Ethereum Blockchain – revolutionäres Konzept mit viel Potenzial

Ethereum war die erste Blockchain-Technologie, die das Konzept von Kryptowährungen erheblich erweiterte. Es ist mittlerweile ein ganzes Netzwerk mit eigenem Internet-Browser, Programmiersprache und Zahlungssystem. Außerdem ermöglicht Ethereum seinen Anwendern, dezentrale Anwendungen auf der Basis von Blockchain zu erstellen. Als dezentrales System ist Ethereum völlig autonom und wird von keiner zentralen Instanz kontrolliert. Das System wird von einer Vielzahl von Nutzern rund um den Globus mit der Ethereum Virtual Machine (EVM) betrieben. Die EVM wird dazu verwendet, den vom Benutzer entwickelten Quellcode (Smart Contracts) im Netzwerk auszuführen. Als Gegenleistung wird eine sehr geringe Transaktionsgebühr erhoben. Diese Gebühr wird „Gas“ genannt und in Ether bezahlt, einer speziellen Kryptowährung, die als „Treibstoff“ für das Netzwerk agiert.

Ethereum Blockchain: die Funktionsweise

Ethereum basiert auf dem Protokoll von Bitcoin und seinem Blockchain-Algorithmus. Die einzige Ähnlichkeit mit der ursprünglichen Blockchain von Bitcoin besteht darin, dass bei Ethereum ebenfalls die gesamte Transaktionshistorie von Anfang an in einem einzigen Datensatz gespeichert wird. Neben der Historie von Transaktionen muss jeder Knoten im Ethereum-Netzwerk den aktuellen Status oder alle Informationen zu jedem Smart Contract beinhalten, inklusive des gesamten Smart Contract Codes innerhalb des Netzwerks. Außerdem sind Kontostände aller Benutzer sowie exakte Angaben über jeden Speicherort enthalten, weshalb jede Transaktion gefunden werden kann.
Aus technischer Sicht handelt es sich bei der Ethereum Blockchain um einen einfachen Zustandsautomaten, der eine Reihe von Inputs liest und, anhand dieser Inputs, in einen Zustand übergeht, der als Transaktion bezeichnet wird. Jeder Zustand besteht aus Millionen von Transaktionen, die zu „Blöcken“ gruppiert werden. Jeder einzelne Block wird mit seinen vorherigen Blöcken verkettet. Doch bevor die Transaktion dem Netzwerk hinzugefügt werden kann, muss sie validiert werden, was den Prozess des Minings mit sich bringt.
Beim Mining müssen eine oder mehrere Recheneinheiten eine mathematische Aufgabe lösen, um die Gültigkeit eines Blocks sicherzustellen. Viele Miner auf der ganzen Welt konkurrieren miteinander, um einen Block zu erstellen und zu validieren. Jedes Mal, wenn ein Block als gültig nachgewiesen wird, werden neue Kryptomünzen erzeugt und an denjenigen Miner vergeben, der die Gültigkeit sicherstellen kann. Diese Herangehensweise bezeichnet man als „proof of work“ – sie ist das Rückgrat von Ethereum, weil so ständig neue Tokens generiert werden.

Ethereum Smart Contracts: die Einführung

Ein Smart Contract ist ein Code, der unter bestimmten Voraussetzungen selbstständig ausgeführt wird und Vereinbarungen zwischen mehreren Parteien definiert und implementiert.

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Ethereum ist ein dezentralisiertes Netzwerk, was bedeutet, dass es den populären Peer-to-Peer-Ansatz verwendet. Jede einzelne Transaktion findet also nur zwischen den beteiligten Benutzern statt, ohne dass eine Kontrollinstanz involviert ist. Eine Transaktion im Ethereum Netzwerk bezeichnet man als Smart Contract. Solche intelligenten Verträge können für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, bei denen die Rechte und Pflichten beider Parteien aus leicht überprüfbaren Regeln minimiert werden können. Solche „intelligenten Verträge“ können beispielsweise …

• als „Multi-Signatur-Konten“ agieren, bei denen entsprechende Mittel nur dann ausgegeben werden, wenn ein bestimmter Prozentsatz der Mitglieder zustimmt, wie beispielsweise ein Geschäftskonto mit mehreren Geschäftsführern.
• gewöhnliche Verträge (Kaufverträge, Mietverträge etc.) abbilden.
• sämtliche verschlüsselte Informationen über konkrete oder virtuelle Objekte speichern.
• konzeptionell ausgearbeitete und fertig implementierte Dienste für andere externe Anwendungen liefern.

Smart Contracts werden in Solidity, einer Ethereum-spezifischen Programmiersprache, geschrieben. Sie können dann in die Blockchain hochgeladen werden und bleiben dort für immer gespeichert. Da die Blockchain durch Sicherheitsmechanismen wirksam vor späteren Veränderungen geschützt ist, kann man sich darauf verlassen, dass ein hochgeladener intelligenter Vertrag im Ethereum Netzwerk wie geplant ausgeführt wird. Als Bürge tritt hier das gesamte Netzwerk auf, bestehend aus einer Vielzahl von unabhängigen Rechnern auf der ganzen Welt. So wird ganz ohne Mittelsmann die Einhaltung der Regeln gesichert, ebenso wie die automatische Ausführung des Vertrages.

Wie funktionieren Ethereum Smart Contracts?

Die Ausführung eines Ethereum Smart Contracts besteht aus drei einfachen Schritten:

1. Ein Vertrag zwischen beiden Parteien wird als Code in Solidity festgehalten. Die beiden Parteien können anonym bleiben, aber der Vertrag muss öffentlich abgeschlossen werden.
2. Der Vertrag wird nach der Verifizierung in die Blockchain hochgeladen.
3. Falls eine bestimmte Bedingung, die im Vertrag zuvor festgehalten wurde, erfüllt wird, aktiviert der Code automatisch die Ausführung des Smart Contracts.

Die Aktivität im Ethereum Netzwerk kann also auf sehr einfache Weise durch Analyse der Blockchain überprüft werden. Gleichzeitig wird die absolute Anonymität der beteiligten Parteien garantiert, da keine spezifischen Details über den Vertrag nach außen gelangen

Der Smart Contract Code wird in der Ethereum Virtual Machine ausgeführt, und zwar von jedem Knoten, also jedem einzelnen Rechner, gleichzeitig. Ein solcher Code kann einfache Operationen wie das Lesen und Schreiben von Daten auslösen, mit anderen Smart Contracts kommunizieren, aber auch teure Mining-Berechnungen durchführen. Damit es nicht dazu kommt, dass das System durch zu viele Berechnungen ausgelastet wird, muss jede Transaktion mit Ether bezahlt werden. Dafür muss dem Ethereum Netzwerk eine Nachricht von einer der beteiligten Parteien oder von einem anderen Smart Contract mit ausreichenden Transaktionsgebühren vorliegen.
Die Gebühren in Ether sind dynamisch und von der Höhe der benötigten Rechenleistung abhängig. Des Weiteren gibt es ein Ether Limit, also eine Obergrenze für eine Transaktion. Sie dient dem Schutz vor Programmierfehlern und Manipulationen bzw. Missbrauch.

Ethereum Token vs. Ethereum Ether

Der Hauptunterschied zwischen Ethereum und vielen anderen Kryptowährungen ist die Tatsache, dass Ethereum nicht nur ein digitales Währungssystem, sondern auch eine Plattform ist, auf der dezentrale Anwendungen mit Smart Contracts (DAPPS) entwickelt werden können. Es gibt folglich zwei Arten von Währungen:

• Ether (eine Währung, die im Ethereum Netzwerk zum Einsatz kommt)
• Token (eine Währung, die innerhalb von DAPPS verwendet wird)

Wie bereits beschrieben, kostet die Ausführung eines Smart Contracts eine gewisse Gebühr, die in Ether berechnet wird, da sie innerhalb des Netzwerks in der EVM zum Einsatz kommt. Doch oft ist es auch notwendig, innerhalb einer DAPPS ein als Zahlungsmittel gekennzeichnetes System (Tokens) zu verwenden, damit interne Abläufe von externen getrennt werden. Je mehr solcher DAPPS unter Ethereum entwickelt werden, desto populärer werden die Tokens. Wenn Sie Tokens erwerben möchten, müssen Sie die EVM mit einem Smart Contract anweisen, neue Tokens für Sie zu generieren. Falls Sie die Tokens nicht mehr benötigen, weisen Sie EVM wieder an, die Tokens zu löschen und den restlichen Wert Ihrer Ethereum Wallet hinzuzufügen.

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Die Verwendung der Tokens in DAPPS wurde von Entwicklern mit ERC20 Standard geregelt. Dabei handelt es sich um eine Regel, die eingehalten werden kann, damit die Tokens problemlos mit verschiedenen Geld- und Tauschbörsen sowie intelligenten Verträgen interagieren können.

Ethereum Mist: die digitale Ethereum Wallet

Um Ether sowie Tokens anzunehmen oder zu transferieren, benötigen Sie eine Ethereum Wallet. Hier ist es vor allem aus Sicherheitsgründen sinnvoll, die Mist Wallet herunterzuladen. Es handelt sich dabei um die offizielle Ethereum Wallet,
die von denselben Entwicklern erstellt wurde, die für das gesamte Ethereum Ökosystem verantwortlich sind.
Die Ethereum Mist Wallet wird in zwei Versionen angeboten – als einfache Geldbörse und als Wallet mit Multisignatur. Im ersten Fall handelt es sich um eine Geldbörse, mit der nur Sie als einzelner Benutzer stets die Kontrolle über Ihre Transaktionen haben. Bei der zweiten Variante können Sie die Geldbörse mit anderen Benutzern teilen, um so beispielsweise Smart Contracts zu generieren. Die jeweiligen Benutzer müssen allerdings die Desktop Clients von Ethereum Mist auf ihren Rechner herunterladen.
Eine der häufigsten Beschwerden von Kunden bezieht sich auf die Installation von Ethereum Mist. So müssen Sie gleich nach dem ersten Start der Anwendung die gesamte Ethereum Blockchain herunterladen, bevor Sie die Ethereum Mist Wallet nutzen können. Da die Blockchain aber sehr groß ist und ständig wächst, kann das Herunterladen sehr viel Zeit in Anspruch nehmen.
Wenn Benutzer, die Ethereum verwenden möchten, nicht über genügend freien Festplattenspeicher verfügen, um die Blockchain zu synchronisieren, kann es zu Problemen bei der Anwendung dieser Plattform kommen. Hinsichtlich des freien Speicherplatzes gilt es außerdem noch zu beachten, dass die Blockchain während des Downloads laufend aktualisiert wird und daher mit der Zeit mehr Festplattenspeicher benötigt.

Ethereum Fork

Da Ethereum ein dezentrales Netzwerk ist, müssen sich die Netzwerkteilnehmer auf ein gemeinsames Regelwerk zur Validierung der Transaktionen einigen, um einen Konsens zu erzielen. Dies resultiert in einer einzigen Blockchain verifizierter Daten, die von allen akzeptiert wird.
Eine Fork oder eine Gabel entsteht, wenn eine Blockchain in zwei Teile zerfällt. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:

1. Unstimmigkeiten in der Blockchain

Das kann beispielsweise vorkommen, wenn zwei Miner gleichzeitig einen Block entdecken, was zu zwei geteilten Ketten führt. Dabei handelt es sich um eine temporäre Fork, weil die Kette, die den nächsten Block findet, zuerst die längste Kette wird. Die kürzere Kette wird vom Netzwerk aufgegeben.

2. Grundlegende Regeländerung durch Entwickler

Die zweite Variante ist die wichtigste Art der Fork, da es sich dabei um eine bewusste und dauerhafte Änderung des Codes durch die Entwickler handelt. Die Gabeln in dieser Kategorie sind permanent und erfordern, dass die Teilnehmer im Netzwerk ihre Ethereum Software aktualisieren, um alle Änderungen zu integrieren. Dabei wird zwischen Soft Fork und Hard Fork unterschieden.

Soft Fork ist ein Software-Upgrade, das mit älteren Versionen abwärtskompatibel ist. Das bedeutet, dass Teilnehmer, die nicht auf die neue Software umgestiegen sind, weiterhin an der Validierung und Verifizierung von Transaktionen teilnehmen können. Jedoch wird die Funktionalität eines nicht aktualisierten Rechners stark beeinträchtigt. Es handelt sich also um einen langsamen Upgrade-Mechanismus, der den Benutzern eine gewisse Zeit für die Aktualisierung einräumt. Nach einiger Zeit kann jedoch auch aus einer Soft Fork eine Hard Fork werden.

Ethereum Hard Fork

Hard Fork ist ein Software-Upgrade, das mit älteren Versionen nicht kompatibel ist. Alle Teilnehmer müssen ein Upgrade durchführen, um neue Transaktionen validieren zu können. Diejenigen, die kein Upgrade durchgeführt haben, werden vom Netzwerk getrennt. Diese Trennung führt zu einer permanenten Divergenz der Blockchain, wobei zwei Ketten gleichzeitig existieren werden. Das prominenteste Beispiel eines Ethereum Hard Fords ist Ethereum Classic. Die Trennung wurde von einem Anwender in Gang gesetzt, der den ursprünglichen Plan der Ethereum Entwickler ausnutzte, einen Risikokapitalfonds für jede zukünftige Anwendung auf dem System zu schaffen. Dieser Plan wurde als Dezentrale Autonome Organisation (DAO) bezeichnet und war ein komplizierter Smart Contract mit dem Konzept, über jede neue Ethereum Anwendung abzustimmen und im Falle eines positiven Ergebnisses die notwendigen Mittel für die Entwicklung zur Verfügung zu stellen. DAO enthielt eine Sicherheitslücke, die es einem Hacker ermöglichte, Ether im Wert von 50 Millionen USD zu stehlen, was zum kurzfristigen Absturz der Kryptowährung führte. Um den Absturz zu stoppen, wurde von Entwicklern eine Hard Fork umgesetzt. Dabei trennte sich Ethereum von der alten Blockchain, um den Opfern des Hackerangriffs ihre Tokens zurückzugeben. Die große Mehrheit der Community akzeptierte den Vorschlag und die Hard Fork wurde umgesetzt. Jedoch gab es eine Minderheit, die sich abspaltete und ihre Software nicht auf den neuesten Stand brachte. Diese Minderheit sorgt dafür, dass die alte Version als eigenständige Kryptowährung, Ethereum Classic mit Kürzel ETC, funktioniert. Die neue Hard Fork existiert als die eigentliche Ethereum Kryptowährung mit Kürzel ETH.

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Fazit: Ethereum Blockchain – ein komplettes Ökosystem für viele Anwendungen

Den Entwicklern von Ethereum gelang eine wichtige Umgestaltung des Blockchain-Konzepts von Bitcoin, indem sie nicht nur das Konzept einer neuen Kryptowährung präsentierten, sondern ein komplettes Ökosystem für deren Einsatz schufen. Der technische Kern dieses Systems ist die Ethereum Virtual Machine, die als eine Art Supercomputer agiert und die gesamte Rechenleistung von Knoten im Netzwerk vereint. Viele Nutzer laden dabei die gesamte Blockchain von Ethereum auf ihre Rechner herunter, treiben das System unter Einhaltung der allgemein akzeptierten Regeln voran und erhalten dafür Belohnungen. Benutzer haben insbesondere die Möglichkeit, entweder in eine neue Kryptowährung, Ether, zu investieren oder dezentrale Anwendungen, Smart Contracts, unter EVM zu entwickeln, in denen ein anderes Zahlungsmittel von Ethereum, Ethereum Token, zum Einsatz kommt. Dieses Konzept sorgt für mehr Transparenz und ermöglicht einen vielfältigen Einsatz. Ab und zu kann es zu Problemen im System kommen. Falls solche Störungen nicht anderweitig behoben werden können, kommt es zu einem sogenannten Hard Fork, bei dem die Blockchain unabdingbar in zwei Teile getrennt werden muss. Auf diese Weise wird wirksam verhindert, dass Betrüger mögliche Sicherheitslücken im Konzept von Ethereum ausnutzen.