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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 noch offenen Problemen bei Ethereum widmen, aber es ist nicht immer einfach herauszufinden, welche das sind. Diese Seite skizziert die wichtigsten aktiven Forschungsbereiche als groben Leitfaden für die neuesten Entwicklungen bei Ethereum.

Wie die Ethereum-Forschung funktioniert

Die Ethereum-Forschung ist offen und transparent. Die Kultur besteht darin, Forschungswerkzeuge und -ergebnisse so offen und interaktiv wie möglich zu gestalten, beispielsweise durch ausführbare Notebooks. Die Ethereum-Forschung entwickelt sich schnell weiter. Neue Erkenntnisse werden offen in Foren wie ethresear.ch (öffnet in einem neuen Tab) gepostet und diskutiert, anstatt die Community erst nach mehreren Runden von Peer-Reviews durch traditionelle Publikationen zu erreichen. Die Ethereum Foundation veröffentlicht auch, was sie priorisiert und warum, sodass jeder sehen kann, welche Probleme derzeit als dringend angesehen werden.

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.

Für einen Überblick darüber, wohin sich das Protokoll entwickelt, beginnen Sie mit der Ethereum-Roadmap, lesen Sie dann das Protocol Priorities Update for 2026 (öffnet in einem neuen Tab) der Ethereum Foundation und die Protokoll-Cluster-Updates (öffnet in einem neuen Tab), die über die entsprechenden Fortschritte berichten. Ethereum Protocol Studies (öffnet in einem neuen Tab) ist ein strukturierter Einstiegspunkt für Personen, die am Protokoll selbst arbeiten möchten.

Finanzierungsquellen

Sie können sich an der Ethereum-Forschung beteiligen und dafür bezahlt werden. Die Ethereum Foundation finanziert Forschung und Öffentliche Güter durch ihr Ecosystem Support Program (öffnet in einem neuen Tab), das Wunschlisten und Aufforderungen zur Einreichung von Vorschlägen (Requests for Proposals) veröffentlicht, die Probleme beschreiben, die gelöst werden sollen. Informationen zu aktiven und kommenden Finanzierungsmöglichkeiten finden Sie auf der Ethereum-Grants-Seite.

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. Ihre beiden langjährigen Kategorien sind Konsens und Ausführung, und mehrere Forschungsthemen überschneiden sich mittlerweile in beiden Bereichen.

Konsens

Die Konsensforschung befasst sich mit Ethereums Proof-of-Stake-Mechanismus: der Sicherheit der Fork-Choice-Regel und des Finality-Gadgets, der Kryptoökonomie des Stakings, dem Peer-to-Peer-Netzwerk, das Blöcke, Attestierungen und Blob-Daten überträgt, sowie der Kryptographie, mit der Validatoren signieren. Einige beispielhafte Forschungsthemen im Bereich Konsens sind:

  • Identifizierung und Behebung von Schwachstellen;
  • Quantifizierung der kryptoökonomischen Sicherheit;
  • Reduzierung der Zeit, die ein Block benötigt, um Endgültigkeit zu erreichen;
  • und Verbesserung der Effizienz, Sicherheit und Überwachung der Peer-to-Peer-Vernetzung zwischen Konsens-Clients.

Ein Großteil dieser Arbeit hat sich vom Papier zur Spezifikation verlagert. Data Availability Sampling wurde im Fusaka-Upgrade ausgeliefert, Änderungen daran, wie Blöcke erstellt werden und wie die Aufnahme von Transaktionen garantiert wird, sind für kommende Upgrades spezifiziert, und ein längerfristiges Redesign, bekannt als Lean Consensus, untersucht eine schnellere Endgültigkeit zusammen mit Post-Quanten-Signaturen.

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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. Die Forschung teilt sich hier in zwei Stränge: den Zustand günstig zu halten und zu beweisen, und den Transaktionsdurchsatz zu erhöhen, ohne den Betreibern von Knoten mehr Kosten aufzubürden. Es gibt viele aktive Forschungsbereiche, darunter:

  • Neupreisgestaltung der Gaskosten von Operationen, die Zustand erzeugen;
  • Historienverfall für Daten, die Knoten nicht mehr bereitstellen müssen;
  • Zugriffslisten auf Blockebene, die es ermöglichen, Transaktionen parallel zu validieren;
  • mehrdimensionale Gebührenmärkte, die Zustand, Daten und Berechnung separat bepreisen;
  • und der Beweis der Ausführung von L1-Blöcken mit einer zkEVM.

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Aktuelle Forschung

Zensurresistenz und Block-Erstellung

Die meisten Ethereum-Blöcke werden derzeit von einer kleinen Anzahl spezialisierter Ersteller (Builder) zusammengestellt, was die Macht konzentriert, zu entscheiden, welche Transaktionen aufgenommen werden. Die Forschung in diesem Bereich umfasst die Integration des Builder-Marktes in das Protokoll selbst, sodass die Rollen des Vorschlagens (Proposer) und Erstellens (Builder) eines Blocks durch Konsensregeln anstatt durch Software außerhalb des Protokolls getrennt werden (Proposer-Builder-Trennung (PBS)), und Validatoren eine Möglichkeit erhalten, die Aufnahme von Transaktionen zu erzwingen, die Builder auslassen.

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Aktuelle Forschung

Zustandswachstum und Zustandslosigkeit

Jeder Full Node speichert den Zustand von Ethereum, sodass die Rate, mit der dieser Zustand wächst, eine Untergrenze für die Kosten seines Betriebs festlegt. Kurzfristig konzentriert sich die Forschung auf die Neupreisgestaltung der Operationen, die Zustand erzeugen, und auf den Historienverfall für Daten, die Knoten nicht mehr aufbewahren müssen. Längerfristig ist geplant, Ethereums hexären Merkle-Patricia-Trie durch einen Binärbaum zu ersetzen, der viel kleinere Beweise erzeugt, und sich in Richtung Zustandslosigkeit zu bewegen, sodass ein Knoten Blöcke verifizieren kann, ohne den gesamten Zustand zu halten. Frühere Arbeiten in diesem Bereich gingen von Verkle-Bäumen aus; der aktuelle Vorschlag ist ein einheitlicher Binärbaum, der den für diese frühere Arbeitslinie spezifizierten Zeugen-Gasplan (Witness Gas Schedule) übernimmt.

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Aktuelle Forschung

Post-Quanten-Kryptographie

Ethereums Validator-Signaturen und ein Großteil seiner Anwendungsschicht basieren auf Kryptographie mit elliptischen Kurven (Elliptic Curve Cryptography), die ein ausreichend leistungsfähiger Quantencomputer knacken würde. Ethereum quantenresistent zu machen bedeutet, diese Signaturen durch Hash-basierte oder Gitter-basierte Alternativen zu ersetzen, die Signaturaggregation für eine große Validator-Menge effizient genug zu halten und bestehenden Konten einen Migrationspfad zu bieten. Die Ethereum Foundation betreibt ein dediziertes Post-Quanten-Team, und dies ist eines der Programme mit dem längsten Horizont auf der Roadmap.

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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 diese Clients einbaut. Die Client-Entwicklung umfasst die Aktualisierung der Client-Spezifikationen sowie 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

Neben diesen beiden werden neue Klassen von Clients als Prototypen entwickelt, darunter Clients, die die Ausführung von L1-Blöcken beweisen, und Lean-Konsens-Clients, die um Post-Quanten-Signaturen herum aufgebaut sind.

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

Ausführungsclients

Konsens-Clients

zkEVM-Clients

Skalierung und Leistung

Die Skalierung von Ethereum ist ein großer Schwerpunkt für Ethereum-Forscher und verläuft zweigleisig: Erhöhung des Transaktionsdurchsatzes von Layer 1 selbst und Verlagerung der Ausführung auf Rollups, die ihre Daten auf Ethereum veröffentlichen. Aktuelle Arbeiten umfassen die Erhöhung des Block-Gaslimits, die Neupreisgestaltung des Zustandswachstums, die Erweiterung der Blob-Kapazität für Rollup-Daten und die Reduzierung dessen, was ein Knoten speichern und verifizieren muss. Einführende Informationen zur Skalierung von Ethereum finden Sie auf unserer Skalierungsseite und in der Skalierungs-Roadmap.

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. Die offene Forschung umfasst die Reduzierung der Latenz und der Kosten für Beweise, die Verkürzung der Zeit, die eine Transaktion benötigt, um vertrauenslose Endgültigkeit zu erreichen, und die Bereitstellung einer einzigen kohärenten Benutzererfahrung über viele Rollups hinweg.

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Interoperabilität

Benutzer und Vermögenswerte sind über Ethereum Layer 1 und viele Layer 2s verteilt, und das Forschungsproblem besteht darin, sie kettenübergreifend bewegen und agieren zu lassen, ohne einem Vermittler vertrauen zu müssen. Die Arbeit hier umfasst Intent-basierte Transfers, standardisierte kettenübergreifende Adressierung und Namensgebung, allgemeine Nachrichtenübermittlung (Message Passing) und Chain-Abstraktion auf Wallet-Ebene. Dies ersetzt ein Modell, bei dem verwahrende Brücken (Custodial Bridges) die Vermögenswerte hielten. Brücken waren in der Vergangenheit eine der größten Verlustquellen im Ökosystem, weshalb die Sicherheit jedes kettenübergreifenden Mechanismus ein zentrales Anliegen bleibt.

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Datenverfügbarkeit und Blob-Skalierung

Rollups veröffentlichen ihre Daten auf Ethereum in Blobs, und die Skalierung dieser Datenschicht ist ein eigenständiges Forschungsproblem, getrennt von der Skalierung der Ausführung. Ethereum verwendet nun Data Availability Sampling (DAS), sodass Validatoren überprüfen können, ob Blob-Daten veröffentlicht wurden, indem sie Teile davon stichprobenartig prüfen, anstatt alles herunterzuladen. Die Blob-Kapazität wird schrittweise durch dedizierte Forks nur für Blob-Parameter erhöht. Offene Fragen sind unter anderem, wie weit das Sampling getrieben werden kann, wie die Bandbreitenanforderungen für Personen, die von zu Hause aus Staking betreiben, überschaubar gehalten werden können und wie die Blob-Preisgestaltung auf die Nachfrage reagieren sollte.

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Hardware

Das Betreiben von Knoten auf bescheidener Hardware ist grundlegend, um Ethereum dezentral zu halten. Daher muss jede Erhöhung des Transaktionsdurchsatzes gegen die Kosten für einen Knotenbetreiber abgewogen werden. Da das Block-Gaslimit steigt und weitere Erhöhungen geplant sind, umfasst die aktive Forschung das Zustandswachstum und dessen Preisgestaltung, die Synchronisierungs- und Datenbankleistung bei einem größeren Zustand, die durch Historienverfall möglichen Speicherplatzeinsparungen und schließlich die Zustandslosigkeit.

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Aktuelle Forschung

Sicherheit

Sicherheit ist ein weites Feld, das Spam- und Betrugsprävention, Wallet-Sicherheit, Hardware-Sicherheit, kryptoökonomische Sicherheit, Zensurresistenz, Post-Quanten-Bereitschaft, Bug-Hunting sowie das Testen und die Verifizierung von Anwendungen und Client-Software umfassen kann. Ethereums Sicherheits-Roadmap deckt die Arbeit auf Protokollebene ab.

Kryptographie & ZKP

Zero-Knowledge-Beweise (ZKP) und Kryptographie sind entscheidend, um Privatsphäre und Sicherheit in Ethereum und seine Anwendungen zu integrieren. Das Erstellen von Zero-Knowledge-Beweisen hat sich von der Forschung in die Produktionsinfrastruktur verlagert: Prover, die echte Ethereum-Blöcke beweisen, werden nun öffentlich auf Latenz, Kosten und Stichhaltigkeit (Soundness) getestet. Die offenen Probleme haben sich entsprechend verschoben, hin zum Beweisen von L1-Blöcken, das schnell genug ist, um in Echtzeit stattzufinden, zur strengen Berücksichtigung der Sicherheit der verwendeten Beweissysteme und zur Vorbereitung auf die Post-Quanten-Kryptographie.

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Wallets

Ethereum-Wallets können Browser-Erweiterungen, Desktop- und mobile Apps oder Smart Contracts auf Ethereum sein. Kontoabstraktion ist nicht länger experimentell: ERC-4337 bietet Smart Accounts ohne Protokolländerungen, und EIP-7702 ermöglicht es einem gewöhnlichen Konto, Code festzulegen, sodass Transaktionsbündelung, Gas-Sponsoring und soziale Wiederherstellung mit der Adresse funktionieren, die ein Benutzer bereits hat. Die offene Forschung konzentriert sich nun auf native Kontoabstraktion im Protokoll selbst, auf modulare und überprüfbare Kontoarchitekturen sowie auf Schlüsselverwaltung und -wiederherstellung, die normale Menschen sicher bedienen können.

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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, Veranstaltungen und alles andere umfassen, was Communities aufbaut, Neueinsteiger willkommen heißt und Menschen über Ethereum aufklärt.

Design und UX

Um mehr Menschen für Ethereum zu gewinnen (Onboarding), muss das Ökosystem sein Design und seine Benutzererfahrung (UX) verbessern. Dies erfordert von Designern und Produktexperten, die Funktionsweise von Wallets und Apps neu zu überdenken, und es bedeutet zunehmend, gegen bereits existierende Standards zu entwerfen: gebündelte Wallet-Aufrufe, Gas-Sponsoring, Konten, die wiederhergestellt werden können, und menschenlesbare Adressen, die die Chain enthalten, zu der sie gehören. Es gibt vergleichsweise wenige kanonische Orte für Web3-UX-Forschung, sodass veröffentlichte Studien und Designrichtlinien tendenziell verstreut sind.

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Aktuelle Forschung

Ökonomie

Die Wirtschaftsforschung bei Ethereum verfolgt im Wesentlichen 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 Ethereums nativen Vermögenswert (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 Aufnahme 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, was die Chain vor Spam schützt und Überlastungen bepreist. Auf beiden Schichten können Transaktionen Externalitäten erzeugen, bekannt als Maximal Extractable Value (MEV), die neue Marktstrukturen hervorrufen, um diese Externalitäten zu erfassen oder zu verwalten. Aktuelle Arbeiten erweitern dies auf die gleichzeitige Bepreisung mehrerer Ressourcen, da Zustand, Daten und Berechnung unabhängig voneinander überlastet werden, sowie auf die Änderung der Frage, wer Blöcke zusammenstellt und zu welchen Bedingungen.

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Proof-of-Stake-Anreize

Validatoren verwenden Ethereums nativen Vermögenswert (Ether) als Sicherheit gegen unehrliches Verhalten. Die Kryptoökonomie dahinter bestimmt die Sicherheit des Netzwerks. Raffinierte Validatoren könnten in der Lage sein, die Nuancen der Anreizschicht auszunutzen, um explizite Angriffe zu starten. Seit dem Pectra-Upgrade können Validatoren auch ein viel größeres effektives Guthaben halten und darauf verdienen sowie mehrere Validatoren zu einem konsolidieren, was die Ökonomie ihres Betriebs verändert.

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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

Client- und Netzwerktests

Ethereums Spezifikationen sind ausführbar, und die daraus generierten Test-Fixtures sind das, womit Client-Teams ihre Implementierungen abgleichen. Daneben lassen gemeinsame Testumgebungen (Test Harnesses) Clients gegeneinander und gegen absichtlich feindliche Netzwerkbedingungen antreten, und öffentliche Testnetze erproben Upgrades, bevor sie das Mainnet erreichen. Die Verbesserung dieser Infrastruktur gehört zu den wirkungsvollsten Arbeiten, die es gibt, denn so werden Fehler abgefangen, bevor sie die Benutzer erreichen.

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Formale Verifikation

Formale Verifikation verwendet maschinell geprüfte mathematische Beweise, um festzustellen, dass sich eine Spezifikation oder eine Implementierung wie beabsichtigt verhält. Bei Ethereum umfasst dies den Beweis, dass EVM-Implementierungen einer formalen Semantik entsprechen, den Beweis der Stichhaltigkeit der Schaltkreise und Beweissysteme, auf die sich Zero-Knowledge-Prover stützen, und die Verifizierung der zugrunde liegenden kryptographischen Primitive. Weitere Forschung kann diese Beweise stärken und sie auf weitere Teile des Stacks ausdehnen.

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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. Ein Großteil der zugrunde liegenden Daten ist öffentlich und abfragbar, sodass die Lücke meist in der Analyse und Präsentation und nicht im Zugang besteht.

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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 Dezentralen Anwendungen (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 ist kontinuierlich erforderlich.

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Aktuelle Forschung

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 Möglichkeiten der Menschen weit über traditionelle Unternehmen und Organisationen hinaus erweitert.

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Aktuelle Forschung

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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Aktuelle Forschung

Orakel

Orakel importieren offchain-Daten auf erlaubnisfreie und dezentrale Weise auf 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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Aktuelle Forschung

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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Aktuelle Forschung

Technologie-Stack

Die Dezentralisierung des gesamten Ethereum-Tech-Stacks ist ein wichtiger Forschungsbereich. Derzeit weisen Dapps auf Ethereum häufig einige Zentralisierungspunkte auf, da sie auf zentralisiertes Tooling oder Infrastruktur angewiesen sind. Diese Abhängigkeit zu verringern bedeutet, es für Anwendungen praktikabel zu machen, Ethereum zu lesen, ohne einem einzigen Anbieter vertrauen zu müssen. Hier kommen Light Clients und der vertrauenslose Zugriff auf Knotendaten ins Spiel.

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