Die Skalierbarkeitsprobleme der Ethereum-Blockchain: Die Zukunft hängt von L2 ab

Die Einführung der Ethereum-Blockchain im Juli 2015 revolutionierte die Landschaft digitaler Assets völlig, indem sie im Vergleich zu Bitcoin eine viel ausgefeiltere Schicht einführte.

The advent of the Ethereum blockchain in July 2015 completely revolutionized the landscape of digital assets by introducing a much more sophisticated layer compared to Bitcoin. Over the years, Ethereum has powered thousands of cryptographic protocols thanks to the possibility of implementing smart contract, completely innovating the cryptographic industry. However, 9 years after its debut on the market, this L1 chain continues to deal with its main Achilles’ heel: scalability. In fact, despite Ethereum being a highly interoperable programmable blockchain thanks to its EVM nature, it does not boast a high throughput for transactions. This is a very large limit because it prevents the blockchain from supporting a large amount of traffic, and makes its cost of use unsustainable. Especially in bull market cycles, where the attention to cryptocurrencies is greater, Ethereum often requires enormous fees to execute transactions. As we can see in the following Etherscan chart, the cost of using the chain, commonly referred to as “gas”, has often reached peaks above 200 gwei. We remind you that gwei is the unit of measurement for gas cost: 1 gwei corresponds to 0.000000001 Ether. If we observe this chart closely, we notice how in the last two years the situation regarding gas price on Ethereum has slightly adjusted. The strong expansion of the L2 chain has indeed helped the main layer to distribute the traffic over more blockspace, limiting queues and high fees. Especially from 2023 onwards, the growth of new second-layer networks has allowed for an overall increase in the scalability of the cryptographic ecosystem, while simultaneously consuming less gas. The settlement requests on Ethereum’s L1 grew exponentially in the middle of the second year, when the L2 trend reached incredible levels. According to the Coingecko ranking, there are currently 46 different L2 solutions, for a TVL of 40 billion dollars. A lot of attention for the Ethereum L2 sector is channeled towards those networks of the Zk-EVM type, which implement the so-called “zero-knowledge proofs”. Although this is actually a rather dated topic, it has only become popular in the blockchain space in recent years. Today, most of the L2 developed on Ethereum are rollup (optimistic or zk) that shift the burden of data processing off-chain by sending verification batches to the L1. Given the success of this cryptographic technology, Vitalik Buterin himself thought a few months ago to make Ethereum a Zk-EVM chain. In fact, with an update, it could make this “built-in” feature, allowing the integration of ZK-SNARKs computational proofs also at the execution level. This would make the main network much more scalable than it is at the moment, capable among other things of validating transactions with maximum focus on privacy.

Die Einführung der Ethereum-Blockchain im Juli 2015 revolutionierte die Landschaft digitaler Assets völlig, indem sie im Vergleich zu Bitcoin eine viel ausgefeiltere Schicht einführte. Im Laufe der Jahre hat Ethereum dank der Möglichkeit der Implementierung intelligenter Verträge Tausende von kryptografischen Protokollen unterstützt und so die Kryptobranche völlig erneuert. Allerdings hat diese L1-Kette neun Jahre nach ihrem Debüt auf dem Markt weiterhin mit ihrer größten Achillesferse zu kämpfen: der Skalierbarkeit. Obwohl Ethereum aufgrund seines EVM-Charakters eine hochgradig interoperable programmierbare Blockchain ist, weist es tatsächlich keinen hohen Durchsatz bei Transaktionen auf. Dies ist eine sehr hohe Grenze, da die Blockchain dadurch nicht in der Lage ist, eine große Menge an Datenverkehr zu unterstützen, und ihre Nutzungskosten unhaltbar werden. Insbesondere in Bullenmarktzyklen, in denen Kryptowährungen eine größere Aufmerksamkeit gewidmet wird, verlangt Ethereum oft enorme Gebühren für die Ausführung von Transaktionen. Wie wir im folgenden Etherscan-Diagramm sehen können, haben die Kosten für die Nutzung der Kette, die allgemein als „Gas“ bezeichnet wird, häufig Spitzenwerte von über 200 Gwei erreicht. Wir erinnern Sie daran, dass Gwei die Maßeinheit für die Gaskosten ist: 1 Gwei entspricht 0,000000001 Ether. Wenn wir diese Grafik genau beobachten, stellen wir fest, dass sich die Situation bezüglich der Gaspreise auf Ethereum in den letzten zwei Jahren leicht angepasst hat. Die starke Erweiterung der L2-Kette hat tatsächlich dazu beigetragen, dass die Hauptschicht den Datenverkehr auf mehr Blockraum verteilen konnte, wodurch Warteschlangen und hohe Gebühren begrenzt wurden. Insbesondere ab 2023 hat das Wachstum neuer Second-Layer-Netzwerke zu einer allgemeinen Steigerung der Skalierbarkeit des kryptografischen Ökosystems bei gleichzeitigem geringerem Gasverbrauch geführt. Mitte des zweiten Jahres wuchsen die Abwicklungsanfragen auf Ethereums L1 exponentiell, als der L2-Trend unglaubliche Ausmaße erreichte. Laut Coingecko-Ranking gibt es derzeit 46 verschiedene L2-Lösungen, für einen TVL von 40 Milliarden Dollar. Große Aufmerksamkeit für den Ethereum-L2-Sektor wird auf Netzwerke vom Typ Zk-EVM gelenkt, die sogenannte „Zero-Knowledge-Proofs“ implementieren. Obwohl es sich eigentlich um ein ziemlich veraltetes Thema handelt, ist es im Blockchain-Bereich erst in den letzten Jahren populär geworden. Heutzutage handelt es sich bei den meisten auf Ethereum entwickelten L2 um Rollup-Lösungen (optimistisch oder zk), die die Belastung der Datenverarbeitung durch das Senden von Verifizierungsstapeln an die L1 außerhalb der Kette verlagern. Angesichts des Erfolgs dieser kryptografischen Technologie dachte Vitalik Buterin selbst vor einigen Monaten darüber nach, Ethereum zu einer Zk-EVM-Kette zu machen. Tatsächlich könnte diese Funktion mit einem Update „eingebaut“ werden und die Integration der rechnerischen Beweise von ZK-SNARK auch auf der Ausführungsebene ermöglichen. Dies würde das Hauptnetzwerk viel skalierbarer machen, als es derzeit ist, und unter anderem in der Lage sein, Transaktionen mit maximalem Fokus auf den Datenschutz zu validieren.

? – Enshrined zk-EVMhttps://t.co/jKohatBnq6

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The idea of Vitalik, as brilliant and ambitious as it is, involves very complex structural changes. For example, a change to the rule being proposed would require the addition of a pre-state root and a post-state root to each block entering the consensus layer.

Die Idee von Vitalik, so brillant und ehrgeizig sie auch ist, bringt sehr komplexe strukturelle Veränderungen mit sich. Beispielsweise würde eine Änderung der vorgeschlagenen Regel das Hinzufügen einer Pre-State-Wurzel und einer Post-State-Wurzel zu jedem Block erfordern, der in die Konsensschicht eintritt.

This means that each block gets a special type of cryptographic proof that shows that the transactions in the block are valid and therefore correctly updates the state of the blockchain. 

Das bedeutet, dass jeder Block einen speziellen kryptografischen Beweis erhält, der zeigt, dass die Transaktionen im Block gültig sind und somit den Status der Blockchain korrekt aktualisiert.

Another solution would require the separation of different parts of the execution blocks, introducing the calculation via GPU to validate the ZK-SNARKS proofs.

Eine andere Lösung würde die Trennung verschiedener Teile der Ausführungsblöcke erfordern und die Berechnung über die GPU einführen, um die ZK-SNARKS-Beweise zu validieren.

This would make Ethereum a “hybrid” chain where the consensus remains on PoS and the execution of cryptographic proofs is powered by PoW.

Dies würde Ethereum zu einer „hybriden“ Kette machen, in der der Konsens über PoS bestehen bleibt und die Ausführung kryptografischer Beweise durch PoW erfolgt.

Overall, all these possible implementations require significant trade-offs to the Ethereum blockchain.

Insgesamt erfordern alle diese möglichen Implementierungen erhebliche Kompromisse bei der Ethereum-Blockchain.

At the moment, no decision has been made yet: the challenge of the coming years will be focused on making the chain more scalable, while keeping the code structure lean. For now, the presence of L2 solves a substantial part of the scalability of the Ethereum blockchain, making a ZK-EVM update on L1 not strictly necessary. The large quantity of second-layer networks seems to be sufficient at the moment to meet all the blockspace requests made by the community. That said, in the future it will be necessary to improve the level of throughput, but for now L2 seems like an excellent compromise to avoid complicating Ethereum’s code too much. The only problem that absolutely needs to be remedied concerns the fragmentation of liquidity on the various L2s, which often act as single agents. Many rollups operate in fact in isolation without interoperability, making it complex to transfer funds from one chain to another without going through the main layer. For example, the ZK Stack chains are interoperable only with other ZK Stack chains. Then, even within a single ecosystem, the technological implementations, wallet integrations, and user interfaces are still in a very early stage. Approximately 40 billion dollars, according to data from L2 Beat, are

Derzeit ist noch keine Entscheidung gefallen: Die Herausforderung der nächsten Jahre wird darin bestehen, die Kette skalierbarer zu machen und gleichzeitig die Codestruktur schlank zu halten. Derzeit löst das Vorhandensein von L2 einen wesentlichen Teil der Skalierbarkeit der Ethereum-Blockchain, sodass ein ZK-EVM-Update auf L1 nicht unbedingt erforderlich ist. Die große Menge an Second-Layer-Netzwerken scheint derzeit auszureichen, um alle Blockspace-Anfragen der Community zu erfüllen. Allerdings wird es in Zukunft notwendig sein, den Durchsatz zu verbessern, aber im Moment scheint L2 ein ausgezeichneter Kompromiss zu sein, um den Code von Ethereum nicht zu sehr zu komplizieren. Das einzige Problem, das unbedingt behoben werden muss, betrifft die Fragmentierung der Liquidität auf den verschiedenen L2s, die oft als Einzelvermittler agieren. Viele Rollups funktionieren tatsächlich isoliert und ohne Interoperabilität, was es komplex macht, Gelder von einer Kette zur anderen zu transferieren, ohne die Hauptschicht zu durchlaufen. Beispielsweise sind die ZK-Stack-Ketten nur mit anderen ZK-Stack-Ketten interoperabel. Selbst innerhalb eines einzelnen Ökosystems befinden sich die technologischen Implementierungen, Wallet-Integrationen und Benutzeroberflächen noch in einem sehr frühen Stadium. Rund 40 Milliarden Dollar sind es laut Daten von L2 Beat