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A Deep Dive into Stateless Blockchain Technology
Blockchains haben sich in einem noch nie dagewesenen Tempo weiterentwickelt. Mit dem Anstieg der Nutzerzahl und der Frequenz der Transaktionen nimmt auch die Menge der Daten oder des Zustands zu, die Validatoren speichern müssen, um Transaktionen zu authentifizieren.
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Während der Zustand von Bitcoin auf ungenutzten Transaktionsausgaben (UTXOs) beschränkt ist, umfasst der Zustand von Ethereum das Guthaben jedes Kontos sowie den Code und den Speicher für jeden Smart Contract. Aber ist die wachsende Größe der Blockchain-Zustände nachhaltig, und wo passt das Konzept der „stateless blockchains“ in das Bild?
State Growth: A Looming Challenge
Die Forschungsergebnisse zeigen, dass Bitcoin-Knoten derzeit etwa 7 GB Daten speichern und Ethereum-Knoten ca. 650 GB speichern. Mit zunehmender Transaktionsdurchsatzrate (TPS) steigt jedoch auch der Speicherbedarf des Zustands.
Um den täglichen Transaktionen gerecht zu werden, die im Bereich von Zehntausenden bis Hunderttausenden von TPS liegen könnten, könnte der Speicherbedarf im Terabyte- oder sogar Petabyte-Bereich liegen. Die Forschungsergebnisse legen nahe, dass dieser immense Speicherbedarf die Dezentralisierung gefährden könnte, indem es für Einzelpersonen schwierig wird, Validatoren zu werden.
Die Idee einer stateless Blockchain ist verlockend. Laut der Forschung müssten Validatoren nur einen konstanten Zustand speichern, unabhängig von der Anzahl der Transaktionen. Dies könnte den Prozess vereinfachen und es potenziell ermöglichen, dass jeder auf seinem Mobiltelefon einen Knoten betreibt. In der Theorie würde dies nicht nur das System dezentralisierter machen, sondern auch die Sicherheit erhöhen.
Christ und Bonneau weisen jedoch darauf hin, dass eine praktische Umsetzung derzeit noch unrealistisch ist. Obwohl bereits umfangreiche Forschung zu stateless Blockchains durchgeführt wurde, ist bisher kein bekanntes Modell implementiert worden. Ein inhärentes Problem besteht in der Notwendigkeit, dass Benutzer „Zeugen“ speichern müssen, die Validatoren bei der Überprüfung von kontobezogenen Transaktionen unterstützen. Diese Zeugen ändern sich häufiger als private Schlüssel und belasten die Benutzer unnötig, was das System weniger benutzerfreundlich macht.
The Impossibility of True Stateless Blockchains
Die Forschung von Christ und Bonneau hat eine weitere bedeutende Herausforderung aufgezeigt: der Kompromiss zwischen dem Erhalt eines prägnanten globalen Zustands und der häufigen Aktualisierung von Zeugen ist grundlegend und unvermeidbar. Die Analyse ergab, dass selbst wenn ein Benutzer keine Transaktionen durchführt, sein Zeuge möglicherweise basierend auf den Aktionen anderer Benutzer geändert werden muss.
Graph by a16zcrypto
Die Studie verwendete auch ein informationstheoretisches Argument, das auf den von Claude Shannon entwickelten Prinzipien basiert, um zu zeigen, dass eine wirklich stateless Blockchain, bei der Benutzer ihre Zeugen nie aktualisieren müssen, unerreichbar ist.
The Way Forward: Exploring Alternatives
Obwohl echte stateless Blockchains möglicherweise unrealistisch sind, hat die Studie gezeigt, dass es andere vielversprechende Lösungen gibt. Ein solches Modell beinhaltet eine dritte Partei, die unabhängig von einem Benutzer oder einem Validator für die Speicherung des vollständigen Zustands verantwortlich ist.
Diese Einheit, die als Proof-Serving-Knoten bezeichnet wird, würde aktualisierte Zeugen für Benutzer generieren, die es ihnen ermöglichen, ähnlich wie in einer stateless Blockchain Transaktionen durchzuführen. Die Anreiz- und Vergütungsmodelle 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 Sichtweise, dass L2-Rollups die praktische Umsetzung von stateless Blockchains sein könnten, zeigen die Forschungsergebnisse, dass Herausforderungen bestehen bleiben.
Zum Beispiel deutet ihre Studie darauf hin, dass der Zeuge für den Rollup-Abzug eines Benutzers häufig aktualisiert werden müsste oder fast der gesamte L2-Zustand auf Layer 1 übertragen werden müsste.
Bei der Weiterentwicklung der Effizienz sind stateless Blockchains zu einem wichtigen Interessengebiet geworden. Dank der Arbeit von Christ und Bonneau haben wir ein klareres Verständnis der bevorstehenden Herausforderungen.
Während der Traum von einer reinen stateless Blockchain möglicherweise nicht mehr als ein Traum bleibt, werden die Forschung und die Erkundungen auf diesem Gebiet sicherlich den Weg für Lösungen bereiten, die Effizienz und Benutzerfreundlichkeit in Einklang bringen.
