Was sind eUTXOs?

eUTXOs, oder erweiterte Unspent Transaction Outputs, bieten eine besondere Möglichkeit zur Erstellung von Smart Contracts und zum Aufbau von dApps auf Bitcoin-ähnlichen Blockchains. Das eUTXO-Modell unterscheidet sich grundlegend vom Account-basierten Modell von Ethereum sowie von vielen anderen Smart Contract Chains und bietet verschiedene Vorteile und Kompromisse.

Was ist ein UTXO?

Ein UTXO ist ein Unspent Transaction Output, oder ein Block von Münzen, die das Ergebnis einer Transaktion sind und die von der empfangenden Adresse nicht anschließend ausgegeben wurden. UTXOs sind ein wichtiges Konzept für Bitcoin und ähnliche Blockchains, einschließlich Ergo.

In solchen Systemen wird der Kontostand einer Adresse nicht als einzelner Wert auf der Blockchain gespeichert. Stattdessen ist es die Summe einer Sammlung von einzelnen, ausgebbaren „Outputs“ aus Transaktionen in die Adresse, wobei jeder einen bestimmten Betrag an Münzen darstellt. Diese einzelnen Outputs sind die UTXOs.

Wie funktionieren UTXOs?

UTXOs sind ein Mittel zur Verfolgung von Kontoständen auf der Blockchain. Wenn ein Benutzer eine Transaktion initiiert, gibt er im Wesentlichen ein oder mehrere UTXOs aus, die er in seiner Wallet kontrolliert. Die Outputs einer Transaktion erzeugen neue UTXOs für die Empfänger und möglicherweise einen „Wechsel“-Kontostand von UTXO-Münzen für den Sender, falls etwas übrig bleibt.

Zum Beispiel möchte Alice Bob 20 ERG senden. Ihre Adresse enthält UTXOs von 15, 10, 7, 6 und 3 ERG. Sie wählt die UTXOs von 15 und 6 ERG aus (es ist wichtig zu beachten, dass dieser Schritt normalerweise automatisch von der Krypto-Wallet gehandhabt wird, aber auch manuell durchgeführt werden kann) und sendet 20 ERG an Bob. Bob hat jetzt ein UTXO von 20 ERG in seiner Wallet, und Alice erhält „Wechsel“ in Form eines 1 ERG UTXO.

Alice hätte beliebig viele UTXOs kombinieren können, die insgesamt mindestens 20 ERG ergeben, um sie an Bob zu senden, aber je mehr UTXOs verwendet werden, desto größer ist die Menge an Daten, die auf der Blockchain gespeichert werden muss, und desto höher ist die Transaktionsgebühr.

Die in Transaktionen gesendeten UTXOs gelten als ungenutzt, bis sie in einer zukünftigen Transaktion verwendet werden. An diesem Punkt werden sie Teil eines neuen UTXO.

UTXOs sind daher ein wenig wie Umschläge mit Geld. Ein Benutzer kann viele solcher Umschläge halten und sie in Transaktionen kombinieren. Jeder neue Wechsel (Mittel, die über den Transaktionsbetrag hinausgehen) aus Transaktionen geht in einen neuen Umschlag und wird vom Sender behalten.

Benutzer zahlen auch eine kleine Transaktionsgebühr an Miner, die einfach die Differenz zwischen dem gesamten Input und den gesamten Outputs, einschließlich Wechsel, ist. (Auf Ergo beträgt dies normalerweise 0,0011 ERG für eine einfache Transaktion.)

Jede Münze auf der Blockchain gehört daher zu einem UTXO. Jede Münze kann durch vorherige UTXO-Münzblöcke zurückverfolgt werden, bis zu der Transaktion, in der sie erstmals existierte (d.h. als sie geschürft wurde).

So verfolgen Bitcoin-ähnliche Blockchains Kontostände und gewährleisten die Zuverlässigkeit von Transaktionen. Jede Transaktion muss gültige und ungenutzte UTXOs referenzieren, um als legitim angesehen zu werden. Das UTXO-Modell bietet Transparenz und ermöglicht es jedem, unabhängig das Eigentum und die Gültigkeit von Bitcoins durch Überprüfung der Blockchain zu verifizieren.

UTXOs stellen daher die Bausteine des Eigentums und der Transaktionen in Bitcoin-ähnlichen Systemen dar.

Was ist das Account-basierte Modell?

Die Hauptalternative zum UTXO-Modell ist der Account-basierte Ansatz. Dieser wird von vielen Blockchains, einschließlich Ethereum, verwendet. Ein account-basiertes Modell funktioniert völlig anders als UTXO-Ketten zur Verfolgung des Blockchain-Zustands.

Wie funktioniert das Account-basierte Modell?

In einer account-basierten Blockchain werden Transaktionen über Konten verwaltet, die mit Adressen verknüpft sind. Jeder Benutzer hat ein Konto mit einem Kontostand, ähnlich wie ein Bankkonto einen Kontostand hat, und Transaktionen beinhalten das Belasten und Gutschreiben dieser Salden.

Der Zustand des Ledgers wird aktualisiert, um Änderungen der Kontostände nach der Ausführung von Transaktionen widerzuspiegeln. Dieses Modell bietet eine granularere Kontrolle über Benutzerkonten (da keine Wechsel-Outputs erforderlich sind), hat jedoch unterschiedliche Eigenschaften und verschiedene Vor- und Nachteile.

UTXOs vs. Konten: Vorteile und Nachteile

Wie jedes System gibt es Vor- und Nachteile bei der Verwendung des UTXO-Modells oder des account-basierten Ansatzes.

Vorteile des UTXO-Modells:

• Vereinfachte Zustandsverfolgung: Jeder UTXO repräsentiert einen bestimmten Betrag an Kryptowährung und dessen Eigentum, was die Verfolgung des Blockchain-Zustands unkompliziert macht.
• Datenschutz: Das UTXO-Modell kann den Datenschutz verbessern, wenn es richtig verwendet wird, da einzelne Transaktionen nicht direkt mit Benutzeridentitäten verknüpft sind.
• Parallelverarbeitung: UTXOs können parallel verarbeitet werden, was eine schnellere Überprüfung und Validierung von Transaktionen ermöglicht und potenziell zur Skalierbarkeit beiträgt.
• Klare Eigentumsverfolgung: Es ist einfach, den Ursprung und den aktuellen Inhaber eines bestimmten Betrags an Münzen zurückzuverfolgen.
• Reduzierte Blockchain-Überlastung: Da ausgegebene UTXOs aus dem UTXO-Set entfernt werden, kann die Verwendung des UTXO-Modells helfen, die Blockchain-Überlastung zu reduzieren, was zu effizienterem Speicher führt.

Nachteile des UTXO-Modells:

• Skript-Herausforderungen: Aufgrund der Natur des UTXO-Modells funktioniert das Skripting anders als bei account-basierten Plattformen, sodass es schwieriger sein kann, dApps zu erstellen, wenn Entwickler an einen konventionelleren Ansatz gewöhnt sind.
• Weniger ausdrucksstarke Smart Contracts: Die Einfachheit des UTXO-Modells kann die Komplexität von Smart Contracts einschränken, obwohl es Möglichkeiten gibt, dies zu adressieren.
• Skalierbarkeit: Mit der wachsenden Anzahl von UTXOs, die auf der Blockchain gehalten werden, können Skalierbarkeitsprobleme auftreten.
• Ressourcenverbrauch: Das UTXO-Modell kann zu einem weniger effizienten Ressourcenverbrauch führen, da das Ausgeben von Münzen das vollständige Ausgeben von UTXOs erfordert, selbst wenn der Transaktionsbetrag niedrig ist.

Was sind eUTXOs?

Wie oben erläutert, erfordert im Standard-UTXO-Modell (wie es Bitcoin verwendet) jede Transaktion vorhandene UTXOs als Input und erstellt neue UTXOs als Outputs.

Das erweiterte UTXO- oder „eUTXO“-Modell erweitert dieses Konzept, indem es UTXOs ermöglicht, zusätzliche Informationen zu enthalten, wie komplexe Skripte oder Smart Contract-Logik.

Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass Benutzer weiterhin die Vorteile des UTXO-Modells, einschließlich Sicherheit und Einfachheit, genießen können, während die Plattform auch Smart Contract-Funktionen bereitstellen kann. Cardano ist eine bekannte Blockchain, die das eUTXO-Modell nutzt, um Smart Contracts in ihrem Netzwerk zu ermöglichen. Ergo ist eine weitere.

Wie funktionieren eUTXOs?

Das eUTXO-Modell erweitert das Standard-UTXO-Münzmodell auf zwei Arten:

• Adressen können zusätzliche Logik in Skripten enthalten, die weitere Bedingungen und Informationen bereitstellen. Wenn die Transaktion von einem Knoten geschürft wird, überprüft der Knoten das Skript und führt es aus, wenn die Bedingungen erfüllt sind.
• Outputs können zusätzliche Daten enthalten, die leistungsfähigere und flexiblere Skripte ermöglichen.

All dies ermöglicht komplexe Logik, die viele verschiedene Bedingungen und Informationen enthalten kann. Diese willkürliche Logik wird von dem Validator auf eine Transaktion angewendet und verarbeitet, wenn die Transaktion berechtigt ist, einen bestimmten Input zu verwenden.

eUTXO-Vorteile und -Nachteile

Wie aus der obigen Übersicht ersichtlich ist, hat die Verwendung von UTXOs als Grundlage für Smart Contracts verschiedene Implikationen. Einige dieser Implikationen bieten erhebliche Vorteile gegenüber account-basierten Smart Contracts, aber wie in jedem System gibt es Kompromisse.

Ein Merkmal des eUTXO-Modells ist, dass eine Transaktion nur auf der Grundlage der Transaktion selbst und ihrer Inputs validiert wird, ohne dass etwas anderes auf der Blockchain erforderlich ist. Eine interessante und nützliche Implikation davon ist, dass eine Transaktion off-chain auf Gültigkeit überprüft werden kann, bevor die Transaktion zur Validierung gesendet wird. Nachdem sie überprüft wurde, wird garantiert, dass die Transaktion erfolgreich ist (sofern nicht eine andere Transaktion in der Zwischenzeit ihre Inputs verbraucht hat). eUTXOs sind daher vorhersehbarer und zuverlässiger als account-basierte Smart Contract-Transaktionen, die während der Verarbeitung fehlschlagen können. Auf Ethereum ist es beispielsweise möglich, dass eine Transaktion erhebliches Gas verbraucht und dennoch fehlschlägt, was den Benutzer ohne Nutzen kostet.

Eine weitere Implikation dieser Zuverlässigkeit ist, dass alle für die Transaktion erforderlichen Gebühren ebenfalls berechnet werden können, bevor die Transaktion eingereicht wird. Ethereum und andere account-basierte Systeme sind nicht deterministisch, was bedeutet, dass nicht nur die Transaktion fehlschlagen kann, sondern dass selbst wenn sie erfolgreich ist, die genauen Kosten nicht bekannt sind. Mit dem eUTXO-Modell sind die Gebühren vorherbestimmt und vorhersehbar.

Der Datenschutz ist mit dem eUTXO-Modell tendenziell besser, und die Transaktionslogik ist tendenziell einfacher, da ein UTXO nur einmal (und vollständig) ausgegeben werden kann. Es eröffnet auch die Möglichkeit der Parallelverarbeitung, da mehrere UTXOs gleichzeitig verarbeitet werden können (solange sie nicht versuchen, dasselbe Input-UTXO zu verwenden). Die Bandbreite möglicher Ergebnisse ist viel begrenzter als bei einem account-basierten System, was die Ausführung vorhersehbarer und sicherer macht.

Gegen all dies ist das eUTXO-Modell ziemlich anders als ein account-basiertes Modell, mit dem die meisten Entwickler vertraut sind (da Ethereum diesen Ansatz verfolgt). dApps, die für Ethereum und ähnliche Blockchains erstellt wurden, können nicht einfach für die Verwendung auf eUTXO-Plattformen angepasst werden.

Wichtige Unterschiede zwischen eUTXO, UTXO und Account-basiertem Modell

UTXOs repräsentieren einfache ungenutzte Outputs, die in neuen Transaktionen verwendet werden können. Dies ist ein einfaches, sicheres Buchhaltungsmodell, das von der ersten Generation der Blockchain, Bitcoin, verwendet wird.

eUTXOs erweitern diesen Ansatz und verallgemeinern ihn, sodass Validatoren entscheiden können, ob ein UTXO ausgegeben ist, basierend auf einer Vielzahl von Bedingungen – was es ermöglicht, weitreichende und ausdrucksstarke Smart Contracts zu erstellen, während die Einfachheit und Sicherheit des UTXO-Fundaments erhalten bleibt.

Die Ausführung von Smart Contracts in einem account-basierten System kann komplizierter und potenziell weniger sicher sein, aufgrund der Art und Weise, wie Daten gespeichert werden und Änderungen vorgenommen werden.

In einem eUTXO-System werden UTXO-Münzen entweder vollständig ausgegeben oder nicht. In einem account-basierten System ist jedes Konto veränderlich und Smart Contracts können ihren Zustand während der Ausführung ändern. Dies kann zu komplexen und gelegentlich schwer vorhersehbaren Interaktionen zwischen verschiedenen Verträgen führen. Änderungen am Zustand eines Smart Contracts können andere beeinflussen, sodass potenzielle Konflikte berücksichtigt werden müssen. Dies ist im eUTXO-Modell nicht möglich. Da UTXOs unabhängig sind, sind sie isoliert und die Ausführung von Smart Contracts ist deterministischer und sicherer - die Änderungen an einem Teil des Ledgers wirken sich nicht direkt auf andere aus. Die Ausgabebedingungen sind klar und leicht zu überprüfen. Ebenso ist die Gasberechnung bekannt und vorhersehbar.

Gegen all dies bieten account-basierte Blockchains im Allgemeinen eine größere Flexibilität für komplexe Smart Contracts und dezentrale Anwendungen, da die Entwicklung typischerweise einfacher ist und Verträge leicht auf andere Verträge zugreifen und mit ihnen interagieren können – obwohl dies mit einem größeren Risiko und der Möglichkeit verbunden ist, dass Schwachstellen unbeabsichtigt eingeführt werden. Ein eUTXO-basierter Ansatz ist oft vorzuziehen, alles andere gleich, für bestimmte Arten von dApps.

Fazit

eUTXOs bieten einen grundlegend anderen Ansatz für Smart Contracts und dezentrale Anwendungen als das vorherrschende account-basierte Modell. Während es in einigen Aspekten begrenzter erscheinen mag, ist das eUTXO-Modell im Allgemeinen sicherer und vorhersehbarer und beseitigt einige der schwerwiegendsten Schwachstellen, die mit Smart Contracts verbunden sind.