Was Sie lernen werden:

1. Was Ethereum macht
2. Ein Überblick über seine Architektur
3. Ein Überblick über die Kernkomponenten von Ethereum
4. Einige der Dinge, die man auf Ethereum aufbauen kann

Was ist Ethereum?

[Ethereum ist ein Blockchain-basiertes System (https://ethereum.org/de/), auf dem jeder jeden digitalen Dienst erstellen und sicher bereitstellen kann, ohne ein formales, zentralisiertes Genehmigungsverfahren durchlaufen zu müssen – wie z. B. die Aufnahme einer App in Apples App Store.

Es ist die Idee von Vitalik Buterin, einem in Russland geborenen Computerprogrammierer, der ein früher Befürworter von Bitcoin war, aber der Meinung war, dass eine Skriptsprache fehlte, um verbundene Anwendungen zu ermöglichen.

Ethereum wurde als „Weltcomputer“ bezeichnet, da es einen erlaubnisfreien Zugang zu einem Turing-kompletten System ermöglicht, das jede in seiner eigenen Programmiersprache formulierte Anfrage verarbeiten kann.

Es verwendet eine Reihe von Standards für die Erstellung von Token, die den Werttransfer innerhalb von und zwischen Anwendungen, die auf Ethereum aufbauen, ermöglichen und so ein riesiges interoperables Ökosystem schaffen.

Anwendungen, die auf Ethereum aufbauen, müssen sich nicht auf eine dritte Partei wie eine Bank oder den Google Play Store verlassen. Diese grundlegenden Eigenschaften haben es Ethereum-basierten Anwendungen ermöglicht, schnell in Branchen einzugreifen, die für den Durchschnittsbürger schwer zugänglich sind, wie z. B:

• Dezentralisierte Finanzen (Defi) – Umwälzung von Finanzdienstleistungen und Investitionen
• NFTs – Umwälzung des Marktes für Kunst und Sammlerstücke
• Metaverse – Ermöglicht die Schaffung virtueller Ökonomien

Die Architektur von Ethereum

1. Überblick über Ethereum
2. Die EVM – Ethereum Virtual Machine
3. Die Ethereum-Blockchain und das Konsensverfahren
4. ETH und seine Tokenomik
5. Smart Contracts, Gas & dApps
6. Knotenpunkte
7. Kunden & Netzwerke
8. Konten & Transaktionen

1. Überblick über Ethereum

Ethereum ist ein verteiltes Computernetzwerk, das seine Rechenleistung über die so genannte Ethereum Virtual Machine (oft mit EVM abgekürzt) vermietet.

In der Analogie zu Ethereum als Weltcomputer ist die EVM der Prozessor, der eine Laufzeitumgebung für die Ausführung von Smart Contracts bereitstellt. Dabei handelt es sich um Code-basierte Anweisungen, die von digitalen Anwendungen – dApps – aufgerufen werden, die für den Service mit der nativen Währung des Ethereum-Netzwerks, Ether, bezahlen. Der erforderliche Rechenaufwand wird in Gas gemessen.

Das Ethereum-Netzwerk besteht aus Knoten, die einer Reihe von Regeln, dem Ethereum-Protokoll, folgen und deren einziger Zweck es ist, den korrekten Zustand des EVM aufrechtzuerhalten, der Konten mit Ether und Smart Contracts umfasst.

2. Die Virtuelle Maschine von Ethereum

Die EVM ist nicht Teil eines Netzwerks oder Dateisystems, sie empfängt lediglich Anfragen für Smart Contracts und führt diese aus, wobei sie ihren Zustand aktualisiert. Dieser Zustand wird in jedem Block der Ethereum-Blockchain aufgezeichnet, zusammen mit allen Änderungen an den Guthaben der Konten, die Ether (ETH) halten.

Entscheidend ist, dass Ethereum nur einen „kanonischen“ Zustand hat, und der EVM stellt die Regeln für die Berechnung eines gültigen Zustands für jeden neuen Block bereit, je nachdem, welche Smart Contract-Änderungen oder Kontotransaktionen angefordert wurden.

Der EVM-Zustand wird in Blöcken gespeichert, die mithilfe von Kryptographie in einer Blockchain verkettet werden, die vom Netzwerk der Nodes verwaltet wird, die die Regeln über einen Ethereum-Client ausführen.

Ethereum-Clients sind spezielle Software, die die Anweisungen aus dem ursprünglichen Entwurf von Vitalik Biterin, dem sogenannten Ethereum Yellow Paper, umsetzen.

3. Die Ethereum-Blockchain

Die Einigung über die Richtigkeit der in der Blockchain gespeicherten Transaktionen wird durch einen Konsensmechanismus namens Proof of Work erzielt, der den allgemeinen Ansatz von Bitcoin kopiert, jedoch mit spezifischen Anpassungen, die einen wesentlichen Unterschied zur Tokenomik von Ethereum ausmachen – wie ETH erstellt und verteilt wird und Anreize für die Besitzer schafft.

Mining Nodes führen einen speziellen Algorithmus namens EthHash aus, eine willkürliche mathematische Berechnung, die alle fünfzehn Sekunden neue Blöcke mit Zustandsänderungen erzeugt. Der Miner erhält eine Belohnung von zwei Ethereum, die ein „Legitimationszertifikat“ ausstellt, das beweist, dass die erforderliche Arbeit abgeschlossen wurde, zusammen mit den von Konten und dApps gezahlten Gebühren für Transaktionen und die Ausführung von Smart Contracts.

Der neue Block wird an den Rest des Netzwerks gesendet, und sobald andere Miner das Legitimationszertifikat sehen, müssen sie es als den neuesten Block in der Kette akzeptieren.

Das Timing der Blöcke wird vom Protokoll festgelegt und die Schwierigkeit programmatisch angepasst, um die Blockproduktionszeit konsistent zu halten.

Die Größe der Blöcke ist auf der Grundlage der für die Ausführung aller Transaktionen erforderlichen Gasmenge begrenzt. Die Obergrenze liegt bei 30 Millionen Gas, aber die Blockgröße variiert je nach Nachfrage.

Die Verwendung von Proof of Work in Ethereum soll 2022 enden und auf Proof of Stake umgestellt werden, um die Skalierbarkeit zu verbessern und Bedenken hinsichtlich der Umweltauswirkungen des Proof of Work-Minings auszuräumen.

Es gibt bereits eine separate Beacon-Kette, in der die eingesetzten Gelder gehalten werden und die schließlich mit dem Hauptnetz verschmelzen und einen neuen Konsensmechanismus namens Casper the Friendly Finality Gadget anwenden wird.

4. Ether und seine Tokenomik

Im Gegensatz zu Bitcoin ist das Angebot von Ethereum nicht gedeckelt und wächst durch die Belohnung von zwei ETH, die an Miner für die Produktion neuer Blöcke gezahlt werden.

Transaktionen werden vom Absender in Form von Gas bezahlt. Indem die vom EVM geleistete Arbeit in Rechnung gestellt wird, wird der minimale Rechenaufwand angeregt und dem Absender in Rechnung gestellt.

Gas wird in Gwei bezahlt, was als Mikro-Einheit von Ether die Gebühren viel einfacher darstellbar macht.

1 ETH = 1.000.000.000 Gwei.

Als Reaktion auf die Bedenken bezüglich der inflationären Tokenomics von Ethereum wurden Änderungen am Mining-Prozess durch ein Ethereum Improvement Proposal, EIP1559, vorgenommen, das am 5. August 2021 umgesetzt wurde.

Die Änderungen bedeuten, dass ein Teil der Gebühren, die in neu geminten Blöcken enthalten sind, verbrannt werden, anstatt an die Miner zu gehen. Das Ziel ist es, regelmäßig genug ETH zu verbrennen, um das Angebot zu verringern und zu einer deflationären Münze zu werden.

Die oben erwähnten bevorstehenden Änderungen an der Konsensmethode wirken sich bereits auf die Tokenomics von Ethereum aus, indem sie den ETH-Inhabern greifbare Anreize bieten, ihr Geld einzusetzen und das Netzwerk zu unterstützen.

Gegenwärtig sind fast 8 % des zirkulierenden ETH-Bestandes im ETH2 Deposit Contract gebunden, was 9,25 Millionen Token oder etwa 23 Milliarden Dollar entspricht.

5. Smart Contracts, dApps & Gas

Smart Contracts werden in einer Ethereum-spezifischen Programmiersprache namens Solidity geschrieben, deren Erlernen für jeden mit Programmierkenntnissen (insbesondere Javascript) keine große Herausforderung darstellen sollte.

Smart Contracts werden im EVM gespeichert, wobei ihr aktueller Zustand im letzten Block der Ethereum-Blockchain wiedergegeben wird.

Ein paar Zeilen Code innerhalb eines Smart Contracts können eine neue Kryptowährung oder Finanzdienstleistung schaffen, solange bestimmte grundlegende Standards eingehalten werden. Die Standardisierung innerhalb des Ethereum-Protokolls ermöglicht die Interoperabilität zwischen dApps und ist einer der Gründe, warum der Markt für DEFI und NFTs in so kurzer Zeit so schnell gewachsen ist.

Tausende von dApps laufen inzwischen auf Ethereum, während andere Blockchains versuchen, das Design von Ethereum zu imitieren und zu verbessern, indem sie ähnliche Smart-Contract-Funktionen anbieten und EVM-Kompatibilität bieten, damit Anwendungen leicht portiert werden können.

Die zunehmende Nutzung von Smart Contracts hat Ethereum zu einem Opfer seines eigenen Erfolgs gemacht, da die Ausführungsgebühren, die die Nutzer für die Nutzung von DEFI-Diensten oder Mint-NFTs zahlen müssen, den Durchschnittsnutzer aus dem Markt drängen.

6. Ethereum-Knoten

Wie Bitcoin verfügt auch das Ethereum-Netzwerk über verschiedene Arten von Nodes, die die erforderlichen Funktionen des Ethereum-Protokolls erfüllen. Sie können sich den Node als einen Computer vorstellen, der eine Client-Software benötigt, um zu funktionieren.

Wir fassen die Grundlagen von Nodes und Clients zusammen und gehen dann in speziellen Artikeln näher auf sie ein:

Vollständige Nodes

• Führen die Ethereum-Client-Software aus
• Speichern die gesamte Blockchain-Aufzeichnung der Transaktionen
• Validieren Blöcke und alle Zustände.
• Propagieren Transaktionen und speichern sie für Miner, die sie abholen
• Kann als Miner fungieren, um Blöcke zu verifizieren und neue Ether auszugeben

Schürfer

• Ein Miner muss ein Full Node sein, aber ein Full Node muss kein Miner sein
• Führt den EthHash-Algorithmus aus, um den Proof of Work zu zeigen
• Verifiziert Transaktionen in neuen Blöcken
• Wird mit ETH für jeden geminten Block plus Transaktionsgebühren belohnt

Light-Knoten

• Speichert einen Teil der Blockchain
• Kann Transaktionen auf der Grundlage des gespeicherten Teils der Blockchain validieren
• Nützlich für Geräte mit geringer Kapazität wie Mobiltelefone, die nicht für die Speicherung von Gigabytes an Daten geeignet sind

Archiv-Knoten

• Alles, was im vollständigen Knoten gespeichert ist, plus ein Archiv mit historischen Zuständen
• Kann bis zu Terabytes an Daten umfassen und ist daher nur für Unternehmensanwender geeignet

Ethereums Umstellung auf Proof of Stake wird etwas einführen, das Sharding genannt wird, eine Methode zur Verbesserung der Effizienz der Transaktionsverarbeitung und zur Verringerung der Gesamtgröße der Ethereum-Blockchain, die angesichts der Notwendigkeit, alle Zustandsänderungen zu speichern, so viel größer ist als Bitcoin.

7. Ethereum Klienten und Netzwerke

Die Client-Software ist eine Implementierung des Ethereum-Protokolls und stellt eine formale Spezifikation für die Funktionsweise des Ethereum-Netzwerks und der Blockchain dar. Sie ist in verschiedenen Sprachen und mit unterschiedlichen Ansätzen für die Synchronisierung mit dem Rest des Netzwerks erhältlich.

Betriebssystem: Linux, Windows, macOS

Netzwerk: Mainnet,Görli, Rinkeby, Ropsten

Derzeit dauert der Betrieb eines Archiv- oder Vollknotens mehrere Tage für eine vollständige Synchronisierung und erfordert erhebliche Speicherkapazität. Dies kann dazu führen, dass der Betrieb eines Knotens außerhalb der Reichweite von Personen mit technischen Fähigkeiten und Ressourcen liegt, was nach Ansicht einiger Leute die Dezentralisierung von Ethereum gefährdet. Sie können dieses Problem umgehen, indem Sie Node Client Services verwenden, die die Infrastruktur für Sie betreiben und einfach eine API bereitstellen.

Verschiedene Ethereum-Netzwerke

Das Ethereum-Protokoll ist eine Open-Source-Software und muss daher nicht unbedingt auf das Ethereum-Hauptnetzwerk, das sogenannte Mainnet, angewendet werden.

Es gibt verschiedene Implementierungen zum Testen – Ropsten – oder für maßgeschneiderte Produktanwendungen (wie in der Tabelle oben dargestellt).

Jedes Netzwerk arbeitet unabhängig, so dass der Kontostand und die Transaktionshistorie eines Ethereum-Kontos im Mainnet nicht auf andere Netzwerke übertragen werden können. Die Benutzer müssen sich lediglich mit ihren Wallets, wie z. B. MetaMask, mit den verschiedenen Netzwerken verbinden.

Verschiedene Sync-Strategien

Einer der Gründe, warum es verschiedene Ethereum-Clients gibt, ist, dass jeder einen etwas anderen Ansatz zur Synchronisierung mit dem Rest des Netzwerks verfolgt, um die neueste Version der Blockchain herunterzuladen. Sie bieten unterschiedliche Funktionen und sind in Bezug auf die Größe ihrer Anwendung leichter oder schwerer.

8.Arten von Ethereum-Konten

Obwohl die Bitcoin-Blockchain ein monetäres System unterstützt, haben die einzelnen Nutzer keine Konten, sondern ihr Guthaben wird durch nicht ausgegebene Transaktionen (UTXOs) dargestellt. Ethereum unterscheidet sich in diesem Punkt, da es eine eigene Kontostruktur besitzt:

• Externes Konto – Ein Nutzer mit einer öffentlichen Adresse/einem öffentlichen Schlüssel, der in einer Wallet gespeichert ist
• Vertragskonto – Wird bei der Erstellung eines Smart Contracts erstellt, wobei die Adresse des Erstellers und die Anzahl der gesendeten Transaktionen verwendet werden und durch den Code innerhalb des Smart Contracts kontrolliert werden.

Alle Konten haben ein Guthaben, das in Ether angezeigt wird, die einfach Ether hin- und herschicken, oder eine bestimmte Nutzlast (binäre Daten), die an ein Vertragskonto mit Code gesendet wird und einen Input für Ausführungen liefert.

9. Ethereum-Standards

Einer der zukunftsweisendsten Aspekte des Ethereum-Protokolls sind die klar definierten Standards, die eine Interoperabilität zwischen allen dApps ermöglichen, die der EVM unterstützt. Diese Standards wurden in allen Layer-1-Netzwerken übernommen, die versuchen, ihre Funktion zu replizieren.

Dies sind einige der gängigsten:

• ERC-20 – Ein Standard für fungible (austauschbare) Token, wie virtuelle Währungen, die auch verwendet werden können, um Inhabern Stimmrechte in DAOs zu geben.
• ERC-721 – Eine Standardschnittstelle für nicht fungible (einzigartige) Token, wie z. B. ein sammelbares, einmaliges digitales Gut oder eine Eigentumsurkunde.
• ERC-777 – Ein Standard, der es ermöglicht, zusätzliche Funktionen auf Token aufzusetzen, wie z. B. die Schaffung von mehr Transaktionssicherheit oder ein Tool zur Wiederherstellung, falls Sie Ihre privaten Schlüssel verlieren.
• ERC-1155 – Ein Multi-Token-Standard, der die gleichen Funktionen wie ein ERC-20- oder ERC-721-Token hat, aber zusätzlich die Bewegung von Token-Stapeln, den Abruf von Salden von Sammlungen oder die Freigabe einer Gruppe von Token an eine einzige Adresse ermöglicht.

Welche Möglichkeiten gibt es, innerhalb von Ethereum zu bauen?

Die Genialität von Vitalik Buterin bestand darin, dass er erkannte, dass ein vertrauenswürdiges Kryptowährungsökosystem nur dann wachsen kann, wenn es eine gemeinsame Sprache und einen gemeinsamen Satz von Wirtschaftsstandards hat. Ethereum nimmt den Entwicklern digitaler Anwendungen die ganze Arbeit ab. Sie müssen nur ein Problem finden, das von einer dezentralen Lösung profitiert, und es mit Solidity mathematisch in einem Smart Contract ausdrücken, der Folgendes beinhaltet

• Erstellen Ihrer eigenen Währung
• Erstellen einer dApp

Wenn Sie kein Schöpfer sind, sondern lieber helfen möchten, das Ethereum-Ökosystem aufrechtzuerhalten, gibt es mehrere klare Optionen:

• Ein Validator in der neuen Proof of Stake Ethereum-Blockchain zu werden
• Einsetzen von Ethereum in einen Pool, der von einem Validator betrieben wird
• Einen Ethereum-Knoten betreiben

Wenn Sie keinen Node betreiben wollen, können Sie eine der bestehenden APIs nutzen und Mehrwertdienste für Ethereum-Nutzer erstellen: Wallets, Blockexplorer, Analysetools, Gebührenschätzer