Ontwikkelaars wilden al lang dat Ethereum zou dienen als een gedecentraliseerde wereldcomputer. Om dit doel te bereiken, moet het netwerk zijn huidige gedecentraliseerde architectuur behouden en tegelijkertijd met meerdere ordes van grootte opschalen. De blockchain kan momenteel slechts 15 transacties per seconde (tps) aan. Om de wereldbevolking en de komende stortvloed van robots en autonome apparaten van dienst te kunnen zijn, hebben ontwikkelaars veel werk aan hun handen.

De afgelopen jaren zijn er tal van voorstellen gedaan. Veel van deze hebben hun weg gevonden naar Ethereum’s vierde en laatste ontwikkelingsfase, genaamd Serenity, waar het dit jaar naar overgaat. Dit is echter de omvang en nieuwigheid van deze upgrade dat er in de volksmond naar wordt verwezen als Ethereum 2.0. In feite is deze beschrijving in veel opzichten geschikter omdat het een geheel nieuwe blockchain vertegenwoordigt, de Beacon-keten, evenals een andere consensusmethode..

We gaan de belangrijkste onderdelen van deze baanbrekende upgrade bekijken.

Bewijs van inzet

Vitalik Buterin en andere Ethereum-ontwikkelaars hebben het sinds 2014 over de overgang naar Proof of Stake (PoS). De motivatie achter deze verandering is om het elektriciteitsverbruik van de blockchain te verminderen en het risico op centralisatie van knooppunten en consensusaanvallen zoals 51% netwerkaanvallen te minimaliseren.

Ethereum gebruikt een PoS-systeem genaamd Casper voor de nieuwe Beacon-keten. In eerste instantie zullen de huidige Ethereum Proof of Work (PoW) blockchain en de nieuwe Beacon-keten gelijktijdig werken. Ontwikkelaars verwachten dat de Beacon-keten tegen het einde van 2019 loopt. In eerste instantie gaat het echter om validatie, zonder enige opslag of verwerking van informatie.

Tijdens deze fase zal de blockchain Casper de Friendly Finality Gadget (FFG) gebruiken om finaliteit te bereiken en te behouden. Finaliteit verwijst simpelweg naar de erkenning dat als een blok eenmaal aan de blockchain is toegevoegd, het niet ongedaan kan worden gemaakt. Het protocol kiest willekeurig pools van blokvoorstelleners en commissies uit de gekwalificeerde validatoren om consensus te vinden en te behouden.

Belangrijk is dat de Beacon-keten een gloednieuw crypto-activum of ETH2 met zich meebrengt. Validators zullen het token gebruiken om uit te zetten en beloningen te verdienen via het inflatiepercentage. Houders van het huidige ETH-token kunnen de twee activa inwisselen, waarna het originele ETH-token wordt verbrand.

Degenen die validatie willen uitvoeren en ETH2 willen ontvangen, moeten een client voor de Beacon-keten downloaden en gebruiken. Er zijn momenteel acht verschillende ontwikkelingsteams werken eraan om dergelijke klanten op de markt te brengen.

Sharding

Om de lage doorvoer van Ethereum te verhelpen, wordt de blockchain opgesplitst in ongeveer 1.000 kleinere eenheden, genaamd shards. Deze verandering, bekend als sharding, belooft de schaalbaarheid van Ethereum enorm te vergroten, mogelijk tot 15.000 tps.

In werkelijkheid betekent dit dat veel transacties en slimme contractuitvoeringen tegelijkertijd kunnen plaatsvinden. Het is een ontwerp om de beperkingen van de traditionele lineaire gegevensverwerking van blockchains te omzeilen. Sharding maakt een einde aan een van de oorspronkelijke principes van blockchains, namelijk dat elk volledig knooppunt elke transactie verifieert. In dit geval wordt alleen elke transactie alleen geverifieerd en bevestigd door een subset van de knooppunten.

Door de gegevensbelasting op te splitsen in honderden shards, zal de doorvoer enorm worden verhoogd.

Met bepaalde tussenpozen zal een scherf zijn huidige staat van consensus over de Beacon-keten vastleggen via een mechanisme dat een crosslink wordt genoemd. Bovendien openen de crosslinks de mogelijkheid voor shards om met elkaar te communiceren.

Sharding zal daadwerkelijk tot bloei komen in twee verschillende fasen. Fase één, die naar verwachting in 2020 wordt verwacht, zal een eenvoudige data-sharding introduceren, terwijl fase twee, die naar verwachting in 2021 wordt verwacht, cross-shard communicatie en overdracht van activa mogelijk zal maken. Als zodanig zijn we nog minimaal twee jaar verwijderd van de verwachte voordelen van sharding, ervan uitgaande dat er geen verdere ontwikkelings- of implementatievertragingen zijn.

EWASM

Afgezien van schaalvergroting en consensusveranderingen, omvat Serenity ook een totaal herontwerp van de virtuele machine van Ethereum (EVM). De EVM is verantwoordelijk voor het uitvoeren van de berekening van de slimme contracten, dapps en tokens binnen het Ethereum-ecosysteem. Momenteel moeten ontwikkelaars hun applicaties schrijven in een Ethereum-specifieke codeertaal genaamd Solidity.

Een nieuwe virtuele machine genaamd de Ethereum flavored Web Assembly (EWASM) verwijdert deze beperking echter en maakt het gebruik van veel verschillende talen mogelijk. Dit zou de wrijving moeten verminderen en de tent van op Ethereum gebaseerde dapp-ontwikkelaars moeten verbreden en daarmee het algehele ecosysteem verbeteren. Een van de vervolgeffecten van deze grotere taalbreedte is dat teams nu veiligere talen kunnen kiezen met minder aanvalsvectoren dan Solidity, wat op zijn beurt het risico voor projecten verkleint. Bovendien, kernontwikkelaars geloven dat de nieuwe EWASM over het algemeen veel gemakkelijker zal zijn voor het bouwen van producten bovenop Ethereum.

EWASM zou in fase twee in 2021 live moeten gaan op de Beacon-keten, naast cross-shard-transacties.

Boven en buiten

Het bovenstaande vertegenwoordigt slechts 50% van de Serenity Roadmap.

Op het gebied van crypto-economie is er een vrij radicale voorstel opslaghuur te introduceren. Dit zou betekenen dat bij elk blok ETH2 van de accounts wordt afgetrokken op basis van de hoeveelheid gegevens die ze over shards opslaan. Het uitgangspunt is dat het netwerk een openbaar nut is in die zin dat iedereen er toegang toe heeft en er gebruik van kan maken. Als zodanig zouden er voortdurende kosten moeten zijn in verhouding tot de ruimte die in de scherven wordt ingenomen, al was het maar om onnodige en inefficiënte opslag te ontmoedigen.

Ontwikkelaars hopen ook sharding naar geheel nieuwe niveaus te brengen door middel van iets genaamd super-kwadratische sharding. Dit betekent scherven in scherven. Als het technisch haalbaar is, zou het exponentiële en misschien onbeperkte schaalvergroting mogelijk maken, allemaal on-chain. Het kan inderdaad elke vereiste voor off-chain schaalnetwerken zoals Plasma helemaal teniet doen. Een dergelijk ontwerp zou deze bijna oneindige schaalvergroting mogelijk maken zonder in te boeten aan decentralisatie en veiligheid.

zk-STARKS kan Ethereum 2.0 kwantumbestendig maken.

Voorbij de huidige iteratie van de Serenity routekaart, ontwikkelaars hopen ook zk-STARKS te integreren. Dit is een kennisloos systeem dat uitstekende privacy en schaalbaarheid biedt en tegelijkertijd volledig bestand is tegen vooruitgang in quantum computing. Een van de belangrijkste doelen van Ethereum 2.0 moet toekomstbestendig zijn tegen de dreigingen van deze vooruitgang. zk-STARKS bieden enkele van de hoogste niveaus van privacy door zowel bedragen als de adressen van de afzender en ontvanger te verdoezelen. Bovendien beloven ze enorm veel te bieden door de verplaatsing van berekeningen buiten de keten toe te staan schaalvoordelen.

Het is geen geheim dat de roadmap van Ethereum door de jaren heen veel tegenslagen heeft gekend, niet in de laatste plaats vanwege de omvang van de vereiste innovatie. 2019 ziet er echter zeker uit als het begin van Ethereum 2.0 en het begin van een echt gedecentraliseerde wereldcomputer.