Staatenlose Blockchains: Die Zukunft oder nur ein Trugbild?

Trent Rhode
| 4 min read
stateless blockchain
Image by Gerd Altmann from Pixabay

In einem von a16zcrypto veröffentlichten Artikel beleuchten die Forscher Miranda Christ und Joseph Bonneau die komplizierten Herausforderungen bei der Implementierung von zustandslosen Blockchains. Ihre umfangreiche Forschung taucht tief in die Komplexität des Themas ein und bietet eine neue Perspektive, die die kommenden Debatten in der Blockchain-Technologie zu beeinflussen verspricht.

In diesem Artikel befassen wir uns mit ihrer Forschung über das Wachstum von Blockchain-Staaten, die Herausforderungen von zustandslosen Blockchains und neue Lösungen.

Ein tiefes Eintauchen in die staatenlose Blockchain-Technologie

Blockchains haben sich in einem noch nie dagewesenen Tempo weiterentwickelt. Mit dem Anstieg des Nutzeraufkommens und der Transaktionshäufigkeit wächst auch die Menge der Daten oder des “Zustands”, den die Validierer speichern müssen, um Transaktionen zu authentifizieren. 

Während sich der Status von Bitcoin auf nicht verbrauchte Transaktionsausgaben (UTXOs) beschränkt, umfasst der Status von Ethereum den Saldo jedes Kontos sowie den Code und den Speicher für jeden Smart Contract. Aber ist die wachsende Größe der Blockchain-States nachhaltig und wie passt das Konzept der “zustandslosen Blockchains” in dieses Bild?

Das Wachstum der Staaten: Eine drohende Herausforderung

Die Studie zeigt, dass Bitcoin-Knoten derzeit etwa 7 GB an Daten speichern und Ethereum-Knoten etwa 650 GB. Mit dem wachsenden Transaktionsdurchsatz (TPS) steigt jedoch auch der Bedarf an State Storage.

Um alltägliche Transaktionen zu verarbeiten, die in die Zehn- bis Hunderttausende von TPS gehen können, könnten wir einen Speicherbedarf von Terabytes oder sogar Petabytes haben. Die Forschung legt nahe, dass dieser immense Speicherbedarf die Dezentralisierung bedrohen könnte, da es für Einzelpersonen schwierig ist, Validierer zu werden.

Die Idee einer zustandslosen Blockchain ist verlockend. Der Studie zufolge müssten die Prüfer nur einen Zustand konstanter Größe speichern, unabhängig von der Anzahl der Transaktionen. Dies könnte den Prozess vereinfachen und es jedem ermöglichen, einen Knoten auf seinem Mobiltelefon zu betreiben. Theoretisch würde dies das System nicht nur dezentraler machen, sondern auch seine Sicherheit erhöhen.

Christ und Bonneau weisen jedoch darauf hin, dass die praktische Umsetzung noch nicht machbar ist. Es wurde zwar viel über zustandslose Blockchains geforscht, aber bisher ist noch kein Modell bekannt, das eingesetzt wird. Ein inhärentes Problem besteht darin, dass die Benutzer “Zeugen” speichern müssen, die den Prüfern bei der Verifizierung von kontobezogenen Transaktionen helfen. Diese Zeugen ändern sich im Gegensatz zu den privaten Schlüsseln häufig, was für die Benutzer eine unangemessene Belastung darstellt und das System weniger benutzerfreundlich macht.

Die Unmöglichkeit echter staatenloser Blockchains

Die Forschung von Christ und Bonneau hat eine weitere große Herausforderung aufgezeigt: Der Kompromiss zwischen der Aufrechterhaltung eines präzisen globalen Zustands und der häufigen Aktualisierung von Zeugen ist grundlegend und unvermeidlich. Die Analyse ergab, dass selbst wenn ein Nutzer keine Transaktionen durchführt, sein Zeuge aufgrund der Aktionen anderer Nutzer geändert werden muss.

Graph by a16zcrypto

In der Studie wurde auch ein informationstheoretisches Argument verwendet, das sich auf die von Claude Shannon aufgestellten Grundsätze stützt, um zu zeigen, dass eine wirklich zustandslose Blockchain, bei der die Nutzer ihre Zeugen nie aktualisieren müssen, unerreichbar ist.

Der Weg in die Zukunft: Alternativen erforschen

Auch wenn reine zustandslose Blockchains nicht realisierbar sein mögen, gibt es laut der Studie andere vielversprechende Lösungen. Ein solches Modell sieht vor, dass eine dritte Partei, die sich von einem Nutzer oder Validierer unterscheidet, für die Speicherung des vollständigen Zustands verantwortlich ist.

Diese Entität, die als Proof-Serving Node bezeichnet wird, würde aktualisierte Zeugen für die Nutzer generieren, so dass diese ähnlich wie bei einer zustandslosen Blockchain Transaktionen durchführen können. Die Anreize und das Vergütungsmodell für diese Knoten sind jedoch noch Gegenstand aktiver Forschung.

Die Forschungsergebnisse haben auch Auswirkungen auf Layer 2 (L2) Lösungen wie Rollup-Server. Trotz der optimistischen Ansicht, dass L2-Rollups die praktische Umsetzung von zustandslosen Blockchains sein könnten, zeigt die Studie, dass es noch Herausforderungen gibt.

So deutet ihre Studie darauf hin, dass der Rollup-Abhebungszeuge eines Benutzers häufig aktualisiert werden müsste oder dass fast der gesamte L2-Status auf Layer 1 verlagert werden müsste.

In dem Bestreben, die Effizienz zu steigern, sind zustandslose Blockchains zu einem bedeutenden Interessengebiet geworden. Dank der Arbeit von Christ und Bonneau haben wir ein klareres Verständnis für die bevorstehenden Herausforderungen.  

Auch wenn der Traum von einer reinen zustandslosen Blockchain nur ein Traum bleiben mag, werden die Forschung und die Erkundung in diesem Bereich sicherlich die Voraussetzungen für Lösungen schaffen, die ein Gleichgewicht zwischen Effizienz und Benutzerfreundlichkeit herstellen.