-Bootstrapping verteilen und die Zusammenarbeit auf der Plattform erhöhen. Für weitere Informationen über Off-Chain-Logik und das eUTXO-Design siehe bitte diesen Artikel. 

Optionale Privatsphäre 

Ein weiteres Thema der Debatte über Kryptowährungen ist finanzielle Anonymität und Privatsphäre. Bitcoin-Adressen sind nicht direkt mit persönlichen Identitäten verknüpft, daher bietet das Netzwerk den Benutzern ein gewisses Maß an Pseudo-Anonymität. Benutzer müssen jedoch auf zentralisierte Coin-Mixer-Dienste zurückgreifen, um ihre Transaktionen zu verbergen und die Privatsphäre zu wahren. 

Monero, eines der bekanntesten Beispiele für datenschutzorientierte Kryptowährungen, bietet eine vollständig private Kryptowährung. Sowohl Adressen als auch Transaktionen sind privat, und niemand kann Details zu Aktivitäten auf der Blockchain extrahieren. Es ist eine hochgradig privatisierte Kryptowährung, aber da sie vollständig anonym ist, fehlt es ihr an Flexibilität, um eine breite Akzeptanz zu erlangen.

Optionale Privatsphäre bietet Flexibilität zwischen zwei Extremen. Menschen und Organisationen benötigen Privatsphäre und Transparenz in unterschiedlichem Maße. Ergo, ZCash und Dash sind einige der Projekte mit optionalen Privatsphäre-Funktionen. Optionale Privatsphäre macht es einfacher, unterschiedliche Strukturen für gemeinnützige und gewinnorientierte Organisationen zu implementieren. 

Optionale Privatsphäre ermöglicht es, Schichten von Transparenz mit kryptografischer und dezentraler Sicherheit zu schaffen. Diese Option macht es möglich, eine öffentliche Blockchain mit kommerziellen Anwendungsfällen zu erstellen - Benutzer und Organisationen sollten in der Lage sein, das Maß an Privatsphäre zu wählen, das ihren Bedürfnissen entspricht. Zum Beispiel haben Benutzer mit lokal gehosteten ErgoMixern Privatsphäre-Optionen zusätzlich zu anderen Ergo dApps wie ErgoDEX. 

Mit optionaler Privatsphäre kann der Grad der Privatsphäre auf der Blockchain festgelegt und auch mit anderen Anwendungen kombiniert werden. Die Flexibilität und Komposierbarkeit der Blockchain ist ein unglaublich wichtiger Aspekt für die Erlangung einer breiten Akzeptanz.

Neben Netzwerk- und Anwendungsebenen gibt es auch Layer 2, das sowohl Off-Chain- als auch On-Chain-Komponenten wie Side-Chains, State-Channels, Zahlungskanäle oder private Kanäle, Sharding usw. umfasst. Der nächste Artikel Ergo & Blockchain: Skalierbarkeit & Adoption wird einen tieferen Blick auf Layer-2-Netzwerke werfen.

Frühere Artikel:

Ergo & Blockchain: Kryptowährungsbereich

Ergo & Blockchain: Tokenomics und Finanzen

Ergo & Blockchain: Privatsphäre und Sicherheit