Was ist die Konsensschicht in Ethereum?

Definition und Kernfunktionalität

1. Die Konsensschicht in Ethereum bezieht sich auf den Mechanismus, der dafür verantwortlich ist, zwischen verteilten Knoten eine Einigung über den Zustand der Blockchain zu erzielen.

2. Es ersetzte das energieintensive Proof-of-Work-System nach dem Merge-Upgrade im September 2022.

3. Diese Schicht arbeitet unabhängig von der Ausführungsschicht und ermöglicht eine modulare Architektur, in der Transaktionsverarbeitung und Blockvalidierung entkoppelt sind.

4. Validatoren setzen ETH ein, um teilzunehmen, wobei jeder Validator 32 ETH einzahlen muss, um einen Knoten zu aktivieren.

5. Die Endgültigkeit wird durch Casper FFG und LMD-GHOST erreicht, wodurch eine irreversible Bestätigung von Blöcken nach zwei Epochen gewährleistet wird.

Verantwortlichkeiten und Anreize des Validators

1. Validatoren schlagen alle 12 Sekunden neue Blöcke in zugewiesenen Zeitfenstern vor, die als Slots bezeichnet werden.

2. Sie bestätigen die Gültigkeit von Blöcken, indem sie Nachrichten signieren, die ihre Sicht auf den Kopf der Kette widerspiegeln.

3. Bescheinigungen werden in Ausschüssen zusammengefasst, wodurch der Netzwerkaufwand reduziert und gleichzeitig die kryptografische Verantwortlichkeit gewahrt bleibt.

4. Belohnungen werden proportional auf der Grundlage von Aktualität, Korrektheit und Teilnahmequote über die Epochen hinweg verteilt.

5. Für böswilliges Verhalten wie Doppelsignaturen oder Umgebungsangriffe gelten drastische Strafen, die über On-Chain-Logik durchgesetzt werden.

Beacon-Chain-Architektur

1. Die Beacon-Kette fungiert als zentraler Koordinator der Konsensschicht und verwaltet die Registrierung und Umstellung der Validatoren.

2. Es führt ein Register der aktiven Validatoren und aktualisiert die Berechtigung in jeder Epoche mithilfe einer pseudozufälligen Auswahl.

3. Epochen dauern 32 Slots (6,4 Minuten) und dienen als Planungseinheiten für Ausschusszuweisungen und Belohnungsberechnungen.

4. Crosslinks waren ursprünglich dazu gedacht, Shard-Ketten zu verankern, wurden jedoch nach der Umstellung auf Rollup-zentrierte Skalierung obsolet.

5. Die Beacon-Kette speichert Fork-Choice-Daten, Begründungs- und Finalisierungsdatensätze sowie Snapshots des Validator-Saldos.

Sicherheitsmodell und Angriffsvektoren

1. Die wirtschaftliche Sicherheit beruht auf der Annahme, dass Angreifer weniger als ein Drittel der gesamten eingesetzten ETH kontrollieren.

2. Langstreckenangriffe werden durch schwache Subjektivitätskontrollpunkte abgeschwächt, die von Clients eine Synchronisierung mit vertrauenswürdigen aktuellen Status erfordern.

3. Der Zensurwiderstand auf Netzwerkebene hängt von der dezentralen Validatorverteilung und Antikorrelationsheuristiken ab.

4. Die MEV-Extraktion bleibt auf der Konsensebene möglich, obwohl die Trennung von Antragsteller und Erbauer neue Vertrauensannahmen einführt.

5. Das Risiko eines Denial-of-Service bleibt bestehen, wenn die Bescheinigungsaggregation aufgrund einer schlechten Client-Implementierung oder Netzwerklatenzspitzen fehlschlägt.

Häufig gestellte Fragen

F: Wie wird ein Validator ausgewählt, um einen Block vorzuschlagen? A: Eine Pseudozufallsfunktion wählt einen Validator pro Slot aus dem aktiven Satz aus, gewichtet ihn nach dem effektiven Gleichgewicht und mischt ihn in jeder Epoche neu.

F: Was passiert, wenn ein Validator für längere Zeit offline geht? A: Die Strafen laufen linear mit der Zeit ab und reduzieren das Guthaben des Prüfers, bis es unter die Auswurfschwelle von 16 ETH fällt.

F: Können mehrere Validatoren ohne Risiko auf demselben Computer ausgeführt werden? A: Das Ausführen doppelter Validatoren verstößt gegen die Slashing-Bedingungen. Jeder Validator muss mit eindeutigen Signaturschlüsseln und koordinierter Betriebszeit arbeiten.

F: Gibt es eine Mindestanforderung an die Hardware, um einen Konsensschicht-Client auszuführen? A: Ja – mindestens 16 GB RAM, 1 TB SSD-Speicher und eine stabile Internetverbindung mit einer dauerhaften Upload-Bandbreite von über 5 Mbit/s werden empfohlen.