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Aktive Forschungsbereiche von Ethereum

Eine der Hauptstärken von Ethereum ist, dass eine aktive Forschungs- und Entwicklungs-Community es ständig verbessert. Viele enthusiastische, fähige Menschen weltweit würden sich gerne den offenen Fragen bei Ethereum widmen, aber es ist nicht immer einfach herauszufinden, welche das sind. Diese Seite skizziert die wichtigsten aktiven Forschungsbereiche als groben Leitfaden zur Innovationsspitze von Ethereum.

Wie die Ethereum-Forschung funktioniert

Die Ethereum-Forschung ist offen und transparent und verkörpert die Prinzipien der Dezentralisierten Wissenschaft (DeSci) (öffnet in einem neuen Tab). Die Kultur besteht darin, Forschungswerkzeuge und -ergebnisse so offen und interaktiv wie möglich zu gestalten, beispielsweise durch ausführbare Notebooks. Die Ethereum-Forschung bewegt sich schnell; neue Erkenntnisse werden offen in Foren wie ethresear.ch (öffnet in einem neuen Tab) gepostet und diskutiert, anstatt die Community erst durch traditionelle Publikationen nach mehreren Runden von Peer-Reviews zu erreichen.

Allgemeine Forschungsressourcen

Unabhängig vom spezifischen Thema gibt es eine Fülle von Informationen zur Ethereum-Forschung auf ethresear.ch (öffnet in einem neuen Tab) und im Eth R&D Discord-Kanal (öffnet in einem neuen Tab). Dies sind die primären Orte, an denen Ethereum-Forscher die neuesten Ideen und Entwicklungsmöglichkeiten diskutieren.

Dieser im Mai 2022 von DelphiDigital (öffnet in einem neuen Tab) veröffentlichte Bericht bietet einen guten Überblick über die Ethereum-Roadmap.

Finanzierungsquellen

Sie können sich an der Ethereum-Forschung beteiligen und dafür bezahlt werden! Zum Beispiel hat die Ethereum Foundation kürzlich eine Finanzierungsrunde für akademische Zuschüsse (Academic Grants) (öffnet in einem neuen Tab) durchgeführt. Informationen zu aktiven und kommenden Finanzierungsmöglichkeiten finden Sie auf der Ethereum-Zuschussseite (Grants).

Protokollforschung

Die Protokollforschung befasst sich mit der Basisschicht von Ethereum – dem Regelwerk, das definiert, wie Knoten sich verbinden, kommunizieren, Ethereum-Daten austauschen und speichern und zu einem Konsens über den Zustand der Blockchain gelangen. Die Protokollforschung wird in zwei Hauptkategorien unterteilt: Konsens und Ausführung.

Konsens

Die Konsensforschung befasst sich mit dem Proof-of-Stake-Mechanismus von Ethereum. Einige beispielhafte Themen der Konsensforschung sind:

  • Identifizierung und Behebung von Schwachstellen;
  • Quantifizierung der kryptoökonomischen Sicherheit;
  • Erhöhung der Sicherheit oder Leistung von Client-Implementierungen;
  • und Entwicklung von Light-Clients.

Neben zukunftsweisender Forschung werden auch einige grundlegende Neugestaltungen des Protokolls, wie die Single-Slot-Finalität, erforscht, um signifikante Verbesserungen für Ethereum zu ermöglichen. Darüber hinaus sind die Effizienz, Sicherheit und Überwachung des Peer-to-Peer-Netzwerks zwischen Konsens-Clients ebenfalls wichtige Forschungsthemen.

Hintergrundlektüre

Aktuelle Forschung

Ausführung

Die Ausführungsschicht befasst sich mit der Ausführung von Transaktionen, dem Betrieb der Ethereum Virtual Machine (EVM) und der Generierung von Ausführungs-Payloads zur Weitergabe an die Konsensschicht. Es gibt viele aktive Forschungsbereiche, darunter:

  • Ausbau der Unterstützung für Light-Clients;
  • Erforschung von Gas-Limits;
  • und Einbindung neuer Datenstrukturen (z. B. Verkle-Bäume).

Hintergrundlektüre

Aktuelle Forschung

Client-Entwicklung

Ethereum-Clients sind Implementierungen des Ethereum-Protokolls. Die Client-Entwicklung setzt die Ergebnisse der Protokollforschung in die Realität um, indem sie diese in die Clients einbaut. Die Client-Entwicklung umfasst sowohl die Aktualisierung der Client-Spezifikationen als auch die Erstellung spezifischer Implementierungen.

Ein Ethereum-Knoten muss zwei Softwarekomponenten ausführen:

  1. einen Konsens-Client, um den Kopf der Blockchain zu verfolgen, Blöcke zu verbreiten (Gossip) und die Konsenslogik zu handhaben
  2. einen Ausführungsclient, um die Ethereum Virtual Machine zu unterstützen und Transaktionen sowie Smart Contracts auszuführen

Weitere Details zu Knoten und Clients sowie eine Liste aller aktuellen Client-Implementierungen finden Sie auf der Seite zu Knoten und Clients. Eine Historie aller Ethereum-Upgrades finden Sie auf der Historienseite.

Ausführungsclients

Konsens-Clients

Skalierung und Leistung

Die Skalierung von Ethereum ist ein großer Schwerpunkt für Ethereum-Forscher. Aktuelle Ansätze umfassen die Auslagerung von Transaktionen auf Rollups und deren größtmögliche Verbilligung durch Daten-Blobs. Einführende Informationen zur Skalierung von Ethereum finden Sie auf unserer Skalierungsseite.

Layer 2

Es gibt mittlerweile mehrere Layer-2-Protokolle, die Ethereum skalieren, indem sie verschiedene Techniken zur Bündelung von Transaktionen und zu deren Absicherung auf Ethereum Layer 1 verwenden. Dies ist ein sehr schnell wachsendes Thema mit viel Forschungs- und Entwicklungspotenzial.

Hintergrundlektüre

Aktuelle Forschung

Bridges

Ein besonderer Bereich von Layer 2, der mehr Forschung und Entwicklung erfordert, sind sichere und leistungsstarke Bridges (Brücken). Dies umfasst Bridges zwischen verschiedenen Layer 2s sowie Bridges zwischen Layer 1 und Layer 2. Dies ist ein besonders wichtiger Forschungsbereich, da Bridges häufig das Ziel von Hackern sind.

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Aktuelle Forschung

Sharding

Das Sharding der Ethereum-Blockchain ist seit langem Teil der Entwicklungs-Roadmap. Neue Skalierungslösungen wie "Danksharding" rücken jedoch derzeit in den Mittelpunkt.

Der Vorläufer des vollständigen Dankshardings, bekannt als Proto-Danksharding, ging mit dem Cancun-Deneb-Netzwerk-Upgrade ("Dencun") live.

Mehr über das Dencun-Upgrade

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Aktuelle Forschung

Hardware

Das Ausführen von Knoten auf bescheidener Hardware ist grundlegend, um Ethereum dezentral zu halten. Daher ist die aktive Erforschung der Minimierung der Hardwareanforderungen für den Betrieb von Knoten ein wichtiger Forschungsbereich.

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Aktuelle Forschung

Sicherheit

Sicherheit ist ein weites Feld, das Spam-/Betrugsprävention, Wallet-Sicherheit, Hardware-Sicherheit, kryptoökonomische Sicherheit, Bug-Hunting und das Testen von Anwendungen und Client-Software sowie Schlüsselverwaltung umfassen kann. Ein Beitrag zum Wissen in diesen Bereichen wird dazu beitragen, die Mainstream-Adoption zu fördern.

Kryptographie & ZKP

Zero-Knowledge-Beweise (ZKP) und Kryptographie sind entscheidend, um Privatsphäre und Sicherheit in Ethereum und seine Anwendungen zu integrieren. Zero-Knowledge ist ein relativ junger, aber schnelllebiger Bereich mit vielen offenen Forschungs- und Entwicklungsmöglichkeiten. Einige Möglichkeiten umfassen die Entwicklung effizienterer Implementierungen des Keccak-Hashing-Algorithmus (öffnet in einem neuen Tab), das Finden besserer Polynomial-Commitments als die derzeit existierenden oder die Reduzierung der Kosten für die Generierung von öffentlichen ECDSA-Schlüsseln und Signaturverifizierungsschaltungen.

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Aktuelle Forschung

Wallets

Ethereum-Wallets können Browser-Erweiterungen, Desktop- und mobile Apps oder Smart Contracts auf Ethereum sein. Es gibt aktive Forschung zu Wallets mit sozialer Wiederherstellung, die einige der Risiken reduzieren, die mit der Schlüsselverwaltung durch einzelne Benutzer verbunden sind. Verbunden mit der Entwicklung von Wallets ist die Erforschung alternativer Formen der Kontoabstraktion, was ein wichtiger Bereich der aufkommenden Forschung ist.

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Aktuelle Forschung

Community, Bildung und Öffentlichkeitsarbeit

Das Onboarding neuer Benutzer bei Ethereum erfordert neue Bildungsressourcen und Ansätze für die Öffentlichkeitsarbeit. Dies kann Blogbeiträge und Artikel, Bücher, Podcasts, Memes, Lehrmaterialien, Ereignisse und alles andere umfassen, was Communities aufbaut, Neueinsteiger willkommen heißt und Menschen über Ethereum aufklärt.

UX/UI

Um mehr Menschen für Ethereum zu gewinnen (Onboarding), muss das Ökosystem die UX/UI verbessern. Dies erfordert, dass Designer und Produktexperten das Design von Wallets und Apps neu überdenken.

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Aktuelle Forschung

Ökonomie

Die Wirtschaftsforschung bei Ethereum verfolgt im Großen und Ganzen zwei Ansätze: die Validierung der Sicherheit von Mechanismen, die auf wirtschaftlichen Anreizen beruhen ("Mikroökonomie"), und die Analyse der Wertströme zwischen Protokollen, Anwendungen und Benutzern ("Makroökonomie"). Es gibt komplexe kryptoökonomische Faktoren in Bezug auf das native Asset von Ethereum (Ether) und die darauf aufgebauten Token (zum Beispiel NFTs und ERC-20-Token).

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Aktuelle Forschung

Blockspace und Gebührenmärkte

Blockspace-Märkte regeln die Einbeziehung von Endbenutzer-Transaktionen, entweder direkt auf Ethereum (Layer 1) oder auf überbrückten Netzwerken, z. B. Rollups (Layer 2). Auf Ethereum werden Transaktionen an den Gebührenmarkt übermittelt, der als EIP-1559 im Protokoll implementiert ist und die Chain vor Spam schützt sowie Überlastungen bepreist. Auf beiden Schichten können Transaktionen externe Effekte erzeugen, die als Maximal Extractable Value (MEV) bekannt sind und neue Marktstrukturen induzieren, um diese externen Effekte zu erfassen oder zu verwalten.

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Proof-of-Stake-Anreize

Validatoren verwenden das native Asset von Ethereum (Ether) als Sicherheit gegen unehrliches Verhalten. Die Kryptoökonomie davon bestimmt die Sicherheit des Netzwerks. Ausgeklügelte Validatoren könnten in der Lage sein, die Nuancen der Anreizschicht auszunutzen, um explizite Angriffe zu starten.

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Liquid Staking und Derivate

Liquid Staking ermöglicht es Benutzern mit weniger als 32 ETH, Staking-Renditen zu erhalten, indem sie Ether gegen einen Token tauschen, der gestakten Ether repräsentiert und in DeFi verwendet werden kann. Die Anreize und Marktdynamiken im Zusammenhang mit Liquid Staking werden jedoch noch erforscht, ebenso wie dessen Auswirkungen auf die Sicherheit von Ethereum (z. B. Zentralisierungsrisiken).

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Testen

Formale Verifikation

Formale Verifikation bedeutet, Code zu schreiben, um zu überprüfen, ob die Konsensspezifikationen von Ethereum korrekt und fehlerfrei sind. Es gibt eine ausführbare Version der Spezifikation, die in Python geschrieben ist und Wartung sowie Entwicklung erfordert. Weitere Forschung kann dazu beitragen, die Python-Implementierung der Spezifikation zu verbessern und Werkzeuge hinzuzufügen, die die Korrektheit robuster verifizieren und Probleme identifizieren können.

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Data Science und Analytik

Es besteht Bedarf an mehr Datenanalyse-Tools und Dashboards, die detaillierte Informationen über die Aktivität auf Ethereum und den Zustand des Netzwerks liefern.

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Apps und Tooling

Die Anwendungsschicht unterstützt ein vielfältiges Ökosystem von Programmen, die Transaktionen auf der Basisschicht von Ethereum abwickeln. Entwicklungsteams finden ständig neue Wege, Ethereum zu nutzen, um zusammensetzbare, erlaubnisfreie und zensurresistente Versionen wichtiger Web2-Apps zu erstellen oder völlig neue Web3-native Konzepte zu entwickeln. Gleichzeitig wird neues Tooling entwickelt, das die Erstellung von Dapps auf Ethereum weniger komplex macht.

DeFi

Dezentralisierte Finanzen (DeFi) sind eine der primären Anwendungsklassen, die auf Ethereum aufbauen. DeFi zielt darauf ab, zusammensetzbare "Geld-Legos" zu schaffen, die es Benutzern ermöglichen, Krypto-Assets mithilfe von Smart Contracts zu speichern, zu transferieren, zu verleihen, zu leihen und zu investieren. DeFi ist ein schnelllebiger Bereich, der sich ständig aktualisiert. Die Erforschung sicherer, effizienter und zugänglicher Protokolle wird kontinuierlich benötigt.

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DAOs

Ein wirkungsvoller Anwendungsfall für Ethereum ist die Möglichkeit, sich durch den Einsatz von DAOs dezentral zu organisieren. Es gibt viel aktive Forschung darüber, wie DAOs auf Ethereum entwickelt und genutzt werden können, um verbesserte Formen der Governance als vertrauensminimiertes Koordinationswerkzeug auszuführen, was die Optionen der Menschen weit über traditionelle Unternehmen und Organisationen hinaus erweitert.

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Entwickler-Tools

Die Tools für Ethereum-Entwickler verbessern sich rasant. In diesem allgemeinen Bereich gibt es viel aktive Forschung und Entwicklung zu leisten.

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Orakel

Orakel importieren offchain-Daten auf erlaubnisfreie und dezentrale Weise in die Blockchain. Diese Daten Onchain zu bringen, ermöglicht es Dapps, auf reale Phänomene wie Preisschwankungen bei realen Vermögenswerten, Ereignisse in Offchain-Apps oder sogar Wetteränderungen zu reagieren.

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App-Sicherheit

Hacks auf Ethereum nutzen im Allgemeinen Schwachstellen in einzelnen Anwendungen aus und nicht im Protokoll selbst. Hacker und App-Entwickler befinden sich in einem Wettrüsten, um neue Angriffe und Verteidigungen zu entwickeln. Das bedeutet, dass immer wichtige Forschung und Entwicklung erforderlich ist, um Apps vor Hacks zu schützen.

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Technologie-Stack

Die Dezentralisierung des gesamten Ethereum-Technologie-Stacks ist ein wichtiger Forschungsbereich. Derzeit weisen Dapps auf Ethereum häufig einige Zentralisierungspunkte auf, da sie auf zentralisiertes Tooling oder Infrastruktur angewiesen sind.

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