Welche fünf großen Neuerungen bringt Beam Chain für Ethereum?

Beam Chain ist im wörtlichen Sinne keine neue Blockchain, sondern eine neue Infrastruktur, die innerhalb des Ethereum-Mainnets aufgebaut wird. Sie wird die Transaktionsgeschwindigkeit, Sicherheit und Effizienz des L1-Mainnets erheblich steigern.

Verfasst von: Ebunker

Es ist allgemein bekannt, dass Ethereum auf dem Proof-of-Work (PoW) entstanden ist und 2021 erfolgreich auf Proof-of-Stake (PoS) umgestellt wurde. Dazu äußerte sich Justin Drake, leitender Forscher der Ethereum Foundation: Obwohl die Beacon Chain bei der Einführung von PoS sehr effektiv war, hat sie in den letzten fünf Jahren einige „technische Schulden“ angehäuft, da ihr Design keine modernen dezentralen Technologien wie Zero-Knowledge-Proofs nutzt. Daher benötigt die Konsensschicht von Ethereum dringend eine grundlegende Überarbeitung.

In einer kürzlichen Präsentation auf der Devcon in Bangkok kündigte der Ethereum-Forscher Justin Drake einen Vorschlag zur vollständigen Überarbeitung der Ethereum-Konsensschicht an, genannt „Beam Chain“.

Dies ist Teil des langfristigen Ethereum-Fahrplans und soll es Ethereum ermöglichen, von den aktuellen Durchbrüchen der ZK-Kryptographie zu profitieren, um die Skalierbarkeit und Leistung des Netzwerks erheblich zu verbessern, ohne ein neues Netzwerk starten zu müssen. Zweifellos ist dies eines der wichtigsten Upgrades für Ethereum in den nächsten 3–5 Jahren.

Beam Chain ist im wörtlichen Sinne keine neue Blockchain, sondern eine neue Infrastruktur, die innerhalb des Ethereum-Mainnets aufgebaut wird. Sie wird die Transaktionsgeschwindigkeit, Sicherheit und Effizienz des L1-Mainnets erheblich steigern. Manche interpretieren Beam Chain als Ethereum 3.0, was jedoch ein Missverständnis ist, da Beam Chain lediglich die Konsensschicht betrifft und weder die Datenschicht (wie Blob-Kanäle) noch die Ausführungsschicht (wie die Ethereum Virtual Machine, EVM) verändert.

Die fünf zentralen Veränderungen von Beam Chain sind:

1. Schnellere Blockbestätigung: Einführung von 4-Sekunden-Slotzeiten und Ein-Slot-Finalität

2. Keine Einbußen bei der Dezentralisierung: Beibehaltung oder Verbesserung der aktuellen Dezentralisierungsgarantien

3. Senkung der Staking-Hürde: Reduzierung des ETH-Stakings von 32 ETH auf 1 ETH

4. Schutz der normalen Nutzer: Eliminierung von MEV auf Basis von Blockreorganisationen

5. Zukunftssicherheit: Das Ethereum-Netzwerk wird quantenresistent gemacht

Upgrade-Ansatz und Prinzipien von Beam Chain

1. Erhöhung der Blockproduktion

Höherer Durchsatz: Beam Chain wird die Blockproduktion auf das Dreifache des aktuellen Niveaus steigern, um die Transaktionskapazität von Ethereum zu erhöhen.

Zensurresistenz: Die Einführung von FOCIL (Fork Choice Enforced Inclusion List) verbessert die Zensurresistenz und stellt sicher, dass Transaktionen nicht leicht von böswilligen Akteuren ausgeschlossen werden können.

Ausführungsauktionen & Isolierung der Validatoren: Validatoren werden durch Ausführungsauktionen isoliert, was eine stärkere Leistung und Dezentralisierung gewährleistet und mehr Nutzern Schutz vor MEV bietet.

Schnellere Finalität: Ethereum wird Ein-Slot-Finalität und 4-Sekunden-Blockzeiten bieten, wodurch Transaktionen schneller bestätigt und die Netzwerkeffizienz gesteigert werden.

Interessant ist, dass Börsen künftig nicht mehr auf 1/32, 2/32, 3/32… Blockbestätigungen warten müssen, da künftig eine einzelne Blockbestätigung ausreicht.

2. Verbesserungen beim Staking

Verbessertes Emissionsmodell: Änderungen am Belohnungsmodell für Validatoren führen zu höheren Staking-Erträgen.

Senkung der Staking-Anforderungen: Unabhängige Validatoren müssen nur noch 1 ETH staken, weit weniger als die derzeitige Schwelle von 32 ETH, was das unabhängige Staking einfacher und verbreiteter macht.

Wir sind der Meinung, dass Ethereum, um bei höherer Geschwindigkeit mehr Nodes am Konsens zu beteiligen, ohne die Hardwareanforderungen wesentlich zu erhöhen und das Staking-Trilemma zu durchbrechen, der ZK-Technologie viel zu verdanken hat – das ist der Branche weit voraus.

3. Verbesserte Sicherheit

Post-Quanten-Kryptographie: Ethereum wird quantenresistente Kryptographie implementieren, um das Netzwerk vor Angriffen durch Quantencomputer zu schützen – ein erster Schritt hin zu quantenresistenten Mainstream-Blockchains.

Integration von zkSNARK und zkVM: Zero-Knowledge-Proofs (ZKP) werden durch zkSNARK und zkVM in Ethereum integriert, um Datenschutz, Skalierbarkeit und Sicherheit weiter zu verbessern.

SNARKifizierung der Blockchain (SNARKification): Ethereum wird RISC-V nutzen, um die Blockchain zu SNARKifizieren, was die Effizienz und Skalierbarkeit der Beweiserstellung erhöht. SNARK ist eine kompakte Form des Zero-Knowledge-Proofs, die es einer Partei ermöglicht, den Besitz von Informationen zu beweisen, ohne diese preiszugeben oder Interaktionen zwischen Beweiser und Prüfer zu erfordern.

Zusammengefasst: Die gesamte Ethereum-Blockchain wird direkt ZK-fähig gemacht.

Verbesserte Zufälligkeit: Ethereum wird zudem starke Zufallsmechanismen einführen, um die Fairness bei der Auswahl von Validatoren und anderen wichtigen Netzwerkprozessen zu gewährleisten.

Reduzierung des MEV-Risikos: Verbesserte Zensurresistenz minimiert die Verbreitung von Bots wie Sandwich-Angriffen.

4. Funktionsweise

Seit der Festlegung des Designs der aktuellen Ethereum-Konsensschicht (Beacon Chain) wurden von Kryptographen bedeutende Fortschritte im Bereich SNARK erzielt. Durch die SNARKifizierung der Ethereum-State-Transition-Funktion (d. h. die von Validatoren integrierten Statusänderungsnachrichten zur Aufrechterhaltung der korrekten Sicht auf die Blockchain) können 4-Sekunden-Slotzeiten und Ein-Slot-Finalität erreicht werden.

Einerseits führt die Reduzierung der Blockproduktions- und Finalitätszeiten zu kürzeren Wartezeiten und verbessert das L1-Transaktionserlebnis auf Ethereum;

Andererseits können potenzielle Werte, die durch entfernte Blockreorganisationen aus Transaktionen extrahiert werden, eliminiert und die technischen Schulden der Konsensschicht reduziert werden.

Darüber hinaus wird die SNARKifizierung das Ethereum-Netzwerk quantenresistent machen – eine unverzichtbare Funktion für zukünftige Blockchains.

Beam Chain wird das Ethereum-Upgrade in folgenden Bereichen vorantreiben:

Sharding zur Beschleunigung der Verarbeitung: Ethereum Beam Chain wird Sharding-Technologie nutzen, um Daten in kleinere Teile (Shards) zu unterteilen und mehrere Transaktionen gleichzeitig zu verarbeiten. Dies reduziert Engpässe und beschleunigt die Transaktionszeiten.

Quantenresistente Sicherheit: Ethereum wird modernste Kryptographie einsetzen, um sicherzustellen, dass selbst zukünftige Super-Quantencomputer das Netzwerk nicht kompromittieren können.

Integration in den Ethereum-Fahrplan: Beam Chain ist kein eigenständiges Netzwerk, sondern eine integrierte Phase im Fahrplan von Ethereum für die nächsten fünf Jahre zur Erweiterung und Verbesserung der Sicherheit.

5. Bedeutende Relevanz

Für die Fähigkeit von Ethereum, mit der wachsenden Zahl dezentraler Anwendungen umzugehen, ist Beam Chain von entscheidender Bedeutung – sie kann die Skalierbarkeit von Ethereum erhöhen, die Transaktionskosten senken und die Gesamtsicherheit verbessern, sodass das Netzwerk im Laufe der Zeit mehr Nutzer und komplexere Anwendungen unterstützen kann.

Ein weiterer großer Vorteil der auf SNARK basierenden Beweise ist: Sie ermöglichen es normalen Stakern mit Standard-Hardware, von den genannten Leistungsverbesserungen zu profitieren. Wenn die Staking-Schwelle von 32 ETH auf 1 ETH sinkt und die Netzwerkleistung steigt, wird auch die Dezentralisierung der Ethereum-Staker-Gemeinschaft verbessert.

Insbesondere die Senkung der Schwelle, kombiniert mit entsprechender Hardware wie dem eNode von Ebunker, könnte es ermöglichen, dass Haushalts-Validatorgeräte in viele Haushalte Einzug halten. Ethereum bleibt damit die weltweit dezentralste Public Chain mit den meisten Nodes.

Obwohl die Vision von Beam Chain Ethereum nicht sofort verändern oder den langfristigen Fahrplan deutlich anpassen wird, wird ihre Einführung die Priorisierung der Entwicklung im Fahrplan verändern und die Entwicklung bestimmter Komponenten beschleunigen (aktuell sind einige wichtige Upgrades für 2029 geplant, Beam Chain könnte deren Einführung beschleunigen).

Wenn Beam Chain genügend Community-Support erhält, könnten Entwickler bereits im nächsten Jahr mit der Spezifikation beginnen, 2026 produktionsreife Codes durch die Client-Teams entwickeln, 2027 testen und schließlich sicher im Ethereum-Mainnet bereitstellen. Auch wenn die Implementierung von Beam Chain noch in weiter Ferne liegt, sind diese Sicherheitsvorkehrungen für eine dezentral entwickelte Open-Source-Software unerlässlich.

Zusammengefasst: Beam Chain löst durch den ZK-Ansatz die bisherigen „technischen Schulden“ und diese Verbesserungen könnten die L1-Funktionen von Ethereum erheblich verbessern, während die „weltweite Dezentralisierung“ erhalten bleibt.

Gleichzeitig versetzen neue, langfristige Lösungen wie die Quantenresistenz die Konsensschicht von Ethereum in einen „Wartungsmodus“. Das stellt sicher, dass Ethereum in den kommenden Jahrzehnten sicher, effizient und anpassungsfähig bleibt und Innovationen ermöglicht, ohne disruptive Neugestaltungen zu benötigen.

Ethereum arbeitet weiterhin unermüdlich an langfristigen Strategien. Das ist ein ermutigendes Update für die Blockchain und die gesamte Branche und gibt uns auch in den aktuellen, dynamischen Marktbedingungen eine solide Grundlage für Optimismus gegenüber Ethereum.