Alles, was du schon immer über The Merge von Ethereum wissen wolltest

Wichtiger Kontext, um „The Merge“ zu verstehen

Um im Detail zu verstehen, was „The Merge“ ist, sollten wir uns die wichtigen Schlüsselkonzepte anschauen.

Konsensmechanismus

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Hast du all die Nullen am Anfang bemerkt? Miner müssen immense Arbeit leisten, um die Outputs dieser Reihe von Nullen zu finden.

Wie der PoW-Mining-Algorithmus funktioniert:

1. Sammle eine Menge unbestätigter Transaktionen.
2. Baue mit ihnen einen „Kandidaten“-Block.
3. Hashe den Dateninhalt dieses Blocks mit Hilfe eines SHA256-Tools.
4. Hat der Hash-Output genügend anführende Nullen produziert? (aka: Lag es unter einem gewünschten vom Netzwerk ermöglichten Zielschwierigkeitsgrad?)
5. Wenn ja, hast du gewonnen! Du hast einen gültigen Proof-of-Work gefunden. Reiche diesen Block im Netzwerk ein und werde belohnt. Gehe zurück zu Schritt 1 und wiederhole den Vorgang.
6. Falls nicht, wiederhole Schritt 4.

Das PoW-System von Ethereum funktioniert genauso. Wenn du der Chain Blöcke hinzufügen und dafür belohnt werden möchtest, musst du in Hardware investieren, um die Billionen von PoW-Algorithmen auszuführen.

So funktioniert das Proof-of-Work-Modell. Miner investieren viel Energie und Zeit, um einen gültigen Proof-of-Work zu finden, einen Prozess, der der Sicherung des Netzwerks dient und Konsens erzielt.

Es gibt viele Ebenen des Konsens

Der oben beschriebene Prozess ist nur ein Algorithmus, der von der Mining-Software des Ethereum-Clients ausgeführt wird. Die Spieltheorie zwingt uns, Faktoren außerhalb der Software in Betracht zu ziehen. Blockchain-Netzwerke gehen als starke Treiber für soziale und wirtschaftliche Aktivitäten auch in reale Systeme über. Zum Beispiel muss ein Miner Kapital verwenden, um:

1. Hardware-Ausrüstung zu kaufen;
2. Zugang zu reichlich billigem Strom zu haben;
3. Zugang zu starkem WLAN zu haben;
4. Einen Ort und Infrastruktur einrichten, um mit Maschinen, Wärmeabgasen und Staub umzugehen.

Das sind alles Risiken, die eine Person eingehen muss, um „Miner“ in einem PoW-System zu werden. Alle diese Elemente sind erforderlich, damit du über das verfügst, was du brauchst, um gültige Arbeitsnachweise einzureichen und das betreffende Netzwerk zu schützen. Beim Proof-of-Work beweisen Miner, dass ihr Kapital einem Risiko ausgesetzt ist, weil sie Energie investieren.

Proof-of-Stake = Ein weiterer Konsensmechanismus

Proof-of-Work ist nur einer von vielen Konsensmechanismen, die es gibt, um dezentrale Netzwerke zu koordinieren. Es ist der De-facto-Konsensmechanismus, der durch Bitcoin populär gemacht — und von Ethereum kopiert wurde.

Aber Ethereum wurde so konzipiert, dass sein Proof-of-Work-Konsens nur temporär ist.

Bevor wir über The Merge sprechen, wollen wir uns Proof-of-Stake, oder PoS, im Detail anschauen.

Proof-of-Stake ist ein Konsensmechanismus, der wie PoW verwendet wird, um einem Blockchain-Netzwerk die Dinge zu geben, die Konsensmechanismen bieten sollten, hauptsächlich:

1. Netzwerksicherheit (kein Betrug, keine Doppelausgaben, keine 51%-Angriffe);
2. Eine Möglichkeit für Knotenpunkte, übereinzukommen, welche Chain die „wahre“ Chain ist.

Tezos ist ein Netzwerk, das PoS erfolgreich verwendet; du musst 6.000 $XTZ (den systemeigenen Token des Tezos-Netzwerks) staken (aka: sperren), um „Bäcker“ (Baker) zu werden, das ist der Begriff, den Tezos verwendet, um einen „Validator“ oder „Miner“ zu bezeichnen. Kapital zu riskieren, um ein Netzwerk zu unterstützen, bietet spieltheoretisch gesehen den Akteuren angemessene Anreize, ehrliche Vermittler im Netzwerk zu sein, sonst wären ihre Investitionen nicht rentabel.

Ethereum + Proof-of-Stake

Ethereum wurde entwickelt, um Proof-of-Work nur vorübergehend zu verwenden: Die Entwickler hatten immer vor, auf Proof-of-Stake umzusteigen. Angesichts des unbestreitbaren Erfolgs von Proof-of-Work als Konsensmodell für Bitcoin hat auch Ethereum damit angefangen, mit einem PoW-Mechanismus zu arbeiten. Gleichzeitig konnte das komplexe Design eines Proof-of-Stake-Ethereums vollständig gestaltet werden; mit einem Plan zur Implementierung, sobald die Zeit reif und das System vollständig erforscht und fertig ist, sowie alle Probleme behoben sind.

Um ein Ethereum-Validator zu werden, musst du 32 $ETH staken (den systemeigenen Token des Ethereum-Netzwerks) und den Ethereum-Client auf einem Computer mit hoher Internetverfügbarkeit ausführen (das kann sogar ein Laptop sein!). Indem du das tust, signalisierst du dem Netzwerk, dass du beim Verifizieren und Erstellen von Blöcken ehrlich sein wirst. Warum? Weil es in deinem eigenen Interesse liegt, ehrlich zu sein. Wenn du unehrlich bist, verlierst du Validator-Prämien und möglicherweise sogar deinen Einsatz (Stake) — auch der Wert des Tokens selbst kann sinken, was bedeutet, dass du dich letztendlich selbst beklaust.

Die Konzepte zu Ethereum PoS vs. Ethereum PoW, die man kennen sollte

• Bei PoW wird der Chain ein Block von jemandem hinzugefügt, der den Zielschwierigkeitsgrad des Hashing-Rätsels erfolgreich löst. Bei PoS wird der Chain ein Block hinzugefügt, indem ein zufälliger Validator-Knotenpunkt ausgewählt wird, um einen Block vorzuschlagen. Eine zweite Gruppe von Validatoren wird dann nach dem Zufallsprinzip ausgewählt, um den von diesem Validator vorgeschlagenen Block zu verifizieren.
• Ethereum-PoW hat „Miner“, die für die Blockverifizierung + das Hinzufügen verantwortlich sind. Ethereum-PoS hat „Validatoren“, die für die Blockverifizierung + das Hinzufügen verantwortlich sind. Miner erhalten Belohnungen, wenn sie eine gültige Ziel-Hash-Lösung finden, Validatoren verdienen Belohnungen, indem sie einen Block bauen, wenn sie zufällig dafür ausgewählt werden.
• Um Blöcke hinzuzufügen setzt Ethereum-PoS keinen hohen Energieverbrauch voraus, während Ethereum-PoW einen extremen Energieverbrauch erfordert, um Hash-Berechnungen schnell durchführen zu können. Schätzungen zufolge werden sich die Energieanforderungen von PoS auf ca. 99,95 % weniger als bei PoW belaufen.
• Das bei PoW auf dem Spiel stehende Kapital sind die Zeit, Hardware und die Elektrizitätskosten einer Person. Das bei PoS auf dem Spiel stehende Kapital sind die Zeit einer Person + ihre 32 ETH. In Anbetracht des spieltheoretischen Designs, können ehrliche Akteure mehr verdienen als unehrliche.
• Die Rate der PoW-Blöcke wird durch den Netzwerkschwierigkeitsgrad bestimmt. Dieser ist in der Regel so angepasst, dass er auf eine bestimmte Zeit ausgerichtet ist — die er über- oder unterschreiten kann. Es kann unterschiedlich lange dauern, einen gültigen Ziel-Hash zu finden. Die Rate der PoS-Blöcke entspricht einem festen Tempo. In PoS-Ethereum wird Zeit in Slots (12 Sekunden) und Epochs (Epochen) (32 Slots) unterteilt. Es gibt verschiedene Mechaniken, die auf der Grundlage dieses festgelegten Tempos funktionieren, zum Beispiel: In jedem Slot wird ein Komitee von Validatoren nach dem Zufallsprinzip ausgewählt und beauftragt, darüber abzustimmen, ob der von einem anderen zufälligen Validator vorgeschlagene Block gültig ist.

Ethereum + PoS Terminologie & Konzepte, die man kennen sollte

• Validator (Prüfer): Als Validator bist du für das Speichern von Daten, die Verarbeitung von Transaktionen und das Hinzufügen neuer Blöcke zur Blockchain verantwortlich — dafür benötigst du einen Stake (Einsatz) von 32 $ETH + aktive Hardware + Software-Client. Validatoren müssen über ausreichend Hardware und Internetverbindung verfügen, um durch die Validierung/das Vorschlagen von Blöcken Prämien zu erhalten.
• Slashing: Böswilliges Verhalten eines Validators kann dazu führen, dass der Einsatz dieses Validators „geslasht“ oder gekürzt wird, in immer höheren Beträgen (denke daran, dass du auch für nicht böswilliges Verhalten geslasht werden kannst, zum Beispiel, wenn dein Node (Knotenpunkt) offline geht!).
• Slot: 12 Sekunden.
• Epoch: 32 Slots.
• Mainnet: Die aktuelle, „wahre“ Chain von Ethereum, die auf PoW-Konsens läuft. Im Gegensatz zu einem Testnetzwerk, wie zum Beispiel Göerli, ist Ether in diesem Netzwerk echtes Geld wert.
• Ethereum-Client: Softwarepaket, das von Ethereum-Knotenpunkten ausgeführt wird und aus zwei Ebenen (Layers) besteht: Ausführung und Konsens. Der Knotenpunkt, auf dem der Client läuft, kann entweder ein Full Node (kompletter Knotenpunkt) oder ein Mining-Knotenpunkt sein.
• Ausführungsebene: Layer des Ethereum-Clients, der für die Ausführung von Transaktionen und die Verwaltung des Status zuständig ist. Hier führt die EVM Betriebscodes und Programmierlogik aus. Zu den Ausführungs-Clients gehören: Geth, Erigon und Nethermind.
• Konsensebene: Layer des Ethereum-Clients, der für den Konsens zuständig ist. Hier sind die Regeln darüber, was einen Block oder eine Transaktion gültig macht, beheimatet. Zu den Konsens-Clients für die Beacon Chain gehören Lighthouse, Prysm und Teku.
• Die Beacon Chain: Separate Proof-of-Stake-Blockchain, die am 1. Dezember 2020 erstellt wurde. Sie existiert komplett parallel zum Ethereum-Mainnet und ist seit ihrer Erstellung im Einsatz, sie wird zum Testen verwendet. Sobald sie fertiggestellt ist, wird sie die neue Konsens-Engine sein, auf der zukünftige Ethereum-Transaktionen ausgeführt werden.

Okay, was also ist The Merge?

Nun, da wir viele wichtige Begriffe und Zusammenhänge betrachtet haben, sollte es einfacher sein, zu verstehen, was zum Teufel „The Merge“ ist.

Ethereums Übergang zu Proof-of-Stake war ursprünglich in zwei Hauptteile unterteilt (mit Ausnahme von Hard Forks wie Berlin und London, die als allgemeine Upgrades auf Ethereum vor The Merge stattfanden):

1. Das Launchen der Beacon Chain. Die Beacon Chain, eine separate parallele PoS-Blockchain, wurde verwendet, um Tests durchzuführen, ohne das Ethereum-Mainnet oder die darauf gesicherten Hunderten von Milliarden Dollar zu beeinträchtigen. Ein weiterer wichtiger Grund für die Einführung der Beacon Chain vor der offiziellen Zusammenführung besteht darin, Stakern ausreichend Zeit zum Staking zu geben — es müssen genügend gestakete ETH vorhanden sein, um das Netzwerk ausreichend zu sichern. Zum Zeitpunkt des Schreibens dieses Artikels verwahrt die Beacon Chain 14.000.434 ETH.
2. The Merge. Die Verschmelzung der Konsensebene der Beacon Chain mit dem EVM-Status des Ethereum-Mainnets.

The Merge wird die Art und Weise, wie Ethereum-Clients derzeit Ausführungs- und Konsensebenen bündeln, effektiv verändern und sie in ihre eigenen separaten Clients aufteilen. Das bedeutet, dass ein Full Node im PoS-Ethereum einen Client mit Geth (Ausführung) + Lighthouse (Konsens) betreiben kann — oder jede mögliche Variante der Ausführungs-/Konsens-Clients. Und das alles in Echtzeit.

The Merge, die Zusammenführung oder Fusion, ist der letzte Schritt im Ethereum-Upgrade zu Proof-of-Stake. Aber was passiert da eigentlich genau?

Also, da hast du es. Nachdem du diesen Artikel gelesen hast, solltest du mit allen wichtigen Begriffen und Konzepten im Zusammenhang mit Blockchain-Konsenssystemen vertraut sein, insbesondere mit Proof-of-Work und Proof-of-Stake. Wenn dich jemand fragt, was zum Teufel The Merge ist, sollte die natürliche Antwort lauten: „Der letzte Schritt im Übergangsprozess von Ethereum von einem PoW- zu einem PoS-Sicherheitsmodell.“

Ist diese Veränderung riskant? Auf jeden Fall! Proof-of-Work ist ein kampferprobtes Sicherheitsmodell, das Bitcoin seit über fast zwei Jahrzehnten nahezu perfekte Betriebszeit beschert. Proof-of-Stake hingegen ist ein ziemlich neues und komplexeres Sicherheitsmodell. Es wird sich zeigen, ob das Modell gut geeignet ist, um die Hunderte von Milliarden Dollar im Ethereum-Netzwerk zu sichern.

Sobald Ethereum seinen Proof-of-Stake-Meilenstein erreicht hat, gibt es in Zukunft noch viele weitere Upgrades, die Ethereum dabei helfen sollen, die Skalierung und erweiterte Dezentralisierung zu verbessern. Zu diesen nächsten Meilensteinen gehören:

1. The Merge: PoW-Ethereum stirbt, PoS-Ethereum beginnt (voraussichtlich am 15. September)
2. The Surge: Sharding zur Unterstützung der Skalierbarkeit, insbesondere für Rollups (noch offen)
3. The Verge: Zustandslose Clients, die die Ausführung von Ethereum-Knotenpunkten vereinfachen (noch offen)
4. The Purge: technische Schuldenbeseitigung + Eliminierung historischer Daten (noch offen)
5. The Splurge: Zusätzliche Funktionen, Goodies (noch offen)

Was denkst du? Wird das „Upgrade“ auf ein neues Sicherheitsmodell Ethereum gute Dienste leisten? Hätten sie einfach beim PoW-Konsens bleiben sollen, da das ein scheinbar zuverlässiges Sicherheitsmodell ist? Wird das die Mainstream-Verbreitung von Ethereum vorantreiben oder wird der Wechsel der Blockchain auf lange Sicht schaden?

Ein besonderer Dank geht an CryptoPunk 6068 für das Bereitstellen von Expertise, die zum Schreiben dieses Artikels von großer Hilfe war.