Das nächste Jahrzehnt von Ethereum: Umfassendes Upgrade von Beam Chain zu Lean Ethereum

Eine eingehende Analyse der Auswirkungen der Lean Roadmap auf das Ethereum-Ökosystem.

Verfasser: ZHIXIONG PAN

Die Ethereum Foundation hat anlässlich ihres zehnten Jubiläums (also Ende Juli 2025) offiziell einen neuen technischen Fahrplan namens „Lean Ethereum“ vorgestellt. Das Hauptziel dieses Blueprints ist es, eine schlankere, sicherere und effizientere Basisschicht für Ethereum zu schaffen, um eine solide technologische Grundlage für die nächsten zehn Jahre und darüber hinaus zu bieten.

Was ist Lean Ethereum?

Lean Ethereum wurde von Justin Drake, einem leitenden Forscher der Ethereum Foundation, vorgeschlagen. Das Hauptkonzept besteht darin, das Protokolldesign radikal zu verschlanken und quantensichere kryptographische Technologien einzuführen, um eine extreme Leistungssteigerung des Ethereum-Netzwerks (Transaktionsdurchsatz im Millionenbereich pro Sekunde) sowie quantensichere Sicherheit zu erreichen.

Im Kern des Lean Ethereum Blueprints stehen zwei zentrale Projektgruppen.

1. Lean Consensus (ehemals Beam Chain)

Lean Consensus ist das Herzstück und die Grundlage von Lean Ethereum. Ursprünglich als „Beam Chain“ bekannt und während der Devcon 2024 öffentlich vorgestellt (und sogar als Eth 3.0 betrachtet), wurde es später offiziell in „Lean Consensus“ umbenannt. Diese Projektgruppe konzentriert sich auf ein neues Design der Konsensschicht (Beacon Chain) von Ethereum.

Die Hauptziele von Lean Consensus umfassen:

• Blitzschnelle Bestätigung: Die Blockzeit wird auf etwa 4 Sekunden verkürzt, mit einer finalen Bestätigung in etwa 12 Sekunden.
• Erhöhte Dezentralisierung: Die Mindestmenge für Validatoren wird von 32 ETH auf 1 ETH gesenkt, wodurch die Eintrittsbarriere für die Teilnahme am Konsens erheblich reduziert wird.
• Post-Quantum-Sicherheit: Einführung von hashbasierten Signaturtechnologien, um die Konsensschicht gegen zukünftige Bedrohungen durch Quantencomputer zu schützen.
• On-Chain-Leichtgewichtsverifizierung: Effiziente Verifizierung des Chain-Status mittels SNARK-Technologie, sodass jeder Node die Integrität der Blockchain einfach überprüfen kann.
• Netzwerkoptimierung: Optimierung der Netzwerkeffizienz durch neue P2P-Protokolle wie Gossipsub v2.0.
• Aggregierte Nachweistechnologie: Einsatz von Hash-Aggregatsignaturen zur Reduzierung des Netzwerkverkehrs und zur Steigerung der Verifizierungseffizienz.

Lean Consensus ist derzeit das Flaggschiffprojekt von Lean Ethereum, mit eigenen öffentlichen Meetings (Lean Calls), die alle paar Wochen stattfinden und tiefgehende technische Updates und Diskussionen bieten. Zu den Kernmitgliedern des Teams gehören Justin Drake, Dmitry Khovratovich, Will Corcoran und andere.

2. PQ (Post-Quantum Cryptography) Projektgruppe

Die PQ-Projektgruppe konzentriert sich auf die Weiterentwicklung der Kryptographie, mit dem Ziel, die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Ethereum auch im Zeitalter der Quantencomputer zu gewährleisten. Die wichtigsten Forschungsrichtungen der PQ-Projektgruppe sind:

• Hash-Signaturalgorithmen: Ersatz der aktuellen elliptischen Kurvensignaturen durch hashbasierte, quantensichere Signaturschemata.
• Optimierung von Datencommitments: Umstellung von den aktuellen KZG-Polynomial-Commitments auf Hash-Commitments zur Verbesserung der Datensicherheit der Chain.
• Zero-Knowledge-Proofs (ZKP): Entwicklung effizienter SNARK/STARK-Schaltkreise, die für Hash-Algorithmen geeignet sind und zur Statusverifizierung dienen.
• Formale Verifizierung: Strenge formale Verifizierung der neuen kryptographischen Schemata, um die Korrektheit von Implementierung und Protokolldesign sicherzustellen.

Zu den Kernmitgliedern der PQ-Projektgruppe gehören Will Corcoran, Antonio Sanso, George Kadianakis und andere. Die Gruppe wird gemeinsam von internen Forschern der Ethereum Foundation und externen akademischen Experten vorangetrieben.

3. Lean Data und Lean Execution

Neben den beiden oben genannten Kernprojektgruppen gibt es bei Lean Ethereum noch zwei wichtige, aber nicht als eigenständige Teams operierende Projektgruppen: Lean Data und Lean Execution.

Lean Data

Lean Data konzentriert sich auf die Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Datenverfügbarkeitsschicht, beispielsweise durch folgende Maßnahmen zur erheblichen Steigerung des Datendurchsatzes auf der Ethereum-Chain:

• PeerDAS v1 und v2: Implementierung von verteiltem Data Availability Sampling zur massiven Steigerung des Datendurchsatzes.
• BPO (Blob Parameter Only) Mechanismus: Automatische Anpassung der Datenspeicherparameter zur schrittweisen Erhöhung der On-Chain-Datenkapazität.
• FullDAS und Mempool-Sharding: Weitere Optimierung der Datenübertragung und Speichereffizienz.

Das Endziel von Lean Data ist die Erreichung eines Teragas-Niveaus beim Datentransfer, um den zukünftigen Bedarf zahlreicher Layer2-Anwendungen zu unterstützen.

Lean Execution (auch bekannt als EVM 2.0)

Lean Execution widmet sich der vollständigen Neugestaltung der Ethereum Virtual Machine (EVM) mit dem Ziel, eine schlanke, effiziente und Zero-Knowledge-Proof-freundliche neue Ausführungsumgebung zu schaffen. Die wichtigsten Forschungsrichtungen umfassen:

• zkVM auf Basis der RISC-V-Architektur: Verschlankung des Befehlssatzes und Reduzierung des Beweisaufwands.
• Echtzeit-Zero-Knowledge-Proofs: Erhöhung der Geschwindigkeit der Beweiserstellung, um Echtzeitverifizierung zu ermöglichen.
• Kompatibilität und Migrationspfad: Schrittweise Einführung der neuen zkVM, paralleler Betrieb mit der bestehenden EVM, bis zur vollständigen Umstellung.
• Hardwarebeschleunigung: Erforschung von Zero-Knowledge-Proof-Beschleunigungslösungen auf Basis spezialisierter ASICs oder FPGAs.

Die Fortschritte bei Lean Data und Lean Execution werden derzeit hauptsächlich über den offiziellen Blog der Ethereum Foundation, Protokoll-Updates und die Ethereum-Entwickler-Community (Ethereum Magicians) kommuniziert.

Die langfristige Bedeutung von Lean Ethereum

Das Lean Ethereum-Projekt ist ein bedeutender strategischer Schritt der Ethereum Foundation für die Entwicklung der nächsten zehn Jahre. Lean Consensus als zentrale Säule sorgt durch effizienteres Protokolldesign für Sicherheit und Skalierbarkeit der Chain; das PQ-Projekt bildet die Verteidigungslinie gegen Bedrohungen durch Quantencomputer; Lean Data und Lean Execution gewährleisten jeweils die Steigerung des On-Chain-Datendurchsatzes und der Leistungsfähigkeit von Smart Contracts.

Diese neue, schlanke, effiziente und sichere Architektur soll das Ethereum-Mainnnet zu einer globalen Vertrauensinfrastruktur machen, die Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte Bestand hat und das zukünftige, riesige Ökosystem dezentraler Anwendungen trägt.