Philipp ist Gründer von kryptovergleich.de, einem Vergleichsportal für Kryptowährungen, Börsen, Wallets und mehr. Seit 2017 beschäftigt er sich intensiv mit Kryptowährungen, Blockchain und Fintechs.
Das lang ersehnte Protokollupgrade von Ethereum (“The Merge”) ging am 15.09.2022 reibungslos über die Bühne und ist ohne Zweifel der womöglich einer der größten Meilensteine der Kryptogeschichte seit der Einführung von Bitcoin im Jahr 2008. An einer laufenden Blockchain mit Milliarden an Werten wurde der Konsensmechanismus von Proof of Work zu Proof of Stake geändert. Viele vergleichen diesen Prozess mit einem Motorwechsel während einer Autofahrt.
Es ist jedoch ein weit verbreiteter Irrglaube, dass der Merge direkt zu schnelleren Transaktionen und niedrigen Gasgebühren führen wird. Erst die Einführung von Sharding wird die Transaktionsgebühren auf der Ethereum-Blockchain nativ senken.
Was also ist Sharding und wann können wir mit der Einführung rechnen?
Was ist Sharding?
Beim Sharding einer Blockchain wird die Blockchain in kleinere und besser zu verwaltende Segmente aufgeteilt. Durch die Speicherung von Daten in unabhängigen, separaten Shards wird die Rechenlast für das gesamte Netzwerk verringert. Insgesamt bilden alle Shards in einem Blockchain-Netzwerk einen logischen Datensatz.
Sharding ist kein neues Konzept. Es wird schon seit einiger Zeit in konventionellen Datenbanken verwendet. “Shard” ist eine Abkürzung für „System for Highly Available Replicated Data“.
Durch Sharding kann ein Blockchain-Netzwerk wie das von Ethereum die Netzwerklatenz (Geschwindigkeit, mit der sich Bits/Daten im Netzwerk bewegen) und Skalierbarkeit verbessern.
In seiner derzeitigen Form erreicht Ethereum etwa 15 Transaktionen pro Sekunde (TPS). Wir werden es erst sicher wissen, wenn das Sharding implementiert ist, aber es wird angenommen, dass ein Durchsatz von etwa 100.000 TPS im Netzwerk erreicht werden könnte.
Wie funktioniert Sharding?
Um Sharding zu verstehen, müssen wir zunächst die Funktionsweise von Nodes (“Knoten”) betrachten.
Knoten spielen eine fundamentale Rolle in einem Blockchain-Netzwerk. Ohne sie wären die Daten einer Blockchain unzugänglich. Sie haben drei Hauptfunktionen: die Validierung von Transaktionen, die Weitergabe dieser Validierung an das Netzwerk und die Speicherung der Transaktionshistorie des Netzwerks.
Im Falle von Proof-of-Work-basierten Blockchains wie Bitcoin ist Sharding unglaublich schwierig zu realisieren, da die Nodes Informationen aus dem gesamten Netzwerk benötigen.
Ethereums Umstellung auf einen Proof-of-Stake-Konsensmechanismus bedeutet, dass die Knoten nicht mehr die Gesamtheit der Aktivitäten des Netzwerks speichern müssen. Jeder Knoten muss nur noch die Daten für seinen eigenen Shard speichern. Um die Sicherheit des Netzwerks aufrechtzuerhalten, müssen jedoch weiterhin Informationen von einem Shard an andere Nodes im Netzwerk weitergegeben werden.
Phase 2 von Ethereum 2.0 wird ein physisches Sharding-System mit 64 verbundenen Datenbanken umfassen. Transaktionen werden gleichzeitig und parallel mit jedem Shard verarbeitet. Die Netzwerkknoten werden nur bestimmte spezifische Operationen verarbeiten und nicht alle Operationen wie beim aktuellen Modell.
Die Notare werden in jedem Shard zufällig ausgewählt, um über die Gültigkeit eines Shard-Blocks, also ein Bündel an Transaktionen, abzustimmen. Jeder Shard hat einen „Ausschuss“ von 128 Validierern. Das Komitee schlägt jeden Block vor und validiert ihn alle 12 Sekunden über einen Shard-Manager-Contract.
Jeder einzelnen Shard-Kette wird eine Reihe von Nodes zugewiesen, um neue Transaktionen zu validieren. Mit 64 Shards, die eine gleichzeitige parallele Verarbeitung ermöglichen, können erhebliche Leistungsverbesserungen in Bezug auf Durchsatz und Latenzzeit erzielt werden.
Dank der verbesserten Leistung und Effizienz wird das Netz skalierbar sein, um die steigende Nachfrage der Nutzer zu bewältigen.
Der Zeitplan von Sharding
Sharding soll schätzungsweise im zweiten Halbjahr 2023 als Teil von „The Surge“, Phase 2 des Ethereum 2.0-Projekts, in Ethereum implementiert werden.
Angesichts früherer Verzögerungen sollten wir mit unseren Erwartungen an diesen Zeitplan vorsichtig sein. The Merge – die erste Phase von Ethereum 2.0, in der das Netzwerk von Proof of Work zu Proof of Stake wechselte, wurde seit 2017 sechsmal verschoben.
Die mangelnde Skalierbarkeit war stets ein großes Hindernis für die Entwicklung von Ethereum. Hohe Gasgebühren haben dazu geführt, dass eine ganze Reihe alternativer Smart-Contract-Blockchains als potenzielle „Ethereum-Killer“ entstanden sind, darunter beispielsweise Solana, Avalanche oder Cardano.
Diese Blockchains haben eine gewisse Dynamik entwickelt, aber im Vergleich dazu hat Ethereum immer noch mit Abstand die größte Verbreitung durch eine Vielzahl an Entwicklern, Projekten und damit starken Netzwerkeffekten.
Übergangslösungen
Im April 2022 sagte Tim Beiko, der Ethereum Foundation “Coordinator for Core Developers”, dass die Möglichkeit besteht, dass Entwickler sich für die Implementierung einer Zwischenlösung entscheiden.Eine neue Art von Ethereum-Transaktion, die einen kleinen Teil der Shard-Daten enthält, könnte wie in Ethereum Improvement Proposal (EIP) 4844 beschrieben implementiert werden. In der Zwischenzeit ist die laufende Entwicklung von Layer-2-Lösungen für die Skalierung außerhalb der Chain, wie “ZK-Rollups” und “optimistic Rollups” interessant. Diese könnten bis zu einem gewissen Grad als Zwischenlösung dienen, um die Gasgebühren auf Ethereum zu minimieren.