Wie führt ein Smart Contract seinen Code tatsächlich auf der Blockchain aus?

Verständnis der Ausführungsumgebung von Smart Contracts

1. Smart Contracts funktionieren in einem dezentralen Netzwerk, in dem jeder Knoten eine Kopie des Blockchain-Ledgers führt. Wenn ein Vertrag bereitgestellt wird, wird sein Bytecode in der Blockchain gespeichert und ihm eine eindeutige Adresse zugewiesen. Jeder teilnehmende Knoten im Netzwerk betreibt eine virtuelle Maschine – wie die Ethereum Virtual Machine (EVM) –, die diesen Bytecode interpretieren und ausführen kann.

2. Die Ausführungsumgebung gewährleistet die Konsistenz über Knoten hinweg, indem sie deterministisches Verhalten erzwingt. Das bedeutet, dass bei gleicher Eingabe und gleichem Status jeder Knoten bei der Ausführung des Vertragscodes identische Ergebnisse liefern muss. Nichtdeterministische Funktionen, wie der Zugriff auf die aktuelle Zeit oder Zufallszahlen, sind entweder eingeschränkt oder werden durch Konsensmechanismen simuliert.

3. Transaktionen, die mit einem Smart Contract interagieren, lösen dessen Ausführung aus. Diese Transaktionen enthalten die Absenderadresse, die Zielvertragsadresse, verschlüsselte Funktionsaufrufe und optionale Daten. Nach Erhalt validieren die Knoten die Transaktionssignatur und das Gaslimit, bevor sie mit der Ausführung beginnen.

4. Gas dient als Einheit des Rechenaufwands. Jeder Vorgang in einem Smart Contract verbraucht eine vordefinierte Menge an Gas, wodurch Endlosschleifen und missbräuchliche Berechnungen vermieden werden. Wenn das bereitgestellte Gas nicht ausreicht, wird die Ausführung angehalten und alle Zustandsänderungen werden rückgängig gemacht, die Gasgebühr wird jedoch weiterhin erhoben.

5. Nach der Validierung wird die Transaktion von Minern oder Validatoren in einen Block aufgenommen. Der Blockvorschlager führt den Vertragscode aus und sendet die resultierenden Zustandsänderungen. Andere Knoten führen unabhängig voneinander dieselbe Transaktion erneut aus, um die Richtigkeit zu überprüfen und so einen Konsens ohne Vertrauen sicherzustellen.

Die Rolle von Knoten bei der Codeausführung

1. Vollständige Knoten laden den gesamten Blockchain-Verlauf herunter und speichern ihn, einschließlich aller Smart-Contract-Codes und Speicherzustände. Wenn eine neue Transaktion eintrifft, wiederholen sie die Vertragslogik von Genesis, um sicherzustellen, dass der aktuelle Status korrekt ist, bevor neue Eingaben verarbeitet werden.

2. Die Ausführung beginnt, wenn ein Knoten eine Transaktion empfängt, die auf einen Vertrag abzielt. Der Knoten ruft den Bytecode des Vertrags aus seinem lokalen Speicher ab und lädt ihn in die EVM. Eingabedaten aus der Transaktion bestimmen, welche Funktion aufgerufen wird und welche Parameter übergeben werden.

3. Während der Ausführung verarbeitet das EVM Opcodes nacheinander und verwaltet Speicher, Stapel und Speicher. Alle Änderungen am Vertragsstatus – etwa das Aktualisieren von Variablen oder das Übertragen von Token – werden vorübergehend zurückgehalten, bis die Transaktion erfolgreich abgeschlossen wird.

4. Knoten führen Protokolle der vom Vertrag ausgegebenen Ereignisse, die nicht Teil des Status sind, aber extern abgefragt werden können. Diese Protokolle helfen Off-Chain-Anwendungen, Vertragsaktivitäten zu verfolgen, ohne die gesamte Blockchain zu scannen.

5. Nach der Ausführung erzeugt jeder Knoten ein Ergebnis: Erfolg bei Statusaktualisierungen, Fehler bei Rollback oder Gasmangelausnahme. Erst nach Konsens über die Gültigkeit des Blocks werden diese Änderungen im globalen Staat dauerhaft.

Transaktionslebenszyklus und Statusänderungen

1. Ein Benutzer initiiert die Interaktion, indem er eine Transaktion signiert, die den Empfängervertrag und den Funktionsaufruf angibt. Wallet-Software kodiert häufig den Funktionsselektor und die Argumente mithilfe von ABI-Standards, bevor sie die Transaktion an das Netzwerk sendet.

2. Ausstehende Transaktionen gelangen in den Mempool, wo Miner oder Validatoren sie basierend auf dem Gaspreis und der Verfügbarkeit auswählen. Höher bezahlte Transaktionen werden in der Regel vorrangig in den nächsten Block aufgenommen.

3. Beim Aufbau eines Blocks führt der Validator jede ausgewählte Transaktion der Reihe nach aus. Das Ergebnis einer Transaktion kann sich auf den in nachfolgenden Transaktionen verwendeten Status auswirken, daher ist die Reihenfolge aus Gründen der Konsistenz wichtig.

4. Zustandsänderungen erfolgen erst nach vollständiger Validierung und Konsensbestätigung . Selbst wenn ein Knoten lokal einen neuen Kontostand oder Speicherwert berechnet, bleibt dieser vorläufig, bis der Block im Großteil des Netzwerks endgültig festgelegt ist.

5. Die Endgültigkeit hängt vom zugrunde liegenden Konsensmechanismus ab. In Proof-of-Stake-Systemen wie Ethereum wird die Endgültigkeit erreicht, wenn sich zwei Drittel der Validatoren auf Checkpoint-Blöcke einigen, was eine Reorganisation höchst unwahrscheinlich macht.

Häufig gestellte Fragen

Was passiert, wenn bei der Ausführung eines Smart Contracts ein Fehler auftritt? Wenn ein Fehler auftritt – etwa eine Division durch Null, ein Array außerhalb der Grenzen oder eine fehlgeschlagene Behauptung – löst die EVM eine Ausnahme aus. Dies führt dazu, dass die Transaktion alle Statusänderungen rückgängig macht und das System in den Zustand vor der Ausführung zurückversetzt. Das bis zum Ausfall verbrauchte Gas wird jedoch nicht erstattet.

Kann der Smart-Contract-Code nach der Bereitstellung geändert werden? Typischerweise ist der Smart-Contract-Code nach der Bereitstellung unveränderlich. Entwickler verwenden Proxy-Muster oder aktualisierbare Vertragsarchitekturen, um Änderungen zu simulieren. Diese Designs trennen die Logik vom Speicher und ermöglichen so die Referenzierung neuer Implementierungen unter Beibehaltung vorhandener Daten.

Wie interagieren externe Datenquellen mit Smart Contracts? Intelligente Verträge können nicht direkt auf Off-Chain-Daten zugreifen. Orakel fungieren als Vermittler, holen Informationen von externen APIs ab und übermitteln sie über Transaktionen in die Kette. Vertrauenswürdige Oracle-Netzwerke wie Chainlink bieten manipulationssichere Datenfeeds für Preisinformationen, Wetterberichte und mehr.

Warum wird der Benzinpreis in Kryptowährung und nicht in Fiat-Währung berechnet? Die Gaspreise in nativen Token passen die Anreize innerhalb des Netzwerks an. Miner oder Validatoren werden in derselben Währung entlohnt, die auch zur Messung der Rechenkosten verwendet wird, wodurch eine sich selbst tragende Wirtschaft entsteht. Schwankungen im Fiat-Wert werden durch die Marktdynamik absorbiert, sodass die Betriebskosten im Hinblick auf die Ressourcennutzung vorhersehbar bleiben.