Wat is de Serenity upgrade van Ethereum?
De Ethereum blockchain is volop in ontwikkeling. Serenity is de vierde en laatste fase van de Ethereum roadmap. Deze fase volgt op de Metropolis fase en vormt een belangrijk onderdeel van het fundament voor Ethereum 2.0, een decentraal gedistribueerd blockchain-ecosysteem, dat Ethereum meer dan 1000 keer schaalbaarder maakt. Het blockchainnetwerk wordt tijdens de Serenity fase niet alleen beter schaalbaar, maar ook de veiligheid zal tijdens die fase sterk verbeteren. Daarnaast zorgt de transitie van Proof of Work (PoW) naar Proof of Stake (PoS) voor een duurzamer en milieuvriendelijker platform, omdat PoS niet gepaard gaat met de enorme hoeveelheid energieverbruik zoals dat bij PoW wel het geval is.
De upgrades van de serenity fase
Ethereum’s Vitalik Buterin is erg enthousiast over de huidige ontwikkelingen binnen Ethereum. Proof of Stake betekent een radicaal andere aanpak voor het bereiken van consensus binnen Ethereum. De serenity fase bevat een aantal zeer belangrijke upgrades:
- Beacon Chain
- Casper
- Sharding
- eWASM
- Plasma
- Raiden
Wat is Beacon Chain?
De uitvoering van deze upgrades is een zeer complexe en tijdrovende klus. De afronding van de Serenity fase zal dan ook waarschijnlijk pas in 2021 worden afgerond. Een belangrijk element van Serenity zijn de ASIC’s (Application Specific Integrated Circuits), die ondersteuning bieden aan de zogenaamde Beacon Chain. Deze techniek is het eerste essentiële component van Ethereum 2.0 en vormt de ruggengraat van het nieuwe Ethereum blockchainnetwerk. Het is binnen Serenity als het ware de eerste essentiële stap om de schaalbaarheid te vergroten.
Wat is het Casper PoS protocol?
Casper is een andere belangrijke stap van de Serenity fase. Casper is een Proof of Stake algoritme, dat zorgt voor een ander consensus-mechanisme binnen de Ethereum blockchain. Hierdoor worden de blokken binnen het netwerk niet meer gevalideerd door miners, maar zijn het de zogenaamde “validators” die bepalen, welk blok als volgende aan het netwerk kan worden toegevoegd. Wanneer een specifiek blok wordt toegevoegd ontvangen de specifieke validators een specifieke beloning.
Wat is het Nothing at Stake probleem?
Echter is ook het Proof of Stake model niet ideaal en zijn er nog een flink aantal problemen die moeten worden getackeld. Een daarvan is bijvoorbeeld het zogenaamde “Nothing at Stake” probleem. Bij een dergelijke situatie kunnen deelnemers aan het validatieproces hun tegoeden inzetten op twee blockchains in plaats van op één blokketen, zonder dat dit nadelige gevolgen voor hen heeft. Wat er ook gebeurt, een deelnemer zal in zo’n situatie altijd winnen, ongeacht hoe malafide de uitgevoerde acties ook zijn. Casper moet een oplossing aandragen voor dit Nothing at Stake probleem.
Wat is Sharding?
Sharding is een zeer complexe techniek die moet gaan bijdragen aan de schaalbaarheid van Ethereum. Een van de belangrijkste elementen hierbij is het zogenaamde horizontaal schalen, waarbij verschillende transacties op hetzelfde moment kunnen worden verwerkt en worden geverifieerd. Op dit moment moet iedere node binnen de Ethereum blockchain alle transacties die binnen het netwerk worden uitgevoerd verifiëren. Die situatie zorgt voor een veilig en solide netwerk, maar het zorgt er tevens voor dat de blockchain eigenlijk te langzaam functioneert. En dat is niet erg bevorderlijk voor de schaalbaarheid.
Versplintering van data
De sharding upgrade verbetert de schaalbaarheid, zorgt voor meer decentralisatie en maakt de blokketen veiliger. Bij Sharding wordt de blockchain als het ware in allerlei kleine stukjes gehakt (de zogenaamde “shards”) Deze shards bevatten ieder hun eigen onafhankelijke deel van de transactiegeschiedenis. De nodes voeren daarbij alleen de processen uit voor bepaalde specifieke shards. Hierdoor kan er uiteindelijk een hogere “troughput” van alle transacties worden bereikt, dan nu het geval is.
Wat is eWASM?
Processen binnen de Ethereum blockchain worden op dit moment (februari 2019) nog uitgevoerd door middel van de Ethereum Virtual Machine (EVM). Het is de bedoeling dat de EVM uiteindelijk wordt vervangen door eWASM, om de blockchain veiliger en sterker te maken. De Ethereum Virtual Machine is verantwoordelijk voor de uitvoering van ETH, de virtuele valuta van Ethereum. Daarnaast zorgt de EVM voor de juiste uitvoering van decentrale applicaties (dapps), Decentrale Autonome Organisaties (DAO’s) en cryptocurrency-tokens. De bytecode van de Ethereum Virtual Machine is een 256-bit tekenreeks van informatie en wordt gebruikt voor iedere handeling die binnen de blockchain plaatsvindt. Het is noodzakelijk dat de bytcode wordt herschreven vanwege een aantal serieuze problemen binnen het netwerk.
Solidity
De Ethereum Virtual Machine is minder goed geschikt voor de Ethereum blockchain, dan waarop de ontwikkelaars van het platform hadden gehoopt. Daarom wordt er nu gewerkt aan eWASM, een virtuele machine die zo is ontworpen dat het meerdere programmeertalen kan ondersteunen, waaronder de programmeertaal Solidity. Naast Beacon Chain en Sharding zal dus ook eWASM zijn bijdrage leveren aan een betere schaalbaarheid en interoperabiliteit van de Ethereum blockchain. De bytecode van eWASM is ingebouwd in een WWW-standaard, waardoor deze wordt ondersteund door alle webbrowsers.
Wat is Plasma?
Ook Plasma is een belangrijke stap van de Serenity fase en is als het ware een extra laag bovenop de bestaande Ethereum blockchain, zonder dat die laag de regels van het netwerk verandert. Deze extra laag wordt gevormd door een combinatie van smart contracts en cryptografische verificatie. De Plasma upgrade moet bijdragen aan het versterken van de Ethereum blockchain. Plasma is een digitale infrastructuur die bijdraagt aan de schaalbaarheid van Ethereum, omdat het mogelijk wordt om veel meer data te verwerken dan momenteel mogelijk is.
Hoofdnetwerk met verschillende blockchain-aftakkingen
Door de integratie van Plasma kan er een heleboel onnodige data die binnen de root chain wordt opgeslagen, uit de root chain worden verwijderd. De uitvoering van de smart contracts verloopt in principe hetzelfde, maar alleen volledige transacties worden gepubliceerd aan het hoofdnetwerk van Ethereum. Hierdoor kan er een hoop rekenkracht en geheugen worden bespaard door de deelnemers aan de Ethereum blockchain. De communicatie met andere deelnemers en transacties verloopt daardoor sneller en goedkoper. Met Plasma ontstaat er een digitale infrastructuur van de Ethereum hoofdblockchain en verschillende blockchain-aftakkingen (child chains) die zelfstandig kunnen functioneren.
Wat is Raiden?
Raiden is een “off-chain” schaalbaarheidsoplossing voor ERC-20 tokens. Net zoals de hiervoor genoemde upgrades is ook Raiden een upgrade die sterk moet gaan bijdragen aan de schaalbaarheid van Ethereum. De geavanceerde onderliggende digitale architectuur achter Raiden is erg complex, maar door middel van API’s worden blockchainontwikkelaars in staat gesteld, om relatief eenvoudig schaalbare decentrale applicaties te ontwikkelen bovenop de Ethereum blockchain. De integratie van Raiden moet bijdragen aan snellere transacties, meer privacy en lagere transactiekosten.
Globale consensus niet meer noodzakelijk
Ook zorgt Raiden ervoor dat globale consensus binnen de Ethereum blokketen niet altijd meer noodzakelijk is, voor het uitvoeren van transacties. Dat wil zeggen dat er bij iedere transactie niet altijd meer door alle deelnemers binnen het netwerk overeenstemming moet worden bereikt. Consensus tussen de bij de transactie betrokken deelnemers is in dat geval voldoende. De transactie wordt alleen op het hoofdnetwerk van Ethereum gepubliceerd tijdens de eindafrekening.
Opslag van ERC-20 tokens buiten het hoofdnetwerk van Ethereum
Om tegoeden op te slaan op het Raiden netwerk, moeten deelnemers de ERC-20 tokens, zoals ETH opslaan buiten de Ethereum blockchain. Hierbij wordt gebruikgemaakt van een speciaal smart contract dat beschikt over een API, waarmee ontwikkelaars deze functie relatief eenvoudig binnen hun dapps kunnen integreren. Terwijl de tegoeden zijn opgeslagen op het Raiden-netwerk kunnen gebruikers meerdere transacties uitvoeren tussen verschillende partijen, zonder de capaciteit van het hoofdnetwerk van Ethereum te belasten. Wanneer deelnemers besluiten om hun tegoeden van het Raiden-netwerk te verplaatsen naar het hoofdnetwerk van Ethereum, dan maken ze wederom gebruik van een smart contract.
De wereldcomputer krijgt vorm
Ethereum profileert zich als een wereldcomputer en de upgrades tijdens de Serenity fase moeten sterk gaan bijdragen aan de algehele capaciteit. Of Beacon Chain, Casper, Sharding, eWASM, Plasma en Raiden daaraan bijdragen, zullen we nog even moeten afwachten. Ook is nog niet precies duidelijk hoe de transitie van Proof of Work naar Proof of Stake voor Ethereum zal gaan uitpakken. Volgens Ethereum’s Vitalik Buterin maakt serenity de weg vrij voor mainstream adoptie van het Ethereum blockhainnetwerk. Wij blijven de ontwikkelingen in ieder geval met veel interesse volgen!
Bronnen:
www.etherworld.co: High level understanding of Serenity – The Vision of Ethereum 2.0.
Ethereum blog: Proof of Stake: How I Learned to Love Weak Subjectivity, Vitalik Buterin
Op de hoogte blijven van de ontwikkelingen op het gebied van blockchaintechnologie? Meld je dan nu aan voor de blogpost!