Эфириум: Платформа смарт-контрактов и децентрализованных приложений нового поколения
Abstract
Ethereum ist eine Kryptowaehrungs- und dezentrale Anwendungsplattform der naechsten Generation, die eine Blockchain mit einer integrierten Turing-vollstaendigen Programmiersprache einfuehrt. Dies ermoeglicht es jedem, Smart Contracts und dezentrale Anwendungen zu schreiben, in denen sie ihre eigenen beliebigen Regeln fuer Eigentum, Transaktionsformate und Zustandsuebergangsfunktionen erstellen koennen.
Die grundlegende Innovation von Ethereum besteht darin, die von Bitcoin pionierhaft entwickelte Blockchain-Technologie mit einer universellen Programmierumgebung zu kombinieren. Waehrend Bitcoin ein einfaches Zustandsuebergangssystem zum Verschieben von Waehrung von einem Konto zu einem anderen bereitstellt, bietet Ethereum eine Plattform, auf der Entwickler jede Art von dezentraler Anwendung bauen koennen, die sie sich vorstellen koennen, von alternativen Waehrungen und Finanzinstrumenten bis hin zu Domain-Registrierungssystemen und dezentralen Organisationen.
Ethereum erreicht dies, indem es im Wesentlichen die ultimative abstrakte Grundschicht aufbaut: eine Blockchain mit einer integrierten Turing-vollstaendigen Programmiersprache, die es jedem ermoeglicht, Smart Contracts und dezentrale Anwendungen zu schreiben, in denen sie ihre eigenen beliebigen Regeln fuer Eigentum, Transaktionsformate und Zustandsuebergangsfunktionen erstellen koennen. Eine minimale Version von Namecoin kann in zwei Zeilen Code geschrieben werden, und andere Protokolle wie Waehrungen und Reputationssysteme koennen in weniger als zwanzig erstellt werden.
Abstract
Ethereum — это платформа криптовалюты и децентрализованных приложений следующего поколения, которая представляет блокчейн со встроенным Тьюринг-полным языком программирования. Это позволяет любому писать смарт-контракты и децентрализованные приложения, в которых можно создавать собственные произвольные правила владения, форматы транзакций и функции перехода состояний.
Фундаментальная инновация Ethereum заключается в сочетании блокчейн-технологии, впервые разработанной Bitcoin, с универсальной средой программирования. В то время как Bitcoin предоставляет простую систему перехода состояний для перемещения валюты с одного счёта на другой, Ethereum предоставляет платформу, на которой разработчики могут создавать любые децентрализованные приложения, какие только могут себе представить, от альтернативных валют и финансовых инструментов до систем регистрации доменных имён и децентрализованных организаций.
Ethereum достигает этого, создавая по сути окончательный абстрактный фундаментальный слой: блокчейн со встроенным Тьюринг-полным языком программирования, позволяющим любому писать смарт-контракты и децентрализованные приложения, в которых можно создавать собственные произвольные правила владения, форматы транзакций и функции перехода состояний. Минимальная версия Namecoin может быть написана в двух строках кода, а другие протоколы, такие как валюты и системы репутации, могут быть построены менее чем в двадцати.
Introduction and Existing Concepts
Das Konzept der dezentralen digitalen Waehrung sowie alternative Anwendungen wie Eigentumsregister existieren seit Jahrzehnten. Die anonymen E-Cash-Protokolle der 1980er und 1990er Jahre, die hauptsaechlich auf einem kryptographischen Primitiv namens Chaumian Blinding beruhten, boten eine Waehrung mit einem hohen Mass an Privatsphaere, doch die Protokolle konnten sich wegen ihrer Abhaengigkeit von einem zentralisierten Vermittler weitgehend nicht durchsetzen. 1998 wurde Wei Dais b-money zum ersten Vorschlag, der die Idee einfuehrte, Geld durch das Loesen von Rechenaufgaben sowie durch dezentralen Konsens zu schaffen, aber der Vorschlag enthielt nur wenige Details darueber, wie dezentraler Konsens tatsaechlich umgesetzt werden koennte.
Im Jahr 2009 wurde eine dezentrale Waehrung erstmals in der Praxis von Satoshi Nakamoto implementiert, indem etablierte Primitive fuer die Verwaltung von Eigentum durch Public-Key-Kryptographie mit einem Konsensalgorithmus zur Verfolgung des Coin-Besitzes kombiniert wurden, bekannt als "Proof of Work". Der Mechanismus hinter Proof of Work war ein Durchbruch in diesem Bereich, da er gleichzeitig zwei Probleme loeste. Erstens bot er einen einfachen und maessig effektiven Konsensalgorithmus, der es den Knoten im Netzwerk ermoeglichte, sich kollektiv auf eine Reihe kanonischer Aktualisierungen des Zustands des Bitcoin-Hauptbuchs zu einigen. Zweitens bot er einen Mechanismus fuer den freien Eintritt in den Konsensprozess, der das politische Problem loeiste, wer den Konsens beeinflussen darf, waehrend gleichzeitig Sybil-Angriffe verhindert wurden.
Die Bitcoin-Blockchain hat sich ueber ihre Betriebsjahre hinweg als bemerkenswert robust erwiesen, ist aber inhaerent begrenzt. Bitcoins Skriptsprache ist absichtlich so konzipiert, dass sie restriktiv und nicht-Turing-vollstaendig ist, ohne Schleifen und viele andere Funktionen, die fuer den Aufbau komplexerer Anwendungen erforderlich waeren. Diese Einschraenkung existiert, um Endlosschleifen und andere Formen von Rechenangriffen zu verhindern, schraenkt aber stark ein, was auf Bitcoin aufgebaut werden kann.
In den letzten fuenf Jahren gab es eine Reihe von Versuchen, die Funktionalitaet von Bitcoin zu erweitern. Colored Coins versuchten, die Bitcoin-Blockchain zur Verfolgung des Eigentums an alternativen Vermoegenswerten zu nutzen, Namecoin versuchte, eine dezentrale Namensregistrierungsdatenbank zu schaffen, und verschiedene Metacoin-Protokolle zielten darauf ab, zusaetzliche Schichten auf Bitcoin aufzubauen. Obwohl diese Ansaetze vielversprechend waren, waren sie letztlich durch die Skriptfaehigkeiten von Bitcoin und die Unfaehigkeit, auf Blockchain-Daten aus Skripten heraus zuzugreifen, begrenzt.
Was Ethereum bereitstellen will, ist eine Blockchain mit einer integrierten vollwertigen Turing-vollstaendigen Programmiersprache, die verwendet werden kann, um "Vertraege" zu erstellen, die beliebige Zustandsuebergangsfunktionen kodieren koennen, so dass Benutzer jedes der oben beschriebenen Systeme sowie viele andere, die wir uns noch nicht vorgestellt haben, erstellen koennen, indem sie die Logik einfach in wenigen Zeilen Code schreiben.
Introduction and Existing Concepts
Концепция децентрализованной цифровой валюты, а также альтернативных приложений, таких как реестры собственности, существует уже несколько десятилетий. Анонимные протоколы электронных денег 1980-х и 1990-х годов, в основном основанные на криптографическом примитиве, известном как слепая подпись Чаума, обеспечивали валюту с высокой степенью конфиденциальности, но эти протоколы в значительной степени не смогли получить распространение из-за их зависимости от централизованного посредника. В 1998 году b-money Вэй Дая стал первым предложением, представившим идею создания денег путём решения вычислительных задач, а также децентрализованного консенсуса, однако предложение содержало мало деталей о том, как децентрализованный консенсус может быть реально реализован.
В 2009 году децентрализованная валюта была впервые реализована на практике Сатоши Накамото, объединившим устоявшиеся примитивы управления собственностью через криптографию с открытым ключом с алгоритмом консенсуса для отслеживания владения монетами, известным как «доказательство работы» (proof of work). Механизм, лежащий в основе доказательства работы, стал прорывом в этой области, поскольку он одновременно решал две проблемы. Во-первых, он предоставил простой и умеренно эффективный алгоритм консенсуса, позволяющий узлам сети коллективно согласовывать набор канонических обновлений состояния реестра Bitcoin. Во-вторых, он предоставил механизм свободного входа в процесс консенсуса, решая политическую проблему определения того, кто может влиять на консенсус, одновременно предотвращая атаки Сибила.
Блокчейн Bitcoin доказал свою замечательную устойчивость за годы работы, но он по своей природе ограничен. Скриптовый язык Bitcoin намеренно разработан как ограничительный и не-Тьюринг-полный, лишённый циклов и многих других возможностей, которые были бы необходимы для создания более сложных приложений. Это ограничение существует для предотвращения бесконечных циклов и других форм вычислительных атак, но оно серьёзно ограничивает то, что может быть построено поверх Bitcoin.
За последние пять лет было предпринято множество попыток расширить функциональность Bitcoin. Colored coins стремились использовать блокчейн Bitcoin для отслеживания владения альтернативными активами, Namecoin пытался создать децентрализованную базу данных регистрации имён, а различные протоколы metacoin были направлены на создание дополнительных слоёв поверх Bitcoin. Хотя эти подходы показали перспективность, они были в конечном счёте ограничены скриптовыми возможностями Bitcoin и невозможностью доступа к данным блокчейна из скриптов.
То, что Ethereum намеревается предоставить — это блокчейн со встроенным полноценным Тьюринг-полным языком программирования, который может использоваться для создания «контрактов», способных кодировать произвольные функции перехода состояний, позволяя пользователям создавать любую из описанных выше систем, а также многие другие, которые мы ещё не представили, просто записывая логику в нескольких строках кода.
Bitcoin As A State Transition System
Aus technischer Sicht kann das Hauptbuch einer Kryptowaehrung wie Bitcoin als Zustandsuebergangssystem betrachtet werden, bei dem es einen "Zustand" gibt, der aus dem Eigentumsstatus aller existierenden Bitcoins besteht, und eine "Zustandsuebergangsfunktion", die einen Zustand und eine Transaktion nimmt und einen neuen Zustand als Ergebnis ausgibt. In einem Standard-Bankensystem ist beispielsweise der Zustand eine Bilanz, eine Transaktion ist eine Anforderung, \(X von A nach B zu verschieben, und die Zustandsuebergangsfunktion reduziert den Wert in As Konto um \)X und erhoeht den Wert in Bs Konto um \(X. Wenn As Konto von vornherein weniger als \)X hat, gibt die Zustandsuebergangsfunktion einen Fehler zurueck.
Der "Zustand" in Bitcoin ist die Sammlung aller Coins (technisch "nicht ausgegebene Transaktionsausgaben" oder UTXO), die gepraegt und noch nicht ausgegeben wurden, wobei jedes UTXO eine Denomination und einen Eigentuemer hat (definiert durch eine 20-Byte-Adresse, die im Wesentlichen ein kryptographischer oeffentlicher Schluessel ist). Eine Transaktion enthaelt eine oder mehrere Eingaben, wobei jede Eingabe eine Referenz auf ein existierendes UTXO und eine kryptographische Signatur enthaelt, die durch den mit der Adresse des Eigentuemers verknuepften privaten Schluessel erzeugt wurde, und eine oder mehrere Ausgaben, wobei jede Ausgabe ein neues UTXO enthaelt, das dem Zustand hinzugefuegt werden soll.
Die Zustandsuebergangsfunktion APPLY(S,TX) - S' kann ungefaehr wie folgt definiert werden:
- Fuer jede Eingabe in TX: Wenn das referenzierte UTXO nicht in S enthalten ist, Fehler zurueckgeben.
- Wenn die bereitgestellte Signatur nicht mit dem Eigentuemer des UTXO uebereinstimmt, Fehler zurueckgeben.
- Wenn die Summe der Denominationen aller Eingabe-UTXO kleiner ist als die Summe der Denominationen aller Ausgabe-UTXO, Fehler zurueckgeben.
- S zurueckgeben, wobei alle Eingabe-UTXO entfernt und alle Ausgabe-UTXO hinzugefuegt werden.
Die erste Haelfte des ersten Schritts verhindert, dass Transaktionssender Coins ausgeben, die nicht existieren, die zweite Haelfte des ersten Schritts verhindert, dass Transaktionssender die Coins anderer Leute ausgeben, und der zweite Schritt erzwingt die Werterhaltung. Um dies fuer eine Zahlung zu verwenden, ist das Protokoll wie folgt: Angenommen, Alice moechte 11,7 BTC an Bob senden. Zunaechst sucht Alice nach einem Satz verfuegbarer UTXO, die sie besitzt und die insgesamt mindestens 11,7 BTC ergeben. Realistischerweise wird Alice nicht genau 11,7 BTC bekommen koennen; sagen wir, das Kleinste, was sie bekommen kann, ist 6+4+2=12. Sie erstellt dann eine Transaktion mit diesen drei Eingaben und zwei Ausgaben. Die erste Ausgabe wird 11,7 BTC mit Bobs Adresse als Eigentuemer sein, und die zweite Ausgabe wird das verbleibende Wechselgeld von 0,3 BTC sein, dessen Eigentuemer Alice selbst ist.
Bitcoin As A State Transition System
С технической точки зрения реестр криптовалюты, такой как Bitcoin, можно рассматривать как систему перехода состояний, где есть «состояние», состоящее из статуса владения всеми существующими биткойнами, и «функция перехода состояний», которая принимает состояние и транзакцию и выдаёт новое состояние как результат. В стандартной банковской системе, например, состояние — это балансовый отчёт, транзакция — это запрос на перевод \(X от A к B, и функция перехода состояний уменьшает значение на счёте A на \)X и увеличивает значение на счёте B на \(X. Если на счёте A изначально менее \)X, функция перехода состояний возвращает ошибку.
«Состояние» в Bitcoin — это совокупность всех монет (технически, «неизрасходованных выходов транзакций» или UTXO), которые были выпущены и ещё не потрачены, при этом каждый UTXO имеет номинал и владельца (определяемого 20-байтовым адресом, который по сути является криптографическим открытым ключом). Транзакция содержит один или более входов, где каждый вход содержит ссылку на существующий UTXO и криптографическую подпись, созданную закрытым ключом, связанным с адресом владельца, и один или более выходов, где каждый выход содержит новый UTXO, который будет добавлен в состояние.
Функция перехода состояний APPLY(S,TX) - S' может быть приблизительно определена следующим образом:
- Для каждого входа в TX, если указанный UTXO отсутствует в S, вернуть ошибку.
- Если предоставленная подпись не соответствует владельцу UTXO, вернуть ошибку.
- Если сумма номиналов всех входных UTXO меньше суммы номиналов всех выходных UTXO, вернуть ошибку.
- Вернуть S со всеми входными UTXO удалёнными и всеми выходными UTXO добавленными.
Первая половина первого шага предотвращает трату монет, которые не существуют, вторая половина первого шага предотвращает трату чужих монет, а второй шаг обеспечивает сохранение стоимости. Чтобы использовать это для платежа, протокол следующий: предположим, Алиса хочет отправить 11,7 BTC Бобу. Сначала Алиса ищет набор доступных UTXO, которыми она владеет, в сумме составляющих не менее 11,7 BTC. Реалистично, Алиса не сможет получить ровно 11,7 BTC; допустим, наименьшее, что она может получить — это 6+4+2=12. Затем она создаёт транзакцию с тремя входами и двумя выходами. Первый выход составит 11,7 BTC с адресом Боба в качестве владельца, а второй выход будет оставшейся «сдачей» в 0,3 BTC, владельцем которой является сама Алиса.
Mining
Haetten wir Zugang zu einem vertrauenswuerdigen zentralisierten Dienst, waere dieses System trivial zu implementieren; es koennte einfach genau wie beschrieben programmiert werden, wobei die Festplatte eines zentralen Servers verwendet wuerde, um den Zustand zu verfolgen. Mit Bitcoin versuchen wir jedoch, ein dezentrales Waehrungssystem aufzubauen, daher muessen wir das Zustandstransaktionssystem mit einem Konsenssystem kombinieren, um sicherzustellen, dass alle sich ueber die Reihenfolge der Transaktionen einig sind. Bitcoins dezentraler Konsensprozess erfordert, dass Knoten im Netzwerk kontinuierlich versuchen, Pakete von Transaktionen zu erstellen, die "Bloecke" genannt werden. Das Netzwerk soll ungefaehr alle zehn Minuten einen Block produzieren, wobei jeder Block einen Zeitstempel, einen Nonce, eine Referenz auf den (d.h. den Hash des) vorherigen Block und eine Liste aller Transaktionen enthaelt, die seit dem vorherigen Block stattgefunden haben.
Im Laufe der Zeit entsteht dadurch eine bestaendige, staendig wachsende "Blockchain", die sich kontinuierlich aktualisiert, um den neuesten Zustand des Bitcoin-Hauptbuchs darzustellen. Der Algorithmus zur Ueberpruefung, ob ein Block gueltig ist, ausdrueckt in diesem Paradigma, lautet wie folgt:
- Pruefen, ob der vom Block referenzierte vorherige Block existiert und gueltig ist.
- Pruefen, dass der Zeitstempel des Blocks groesser ist als der des vorherigen Blocks und weniger als 2 Stunden in der Zukunft liegt.
- Pruefen, dass der Proof of Work des Blocks gueltig ist.
- Sei S der Zustand am Ende des vorherigen Blocks.
- Angenommen, TX ist die Transaktionsliste des Blocks mit n Transaktionen. Fuer alle i in 0...n-1, setze S = APPLY(S,TX[i]). Wenn eine Anwendung einen Fehler zurueckgibt, beenden und falsch zurueckgeben.
- Wahr zurueckgeben und S als Zustand am Ende dieses Blocks registrieren.
Im Wesentlichen muss jede Transaktion im Block einen gueltigen Zustandsuebergang vom kanonischen Zustand vor der Ausfuehrung der Transaktion zu einem neuen Zustand liefern. Beachten Sie, dass der Zustand in keiner Weise im Block kodiert ist; er ist rein eine Abstraktion, die vom validierenden Knoten gespeichert wird und nur (sicher) fuer jeden Block berechnet werden kann, indem man vom Genesis-Zustand ausgeht und sequenziell jede Transaktion in jedem Block anwendet.
Der Miner wird fuer seine Rechenarbeit mit neu erzeugten Bitcoins plus Transaktionsgebuehren belohnt. Der Mining-Prozess funktioniert wie folgt: Miner nehmen den Block-Header und hashen ihn wiederholt mit verschiedenen Nonce-Werten, bis sie einen Hash finden, der unter einem bestimmten Schwierigkeitsziel liegt. Wenn ein Miner einen solchen Hash findet, verbreitet er den Block im Netzwerk, und andere Knoten verifizieren, dass der Hash gueltig ist und dass alle Transaktionen im Block gueltig sind. Das Schwierigkeitsziel wird automatisch vom Protokoll alle 2016 Bloecke (ungefaehr zwei Wochen) angepasst, um sicherzustellen, dass Bloecke mit einer ungefaehr konstanten Rate produziert werden.
Beachten Sie, dass langfristig die Sicherheit der Blockchain davon abhaengt, dass Miner einen finanziellen Anreiz haben, sich ehrlich zu verhalten. Wenn ein Angreifer mehr als 50% der Mining-Leistung des Netzwerks kontrolliert, kann er potenziell einen "51%-Angriff" ausfuehren, indem er eine alternative Blockchain erstellt, die schneller waechst als die ehrliche Kette. Ein solcher Angriff wuerde jedoch enorme Rechenressourcen erfordern und wuerde wahrscheinlich dazu fuehren, dass die Mining-Belohnungen des Angreifers wertlos werden, da das Netzwerk das Vertrauen in die Integritaet der Blockchain verlieren wuerde.
Mining
Если бы у нас был доступ к надёжному централизованному сервису, эту систему было бы тривиально реализовать; её можно было бы просто запрограммировать точно так, как описано, используя жёсткий диск централизованного сервера для отслеживания состояния. Однако с Bitcoin мы пытаемся построить децентрализованную валютную систему, поэтому нам нужно будет объединить систему транзакций состояния с системой консенсуса, чтобы обеспечить согласие всех относительно порядка транзакций. Децентрализованный процесс консенсуса Bitcoin требует, чтобы узлы в сети непрерывно пытались создавать пакеты транзакций, называемые «блоками». Сеть предназначена для производства примерно одного блока каждые десять минут, при этом каждый блок содержит метку времени, nonce, ссылку на (т.е. хеш) предыдущий блок и список всех транзакций, произошедших с момента предыдущего блока.
Со временем это создаёт постоянную, непрерывно растущую «блокчейн», которая постоянно обновляется, чтобы отражать последнее состояние реестра Bitcoin. Алгоритм проверки валидности блока, выраженный в этой парадигме, выглядит следующим образом:
- Проверить, существует ли предыдущий блок, на который ссылается блок, и является ли он валидным.
- Проверить, что метка времени блока больше метки времени предыдущего блока и менее чем на 2 часа опережает текущее время.
- Проверить, что доказательство работы блока валидно.
- Пусть S — состояние в конце предыдущего блока.
- Предположим, TX — это список транзакций блока с n транзакциями. Для всех i в 0...n-1 установить S = APPLY(S,TX[i]). Если какое-либо применение возвращает ошибку, выйти и вернуть ложь.
- Вернуть истину и зарегистрировать S как состояние в конце этого блока.
По сути, каждая транзакция в блоке должна обеспечивать валидный переход состояния от того, что было каноническим состоянием до выполнения транзакции, к некоторому новому состоянию. Обратите внимание, что состояние никак не закодировано в блоке; это чисто абстракция, которую должен помнить проверяющий узел, и которая может быть (безопасно) вычислена для любого блока только начиная с генезис-состояния и последовательно применяя каждую транзакцию в каждом блоке.
Майнер вознаграждается за свою вычислительную работу вновь созданными биткойнами плюс комиссиями за транзакции. Процесс майнинга работает следующим образом: майнеры берут заголовок блока и многократно хешируют его с различными значениями nonce, пока не найдут хеш, который ниже определённого целевого значения сложности. Когда майнер находит такой хеш, он транслирует блок в сеть, и другие узлы проверяют, что хеш валиден и что все транзакции в блоке валидны. Целевое значение сложности автоматически корректируется протоколом каждые 2016 блоков (приблизительно две недели), чтобы обеспечить производство блоков с примерно постоянной скоростью.
Обратите внимание, что в долгосрочной перспективе безопасность блокчейна зависит от того, имеют ли майнеры финансовый стимул вести себя честно. Если злоумышленник контролирует более 50% вычислительной мощности сети, он потенциально может выполнить «атаку 51%», создав альтернативный блокчейн, который растёт быстрее, чем честная цепочка. Однако такая атака потребовала бы огромных вычислительных ресурсов и, вероятно, привела бы к тому, что вознаграждения за майнинг атакующего стали бы бесполезными, поскольку сеть потеряла бы доверие к целостности блокчейна.
Merkle Trees
Merkle-Baeume sind eine fundamentale Datenstruktur, die in Bitcoin-Bloecken verwendet wird, um eine effiziente und sichere Verifizierung der Transaktionsinklusion zu ermoeglichen. Ein Merkle-Baum ist ein binaerer Baum von Hashes, bei dem die Blattknoten Hashes einzelner Transaktionen enthalten und jeder innere Knoten den Hash seiner beiden Kinder enthaelt, wobei rekursiv bis zu einem einzigen Wurzel-Hash aufgebaut wird, der im Block-Header gespeichert ist. Diese hierarchische Struktur ermoeglicht es jedem zu verifizieren, dass eine bestimmte Transaktion in einem Block enthalten ist, indem nur der Merkle-Zweig heruntergeladen wird — die Kette von Hashes von der Transaktion bis zur Wurzel — anstatt alle Transaktionen im Block herunterzuladen.
Die Effizienzgewinne sind erheblich: Waehrend ein vollstaendiger Bitcoin-Knoten die gesamte Blockchain speichern muss (etwa 15 GB Stand 2013), muss ein Knoten fuer vereinfachte Zahlungsverifizierung (SPV) nur Block-Header mit Merkle-Wurzeln herunterladen, was lediglich 4 MB Daten erfordert. Um eine Transaktion zu verifizieren, fordert ein SPV-Knoten den Merkle-Zweig von vollstaendigen Knoten an, was nur O(log n) Daten erfordert, wobei n die Anzahl der Transaktionen in einem Block ist. Diese logarithmische Skalierung macht es moeglich, leichtgewichtige Clients auf mobilen Geraeten und in ressourcenarmen Umgebungen auszufuehren.
Bitcoins Verwendung von Merkle-Baeumen demonstriert ein Schluesselprinzip: Kryptographische Strukturen koennen die Vertrauens- und Ressourcenanforderungen fuer die Teilnahme an einem dezentralen Netzwerk drastisch reduzieren. Dasselbe Prinzip liegt dem Design von Ethereum zugrunde, wo Merkle-Baeume nicht nur fuer Transaktionen, sondern auch fuer Zustands- und Quittungsspeicherung verwendet werden, was noch ausgefeiltere Light-Client-Protokolle ermoeglicht.
Merkle Trees
Деревья Меркла являются фундаментальной структурой данных, используемой в блоках Bitcoin для обеспечения эффективной и безопасной верификации включения транзакций. Дерево Меркла представляет собой бинарное дерево хешей, где листовые узлы содержат хеши отдельных транзакций, а каждый внутренний узел содержит хеш своих двух потомков, рекурсивно формируя единственный корневой хеш, который хранится в заголовке блока. Эта иерархическая структура позволяет любому проверить, что конкретная транзакция включена в блок, загрузив лишь ветвь Меркла — цепочку хешей от транзакции до корня — вместо загрузки всех транзакций в блоке.
Выигрыш в эффективности существенен: в то время как полный узел Bitcoin должен хранить всю цепочку блоков (приблизительно 15 ГБ по состоянию на 2013 год), узел упрощённой верификации платежей (SPV) должен загрузить только заголовки блоков, содержащие корни Меркла, что требует всего 4 МБ данных. Для верификации транзакции узел SPV запрашивает ветвь Меркла у полных узлов, что требует лишь O(log n) данных, где n — количество транзакций в блоке. Такое логарифмическое масштабирование делает возможным запуск лёгких клиентов на мобильных устройствах и в средах с ограниченными ресурсами.
Использование деревьев Меркла в Bitcoin демонстрирует ключевой принцип: криптографические структуры могут значительно снизить требования к доверию и ресурсам для участия в децентрализованной сети. Этот же принцип лежит в основе архитектуры Ethereum, где деревья Меркла используются не только для транзакций, но и для хранения состояния и квитанций, что позволяет создавать ещё более сложные протоколы для лёгких клиентов.
Alternative Blockchain Applications
Der Erfolg von Bitcoins Blockchain inspirierte zahlreiche Versuche, das Konzept ueber einfache Waehrung hinaus zu erweitern. Namecoin, gestartet 2010, war eines der fruehesten Beispiele — eine dezentrale Namensregistrierungsdatenbank, die auf einer Blockchain aufgebaut ist und es Benutzern ermoeglicht, Namen in einem verteilten Namensraum zu registrieren, den keine zentrale Behoerde zensieren oder widerrufen konnte. Colored Coins entstanden als Moeglichkeit, alternative Vermoegenswerte auf der Bitcoin-Blockchain darzustellen, indem bestimmte Transaktionsausgaben "markiert" wurden, um Eigentum an realen Vermoegenswerten, Unternehmensanteilen oder anderen Kryptowaehrungen zu repraesentieren. Metacoins und Meta-Protokolle wie Mastercoin (spaeter Omni) fueegten zusaetzliche Funktionalitaet ueber Bitcoin hinzu, indem sie zusaetzliche Daten in Bitcoin-Transaktionen kodierten und separate Protokollregeln darauf aufbauten.
Allerdings litten all diese Ansaetze unter fundamentalen Einschraenkungen, die durch Bitcoins Architektur auferlegt wurden. Die Bitcoin-Skriptsprache ist absichtlich eingeschraenkt — sie kann nicht auf den Blockchain-Zustand zugreifen, es fehlen Schleifen und komplexe Kontrollflussstrukturen, und sie bietet begrenzte Introspektion in Transaktionswerte. Der Aufbau anspruchsvoller Anwendungen erforderte unbeholfene Umgehungsloesungen: Kodierung von Metadaten in Transaktionsfeldern, die nie dafuer vorgesehen waren, Abhaengigkeit von Off-Chain-Infrastruktur fuer komplexe Logik oder Akzeptanz schwerwiegender Einschraenkungen dessen, was das Protokoll erreichen konnte.
Diese Einschraenkungen motivierten die Suche nach einer allgemeineren Blockchain-Plattform. Anstatt ein weiteres Spezialprotokoll auf Bitcoins begrenztem Fundament aufzubauen, verfolgt Ethereum einen anderen Ansatz: die Bereitstellung einer Blockchain mit einer integrierten Turing-vollstaendigen Programmiersprache, die es jedem ermoeglicht, Smart Contracts und dezentrale Anwendungen mit beliebigen Regeln fuer Eigentum, Transaktionsformate und Zustandsuebergangsfunktionen zu schreiben.
Alternative Blockchain Applications
Успех блокчейна Bitcoin вдохновил многочисленные попытки расширить эту концепцию за пределы простой валюты. Namecoin, запущенный в 2010 году, был одним из первых примеров — децентрализованная база данных регистрации имён, построенная на блокчейне, позволяющая пользователям регистрировать имена в распределённом пространстве имён, которое ни одна центральная власть не могла цензурировать или отозвать. Colored coins появились как способ представления альтернативных активов на блокчейне Bitcoin путём «маркировки» определённых выходов транзакций для обозначения владения реальными активами, акциями компаний или другими криптовалютами. Метакоины и мета-протоколы, такие как Mastercoin (позднее Omni), добавляли дополнительную функциональность поверх Bitcoin, кодируя дополнительные данные в транзакциях Bitcoin и строя отдельные правила протокола поверх них.
Однако все эти подходы страдали от фундаментальных ограничений, налагаемых архитектурой Bitcoin. Язык скриптов Bitcoin намеренно ограничен — он не может получить доступ к состоянию блокчейна, не имеет циклов и сложного управления потоком выполнения, а также предоставляет ограниченную интроспекцию значений транзакций. Создание сложных приложений требовало неуклюжих обходных решений: кодирования метаданных в полях транзакций, никогда не предназначавшихся для этого, зависимости от внецепочечной инфраструктуры для сложной логики или принятия серьёзных ограничений на то, что протокол мог реализовать.
Эти ограничения мотивировали поиск более универсальной блокчейн-платформы. Вместо создания ещё одного специализированного протокола поверх ограниченного фундамента Bitcoin, Ethereum использует другой подход: предоставление блокчейна со встроенным Тьюринг-полным языком программирования, позволяющим любому создавать смарт-контракты и децентрализованные приложения с произвольными правилами владения, форматами транзакций и функциями перехода состояний.
Scripting
Bitcoin Script, die Sprache zur Definition von Ausgabebedingungen fuer Bitcoin-Transaktionen, ist absichtlich mit schwerwiegenden Einschraenkungen entworfen. Sie ist nicht Turing-vollstaendig — am auffaelligsten fehlen Schleifen und komplexe Kontrollflussstrukturen. Die Sprache funktioniert als einfache stapelbasierte Ausfuehrungsumgebung, in der Operationen Werte auf den Stapel legen und entfernen, kryptographische Bedingungen auswerten und letztendlich wahr oder falsch zurueckgeben, um zu bestimmen, ob eine Transaktion gueltig ist. Waehrend diese Einfachheit Sicherheitsvorteile bietet und formale Analyse erleichtert, macht sie auch viele Arten von Anwendungen unmoeglich zu implementieren.
Diese Einschraenkungen fallen in drei Hauptkategorien. Erstens verhindert das Fehlen von Turing-Vollstaendigkeit die Implementierung komplexer Zustandsmaschinen, Entscheidungsbaeume oder jedes Algorithmus, der Iteration erfordert. Zweitens bedeutet Wert-Blindheit, dass Skripte keine feingranulare Kontrolle ueber Abhebungsbetraege festlegen koennen — ein UTXO kann nur in seiner Gesamtheit ausgegeben werden, wobei Wechselgeld an eine neue Ausgabe gesendet wird. Ein Skript kann beispielsweise Abhebungen nicht auf maximal X pro Tag begrenzen, waehrend der Rest gesperrt bleibt. Drittens bedeutet das Fehlen von Blockchain-Zustandsbewusstsein, dass UTXO entweder ausgegeben oder nicht ausgegeben sind, ohne Zwischenzustaende, was mehrstufige Vertraege rein On-Chain unmoeglich macht.
Diese Einschraenkungen machen anspruchsvolle Anwendungen wie dezentrale autonome Organisationen, Sparwallets mit Abhebungslimits, dezentrale Boersen oder Vorhersagemaerkte entweder unmoeglich oder erfordern unbeholfene Off-Chain-Mechanismen. Ein fortgeschrittener Finanzvertrag koennte Zugang zu Marktdaten benoetigen, die Faehigkeit, einen internen Zustand ueber mehrere Transaktionen hinweg aufrechtzuerhalten, und komplexe bedingte Logik — nichts davon kann Bitcoin Script bereitstellen. Ethereum beseitigt diese Einschraenkungen, indem es eine Turing-vollstaendige Sprache mit vollem Zugriff auf den Blockchain-Zustand bereitstellt.
Scripting
Bitcoin Script, язык, используемый для определения условий расходования транзакций Bitcoin, намеренно спроектирован с серьёзными ограничениями. Он не является Тьюринг-полным — в первую очередь, в нём отсутствуют циклы и сложные структуры управления потоком выполнения. Язык работает как простая стековая среда исполнения, где операции помещают и извлекают значения, оценивают криптографические условия и в конечном итоге возвращают истину или ложь, определяя, является ли транзакция допустимой. Хотя эта простота обеспечивает преимущества безопасности и упрощает формальный анализ, она также делает невозможной реализацию многих типов приложений.
Эти ограничения делятся на три основные категории. Во-первых, отсутствие Тьюринг-полноты не позволяет реализовать сложные конечные автоматы, деревья решений или любой алгоритм, требующий итерации. Во-вторых, «слепота к значениям» означает, что скрипты не могут определять детальный контроль над суммами снятия — UTXO может быть потрачен только целиком, а сдача отправляется на новый выход. Скрипт не может, например, ограничить снятие максимумом X в день, оставив остаток заблокированным. В-третьих, отсутствие осведомлённости о состоянии блокчейна означает, что UTXO либо потрачены, либо не потрачены, без промежуточных состояний, что делает невозможной реализацию многоэтапных контрактов исключительно в цепочке.
Эти ограничения делают такие сложные приложения, как децентрализованные автономные организации, сберегательные кошельки с лимитами снятия, децентрализованные биржи или рынки предсказаний, либо невозможными, либо требующими неуклюжих внецепочечных механизмов. Продвинутый финансовый контракт может потребовать доступа к рыночным данным, способности поддерживать внутреннее состояние между несколькими транзакциями и сложной условной логики — ничего из этого Bitcoin Script обеспечить не может. Ethereum устраняет эти ограничения, предоставляя Тьюринг-полный язык с полным доступом к состоянию блокчейна.
Ethereum
Das grundlegende Ziel von Ethereum ist die Bereitstellung einer Blockchain mit einer integrierten Turing-vollstaendigen Programmiersprache, die es jedem ermoeglicht, Smart Contracts und dezentrale Anwendungen zu schreiben, in denen sie ihre eigenen beliebigen Regeln fuer Eigentum, Transaktionsformate und Zustandsuebergangsfunktionen erstellen koennen. Anstatt ein Protokoll fuer spezifische Anwendungen wie Waehrung, Namensregistrierung oder Vermoegenswerthandel zu entwerfen, stellt Ethereum eine Grundschicht bereit — eine Blockchain-basierte verteilte Computerplattform, die Entwickler nutzen koennen, um jede Anwendung zu bauen, die sie sich vorstellen koennen.
Die Architektur unterscheidet sich grundlegend von Bitcoins UTXO-Modell. Ethereum verwendet ein kontobasiertes System, bei dem der Blockchain-Zustand aus einer Zuordnung von Adressen zu Kontoobjekten besteht. Jedes Konto hat ein Guthaben, einen Transaktionszaehler (Nonce) und fuer Vertragskonten zugehoerigen Code und Speicher. Die Plattform enthaelt eine integrierte Turing-vollstaendige Programmiersprache zum Schreiben von Vertragscode, der in der Ethereum Virtual Machine (EVM) ausgefuehrt wird, einer stapelbasierten Ausfuehrungsumgebung, die Transaktionen und Zustandsuebergaenge verarbeitet.
Diese Allgemeinheit ermoeglicht eine breite Palette von Anwendungen: alternative Kryptowaehrungen mit benutzerdefinierten Ausgaberegeln, Finanzderivate und Stablecoins, Identitaets- und Reputationssysteme, dezentraler Dateispeicher, dezentrale autonome Organisationen (DAOs) und vieles mehr. Das Whitepaper betont, dass Ethereum nicht fuer einen bestimmten Anwendungsfall optimiert ist, sondern die grundlegenden Bausteine bereitstellt — Konten, Transaktionen, eine Turing-vollstaendige Sprache und Gas-gemessene Ausfuehrung — die Entwickler kombinieren koennen, um die Anwendungen zu erstellen, die das Oekosystem erfordert.
Ethereum
Фундаментальная цель Ethereum — предоставить блокчейн со встроенным Тьюринг-полным языком программирования, который позволяет любому писать смарт-контракты и децентрализованные приложения, в которых можно создавать собственные произвольные правила владения, форматы транзакций и функции перехода состояний. Вместо разработки протокола для конкретных приложений, таких как валюта, регистрация имён или торговля активами, Ethereum предоставляет фундаментальный слой — платформу распределённых вычислений на основе блокчейна, которую разработчики могут использовать для создания любого приложения, которое они могут себе представить.
Архитектура фундаментально отличается от модели UTXO Bitcoin. Ethereum использует систему на основе счетов, где состояние блокчейна представляет собой отображение адресов в объекты счетов. Каждый счёт имеет баланс, счётчик транзакций (nonce), а для контрактных счетов — связанный код и хранилище. Платформа включает встроенный Тьюринг-полный язык программирования для написания кода контрактов, который выполняется в виртуальной машине Ethereum (EVM) — стековой среде исполнения, обрабатывающей транзакции и переходы состояний.
Эта универсальность позволяет создавать обширный спектр приложений: альтернативные криптовалюты с пользовательскими правилами эмиссии, финансовые деривативы и стейблкоины, системы идентификации и репутации, децентрализованное файловое хранилище, децентрализованные автономные организации (DAO) и многое другое. Whitepaper подчёркивает, что Ethereum не оптимизирован для какого-либо конкретного варианта использования, а предоставляет фундаментальные строительные блоки — счета, транзакции, Тьюринг-полный язык и исполнение с измерением газа — которые разработчики могут комбинировать для создания приложений, востребованных экосистемой.
Ethereum Accounts
In Ethereum besteht der Zustand aus Konten, und es gibt zwei grundlegende Typen. Extern kontrollierte Konten (EOAs) werden durch private Schluessel kontrolliert und haben keinen zugehoerigen Code — sie repraesentieren menschliche Benutzer oder externe Entitaeten, die mit der Blockchain interagieren. Vertragskonten werden durch ihren Vertragscode kontrolliert und werden aktiviert, wenn sie eine Nachricht oder Transaktion empfangen. Beide Typen teilen eine gemeinsame Struktur: Jedes Konto hat eine Nonce (einen Zaehler, der sicherstellt, dass jede Transaktion nur einmal verarbeitet werden kann), ein Ether-Guthaben und fuer Vertraege speziell Vertragscode und persistenten Speicher.
Ether ist die primaere interne Kryptowaehrung von Ethereum und dient sowohl als Mittel zur Wertuebertragung als auch als grundlegende Einheit zur Zahlung von Transaktionsgebuehren (Gas). Im Gegensatz zu Bitcoins UTXO-Modell, bei dem der Wert ueber mehrere nicht ausgegebene Ausgaben verteilt ist, fuehren Ethereum-Konten ein einfaches Guthaben, das steigt, wenn sie Ether empfangen, und sinkt, wenn sie Ether senden. Dieses kontobasierte Modell vereinfacht viele Arten von Anwendungen, insbesondere solche, die persistenten Zustand oder komplexe Zugriffskontrolle erfordern, obwohl es im Vergleich zu Bitcoins Ansatz andere Sicherheitsueberlegungen einfuehrt.
Die Unterscheidung zwischen EOAs und Vertragskonten ist entscheidend fuer das Verstaendnis der Funktionsweise von Ethereum. EOAs koennen Transaktionen initiieren, indem sie Nachrichten mit ihren privaten Schluesseln erstellen und signieren und Gas-Gebuehren zahlen, damit ihre Transaktionen in Bloecke aufgenommen werden. Vertragskonten koennen selbst keine Transaktionen initiieren, koennen aber Nachrichten an andere Vertraege senden, wenn sie eine Transaktion oder Nachricht empfangen, was komplexe Ausfuehrungsketten ermoeglicht, bei denen eine einzelne externe Transaktion mehrere Vertrag-zu-Vertrag-Interaktionen ausloest.
Ethereum Accounts
В Ethereum состояние формируется из счетов, и существуют два фундаментальных типа. Внешние счета (EOA) контролируются закрытыми ключами и не имеют связанного кода — они представляют пользователей-людей или внешние сущности, взаимодействующие с блокчейном. Контрактные счета контролируются своим кодом контракта и активируются при получении сообщения или транзакции. Оба типа имеют общую структуру: каждый счёт имеет nonce (счётчик, обеспечивающий однократную обработку каждой транзакции), баланс в эфире, а для контрактов — код контракта и постоянное хранилище.
Эфир (ether) является основной внутренней криптовалютой Ethereum, служащей одновременно средством передачи стоимости и фундаментальной единицей для оплаты комиссий за транзакции (газ). В отличие от модели UTXO Bitcoin, где стоимость распределена между несколькими неизрасходованными выходами, счета Ethereum поддерживают простой баланс, который увеличивается при получении эфира и уменьшается при его отправке. Эта модель на основе счетов упрощает многие типы приложений, особенно требующие постоянного состояния или сложного контроля доступа, хотя и вводит другие соображения безопасности по сравнению с подходом Bitcoin.
Различие между EOA и контрактными счетами имеет решающее значение для понимания работы Ethereum. EOA могут инициировать транзакции, создавая и подписывая сообщения своими закрытыми ключами, оплачивая комиссии в газе за включение транзакций в блоки. Контрактные счета не могут инициировать транзакции самостоятельно, но могут отправлять сообщения другим контрактам в ответ на полученную транзакцию или сообщение, обеспечивая сложные цепочки выполнения, где одна внешняя транзакция запускает множественные взаимодействия между контрактами.
Messages and Transactions
Transaktionen in Ethereum sind signierte Datenpakete, die von extern kontrollierten Konten erstellt und an das Netzwerk gesendet werden. Eine Transaktion enthaelt die Empfaengeradresse, eine kryptographische Signatur, die die Identitaet des Absenders beweist, die Menge an Ether zur Uebertragung, ein optionales Datenfeld (entscheidend fuer die Interaktion mit Vertraegen), STARTGAS (die maximale Anzahl von Berechnungsschritten, die die Transaktion durchfuehren darf) und GASPRICE (die Gebuehr pro Berechnungsschritt, die der Absender zu zahlen bereit ist). Miner sammeln diese Transaktionen, validieren sie, fuehren sie aus und nehmen sie in Bloecke auf, wobei sie die Gas-Gebuehren als Verguetung erhalten.
Nachrichten sind konzeptionell aehnlich wie Transaktionen, werden aber von Vertraegen statt von externen Akteuren erzeugt. Wenn der Code eines Vertrags ausgefuehrt wird, kann er Nachrichten an andere Vertraege senden — diese internen Nachrichten enthalten den Absender (die Vertragsadresse), den Empfaenger, eine Menge Ether zur Uebertragung, eine optionale Datennutzlast und ein STARTGAS-Limit. Nachrichten ermoeglichen die Vertrag-zu-Vertrag-Kommunikation und erlauben den Aufbau komplexer Anwendungen aus mehreren interagierenden Vertraegen statt aus monolithischen Programmen.
Der Gas-Mechanismus ist entscheidend zur Verhinderung von Missbrauch: Jeder Berechnungsschritt, jede Speicheroperation und jedes Datenbyte in einer Transaktion verbraucht Gas. Wenn einer Transaktion vor der Fertigstellung das Gas ausgeht, werden alle Zustandsaenderungen rueckgaengig gemacht (ausser der Gas-Zahlung an den Miner), was verhindert, dass Endlosschleifen oder uebermassige Berechnungen das Netzwerk lahmlegen. Der Absender gibt sowohl das gesamte Gas-Budget (STARTGAS) als auch den Preis an, den er pro Einheit zu zahlen bereit ist (GASPRICE), und ungenutztes Gas wird nach Abschluss der Ausfuehrung erstattet.
Messages and Transactions
Транзакции в Ethereum представляют собой подписанные пакеты данных, создаваемые внешними счетами и транслируемые по сети. Транзакция содержит адрес получателя, криптографическую подпись, подтверждающую личность отправителя, количество эфира для перевода, необязательное поле данных (критически важное для взаимодействия с контрактами), STARTGAS (максимальное количество вычислительных шагов, которое транзакция может совершить) и GASPRICE (комиссия за вычислительный шаг, которую отправитель готов заплатить). Майнеры собирают эти транзакции, проверяют их, исполняют и включают в блоки, получая комиссии в газе в качестве вознаграждения.
Сообщения концептуально аналогичны транзакциям, но создаются контрактами, а не внешними участниками. Когда код контракта исполняется, он может отправлять сообщения другим контрактам — эти внутренние сообщения содержат отправителя (адрес контракта), получателя, количество эфира для перевода, необязательную полезную нагрузку данных и лимит STARTGAS. Сообщения обеспечивают коммуникацию между контрактами, позволяя строить сложные приложения из множества взаимодействующих контрактов, а не из монолитных программ.
Механизм газа критически важен для предотвращения злоупотреблений: каждый вычислительный шаг, операция хранения и байт данных в транзакции потребляет газ. Если транзакция исчерпывает газ до завершения, все изменения состояния откатываются (за исключением оплаты газа майнеру), предотвращая бесконечные циклы или чрезмерные вычисления, способные парализовать сеть. Отправитель указывает как общий бюджет газа (STARTGAS), так и цену, которую он готов платить за единицу (GASPRICE), а неиспользованный газ возвращается после завершения исполнения.
Ethereum State Transition Function
Die Ethereum-Zustandsuebergangsfunktion APPLY(S,TX) - S' definiert, wie eine Transaktion den Blockchain-Zustand transformiert, und folgt einer praezisen Abfolge von Schritten. Zuerst prueft das System die Transaktionsgueltigkeit: Es verifiziert die Korrektheit der Signatur, bestaetigt, dass die Nonce mit der Konto-Nonce des Absenders uebereinstimmt, und stellt sicher, dass der Absender ueber ausreichendes Guthaben verfuegt, um die Vorabkosten zu bezahlen (STARTGAS x GASPRICE plus den gesendeten Wert). Wenn eine Pruefung fehlschlaegt, wird die Transaktion vor Beginn der Ausfuehrung abgelehnt. Bei Gueltigkeit werden die Transaktionsgebuehren vom Konto des Absenders abgezogen, die Nonce des Absenders wird erhoeht, und ein anfaenglicher Gas-Zaehler wird auf STARTGAS minus einer Pro-Byte-Gebuehr fuer die Transaktionsdaten gesetzt.
Als Naechstes uebertraegt das System den angegebenen Ether-Wert vom Absender an den Empfaenger. Wenn der Empfaenger ein extern kontrolliertes Konto ist, wird die Transaktion damit abgeschlossen. Wenn der Empfaenger ein Vertragskonto ist, wird der Code des Vertrags in der Ethereum Virtual Machine ausgefuehrt, wobei fuer jede Operation Gas verbraucht wird, bis entweder der Code erfolgreich abgeschlossen wird, der Code explizit anhaelt oder das Gas aufgebraucht ist. Waehrend der Ausfuehrung kann der Vertrag seinen Speicher lesen und aendern, Nachrichten an andere Vertraege senden und neue Vertraege erstellen.
Schliesslich werden, wenn die Wertuebertragung fehlgeschlagen ist (unzureichendes Guthaben) oder die Code-Ausfuehrung fehlgeschlagen ist (Gas aufgebraucht oder Fehler aufgetreten), alle Zustandsaenderungen rueckgaengig gemacht — mit der Ausnahme, dass der Absender immer noch Gas-Gebuehren an den Miner fuer die durchgefuehrte Berechnung zahlt. Bei erfolgreicher Ausfuehrung wird das verbleibende Gas an den Absender erstattet, und das verbrauchte Gas wird als Gebuehr an den Miner gesendet. Dieser Mechanismus stellt sicher, dass Miner fuer Berechnungen entschaedigt werden, waehrend unkontrollierte Ausfuehrung daran gehindert wird, unbegrenzte Ressourcen zu verbrauchen.
Ethereum State Transition Function
Функция перехода состояний Ethereum APPLY(S,TX) - S' определяет, как транзакция преобразует состояние блокчейна, и следует точной последовательности шагов. Сначала система проверяет допустимость транзакции: верифицирует правильность подписи, подтверждает соответствие nonce значению nonce счёта отправителя и обеспечивает наличие у отправителя достаточного баланса для оплаты авансовой стоимости (STARTGAS x GASPRICE плюс отправляемая сумма). Если любая проверка не проходит, транзакция отклоняется до начала исполнения. При успешной проверке комиссия за транзакцию вычитается со счёта отправителя, nonce отправителя увеличивается, и начальный счётчик газа устанавливается равным STARTGAS за вычетом побайтовой комиссии за данные транзакции.
Далее система переводит указанную сумму эфира от отправителя получателю. Если получатель является внешним счётом, на этом транзакция завершается. Если получатель является контрактным счётом, код контракта запускается в виртуальной машине Ethereum, потребляя газ за каждую операцию до тех пор, пока код не завершится успешно, явно не остановится или газ не будет исчерпан. Во время исполнения контракт может читать и изменять своё хранилище, отправлять сообщения другим контрактам и создавать новые контракты.
Наконец, если перевод средств не удался (недостаточный баланс) или исполнение кода завершилось неудачей (исчерпание газа или ошибка), все изменения состояния откатываются — за исключением того, что отправитель всё равно оплачивает газ майнеру за выполненные вычисления. При успешном исполнении оставшийся газ возвращается отправителю, а потреблённый газ отправляется майнеру в качестве комиссии. Этот механизм гарантирует, что майнеры получают компенсацию за вычисления, одновременно предотвращая неконтролируемое исполнение, потребляющее неограниченные ресурсы.
Code Execution
Die Ethereum Virtual Machine (EVM) ist die Laufzeitumgebung, in der Vertragscode ausgefuehrt wird — eine niedrigstufige, stapelbasierte virtuelle Maschine, die konzeptionell der Java Virtual Machine oder WebAssembly aehnelt. Vertragscode wird als Byte-Sequenz gespeichert, wobei jedes Byte eine Operation (Opcode) darstellt, die die EVM ausfuehren kann. Das Ausfuehrungsmodell ist bewusst einfach und deterministisch: Jeder Knoten, der die EVM mit demselben Eingabezustand und derselben Transaktion ausfuehrt, muss zum selben Ausgabezustand gelangen, was Konsens im Netzwerk gewaehrleistet.
Die EVM stellt drei verschiedene Speichertypen fuer Berechnungen bereit. Der Stapel ist eine Last-In-First-Out (LIFO)-Struktur, die auf 1024 Elemente begrenzt ist und fuer unmittelbare Operationswerte verwendet wird. Der Arbeitsspeicher ist ein unendlich erweiterbares Byte-Array, das nur fuer die Dauer eines einzelnen Nachrichtenaufrufs besteht und zwischen Ausfuehrungen zurueckgesetzt wird. Der Speicher ist der persistente Schluessel-Wert-Speicher, der dauerhaft mit jedem Vertragskonto verbunden ist und in dem Vertraege ihren langfristigen Zustand ueber Transaktionen hinweg pflegen. Diese Speichertypen werden unterschiedlich in Gas bepreist — Stapel- und Arbeitsspeicheroperationen sind guenstig, waehrend Speicheroperationen teuer sind, um ein Aufblaehen der Blockchain zu verhindern.
Waehrend der Ausfuehrung hat Vertragscode Zugriff auf entscheidenden Kontext: Er kann die Adresse des Nachrichtenabsenders lesen, die Menge des gesendeten Ethers, die vom Aufrufer bereitgestellte Datennutzlast und Block-Level-Eigenschaften wie die aktuelle Blocknummer, den Zeitstempel und die Miner-Adresse. Der Code kann ein Ausgabe-Byte-Array an den Aufrufer zurueckgeben und kann Nachrichten an andere Vertraege senden oder neue Vertraege erstellen. Dieses Ausfuehrungsmodell ist Turing-vollstaendig — Schleifen und komplexer Kontrollfluss sind moeglich — aber der Gas-Mechanismus stellt sicher, dass alle Berechnungen in begrenzter Zeit terminieren und loest das Halteproblem oekonomisch statt durch Spracheinschraenkungen.
Code Execution
Виртуальная машина Ethereum (EVM) — это среда исполнения, в которой выполняется код контрактов — низкоуровневая стековая виртуальная машина, концептуально схожая с виртуальной машиной Java или WebAssembly. Код контракта хранится в виде последовательности байтов, где каждый байт представляет операцию (opcode), которую EVM может выполнить. Модель исполнения намеренно проста и детерминистична: каждый узел, исполняющий EVM с одинаковым входным состоянием и транзакцией, должен прийти к одинаковому выходному состоянию, обеспечивая консенсус в сети.
EVM предоставляет три различных типа хранения для вычислений. Стек — это структура «последним вошёл, первым вышел» (LIFO), ограниченная 1024 элементами и используемая для непосредственных значений операций. Память — это бесконечно расширяемый массив байтов, существующий только в течение одного вызова сообщения и сбрасываемый между исполнениями. Хранилище — это постоянное хранилище «ключ-значение», навсегда связанное с каждым контрактным счётом, где контракты поддерживают своё долгосрочное состояние между транзакциями. Эти типы хранения тарифицируются по-разному в газе — операции со стеком и памятью дешёвые, тогда как операции с хранилищем дорогие для предотвращения раздувания блокчейна.
Во время исполнения код контракта имеет доступ к важному контексту: он может читать адрес отправителя сообщения, сумму отправленного эфира, полезную нагрузку данных, предоставленную вызывающей стороной, и свойства уровня блока, такие как текущий номер блока, метка времени и адрес майнера. Код может возвращать выходной массив байтов вызывающей стороне и может отправлять сообщения другим контрактам или создавать новые контракты. Эта модель исполнения является Тьюринг-полной — циклы и сложное управление потоком возможны — но механизм газа гарантирует, что все вычисления завершаются за ограниченное время, решая проблему останова экономически, а не через языковые ограничения.
Blockchain and Mining
Die Ethereum-Blockchain ist grundsaetzlich aehnlich wie die von Bitcoin und dient als Datenbank, die jede jemals ausgefuehrte Transaktion enthaelt. Waehrend Bitcoin jedoch nur eine Transaktionsliste speichert, speichert Ethereum sowohl die Transaktionsliste als auch den aktuellsten Zustand. Jeder Block in Ethereum enthaelt den Hash des vorherigen Blocks, eine Zustandswurzel (den Wurzel-Hash des Merkle-Patricia-Tries, der den gesamten Zustand repraesentiert), eine Transaktionswurzel, eine Quittungswurzel (die Daten aus der Transaktionsausfuehrung speichert) sowie Schwierigkeits-, Zeitstempel- und Nonce-Werte. Der Zustand selbst ist ein grosser Merkle-Patricia-Trie, der Adressen auf Kontoobjekte abbildet, wobei jedes Konto ein Guthaben, eine Nonce, Code (falls vorhanden) und Speicher hat.
Ethereum verwendet eine modifizierte Version des GHOST-Protokolls (Greedy Heaviest Observed Subtree), um Sicherheitsprobleme zu adressieren, die durch schnelle Blockzeiten entstehen. In traditionellen Laengste-Kette-Protokollen fuehren schnelle Bloecke zu hohen Veralterungsraten, was die Netzwerksicherheit verringert und Zentralisierungsrisiken erhoeht, da grosse Miner weniger Berechnung durch veraltete Bloecke verschwenden. GHOST bezieht veraltete Bloecke (in Ethereum "Onkel" genannt) in die Berechnung ein, welche Kette die laengste ist, und bietet teilweise Belohnungen fuer Onkel-Bloecke, was Miner ermutigt, diese zu referenzieren. Dies ermoeglicht es Ethereum, eine Ziel-Blockzeit von etwa 12 Sekunden beizubehalten und gleichzeitig die Netzwerksicherheit zu erhalten.
Der Mining-Algorithmus funktioniert aehnlich wie Bitcoins Proof-of-Work und erfordert, dass Miner eine Nonce finden, bei der der Hash des Blocks unter einem bestimmten Schwierigkeitsziel liegt. Allerdings ist Ethereums speicherintensiver Mining-Algorithmus (Ethash) darauf ausgelegt, ASIC-resistent zu sein und ein staerker dezentralisiertes Mining-Oekosystem zu foerdern. Die Schwierigkeit passt sich dynamisch basierend auf Blockzeiten an, um das Ziel von ~12 Sekunden beizubehalten, was eine konsistente Blockproduktion sicherstellt, waehrend das GHOST-Protokoll Sicherheitsgarantien trotz der schnelleren Blockzeiten im Vergleich zu Bitcoins durchschnittlichen 10 Minuten bietet.
Blockchain and Mining
Блокчейн Ethereum фундаментально подобен блокчейну Bitcoin, служа базой данных, содержащей каждую когда-либо исполненную транзакцию. Однако, в то время как Bitcoin хранит только список транзакций, Ethereum хранит как список транзакций, так и актуальное состояние. Каждый блок в Ethereum содержит хеш предыдущего блока, корень состояния (корневой хеш дерева Меркла-Патриции, представляющего полное состояние), корень транзакций, корень квитанций (хранящий данные исполнения транзакций), а также значения сложности, метки времени и nonce. Само состояние представляет собой большое дерево Меркла-Патриции, отображающее адреса в объекты счетов, где каждый счёт имеет баланс, nonce, код (при наличии) и хранилище.
Ethereum использует модифицированную версию протокола GHOST (Greedy Heaviest Observed Subtree) для решения проблем безопасности, возникающих при быстром времени создания блоков. В традиционных протоколах с самой длинной цепью быстрые блоки приводят к высокой доле устаревших блоков, снижая безопасность сети и увеличивая риски централизации, поскольку крупные майнеры теряют меньше вычислений на устаревших блоках. GHOST включает устаревшие блоки (называемые «дядями» в Ethereum) в расчёт того, какая цепь является самой длинной, и предоставляет частичные вознаграждения блокам-дядям, стимулируя майнеров ссылаться на них. Это позволяет Ethereum поддерживать целевое время блока приблизительно в 12 секунд, сохраняя при этом безопасность сети.
Алгоритм майнинга работает аналогично доказательству работы Bitcoin, требуя от майнеров найти nonce, при котором хеш блока оказывается ниже определённого целевого значения сложности. Однако алгоритм майнинга с высоким потреблением памяти (Ethash) спроектирован для устойчивости к ASIC, способствуя более децентрализованной экосистеме майнинга. Сложность динамически корректируется на основе времени создания блоков для поддержания цели в ~12 секунд, обеспечивая стабильное производство блоков, в то время как протокол GHOST предоставляет гарантии безопасности, несмотря на более быстрое время блоков по сравнению со средним показателем Bitcoin в 10 минут.
Applications
Die Anwendungen, die auf Ethereum aufgebaut werden koennen, fallen in drei breite Kategorien. Die erste Kategorie sind Finanzanwendungen, die Benutzern leistungsfaehigere Moeglichkeiten bieten, ihr Geld zu verwalten und Vertraege abzuschliessen. Dazu gehoeren Sub-Waehrungen, Finanzderivate, Absicherungsvertraege, Sparwallets mit Abhebungslimits, Testamente, die Gelder automatisch verteilen, und sogar Arbeitsvertraege, die Zahlungen basierend auf verifizierter Arbeitserfuellung berechnen. Diese Anwendungen nutzen die Programmierbarkeit von Ethereum, um komplexe Finanzinstrumente zu schaffen, die in traditionellen Systemen oder sogar auf Bitcoin unmoeglich oder extrem schwierig zu implementieren waeren.
Die zweite Kategorie sind halbfinanzielle Anwendungen, bei denen Geld involviert ist, aber auch eine wesentliche nicht-monetaere Komponente vorhanden ist. Ein perfektes Beispiel sind selbstdurchsetzende Kopfgelder fuer Loesungen von Berechnungsproblemen. Jemand koennte ein Berechnungsproblem zusammen mit einer Belohnung veroeffentlichen, und der Vertrag koennte eingereichte Loesungen automatisch verifizieren und das Kopfgeld an die erste korrekte Antwort auszahlen. Diese Kategorie verbindet reine Finanzen mit anderen Bereichen und nutzt wirtschaftliche Anreize zur Problemloesung oder Verhaltenskoordination.
Die dritte Kategorie sind Anwendungen, die ueberhaupt nichts mit Geld zu tun haben, wie Online-Abstimmungen und dezentrale Governance-Systeme. Diese nicht-finanziellen Anwendungen demonstrieren Ethereums Flexibilitaet als universelle Plattform. Beispiele umfassen dezentrale Domain-Namen-Systeme wie Namecoin, Reputationssysteme, dezentraler Dateispeicher und organisatorische Governance-Werkzeuge. Von all diesen Anwendungstypen haben sich Token-Systeme als die verbreitetsten und grundlegendsten herausgestellt und dienen als Bausteine fuer viele andere Anwendungen.
Applications
Приложения, которые можно создать на Ethereum, делятся на три широкие категории. Первая категория — финансовые приложения, предоставляющие пользователям более мощные способы управления деньгами и заключения контрактов с их участием. Сюда входят суб-валюты, финансовые деривативы, контракты хеджирования, сберегательные кошельки с лимитами снятия, завещания, автоматически распределяющие средства, и даже трудовые контракты, рассчитывающие оплату на основе подтверждённого выполнения работы. Эти приложения используют программируемость Ethereum для создания сложных финансовых инструментов, которые были бы невозможны или чрезвычайно сложны для реализации в традиционных системах или даже на Bitcoin.
Вторая категория — полуфинансовые приложения, где деньги задействованы, но присутствует также существенная неденежная составляющая. Идеальный пример — самоисполняющиеся вознаграждения за решения вычислительных задач. Кто-то мог бы опубликовать вычислительную задачу вместе с наградой, и контракт мог бы автоматически проверять представленные решения и выплачивать вознаграждение за первый правильный ответ. Эта категория связывает чистые финансы с другими областями, используя экономические стимулы для решения задач или координации поведения.
Третья категория — приложения, вообще не связанные с деньгами, такие как онлайн-голосование и системы децентрализованного управления. Эти нефинансовые приложения демонстрируют гибкость Ethereum как универсальной платформы. Примеры включают децентрализованные системы доменных имён наподобие Namecoin, системы репутации, децентрализованное файловое хранилище и инструменты организационного управления. Среди всех этих типов приложений токен-системы стали наиболее распространёнными и фундаментальными, служа строительными блоками для многих других приложений.
Token Systems
Token-Systeme sind ueberraschend einfach auf Ethereum zu implementieren, obwohl sie eine der leistungsfaehigsten und verbreitetsten Anwendungen darstellen. Im Kern sind Token-Systeme einfach eine Datenbank mit einer einzigen Operation: X Einheiten von Konto A abziehen und X Einheiten zu Konto B hinzufuegen, unter der Bedingung, dass A vor der Transaktion mindestens X Einheiten hatte und die Transaktion von A autorisiert ist. Die Implementierung erfordert die Pflege einer Zuordnung von Adressen zu Guthaben und die Bereitstellung einer Transfer-Funktion, die die entsprechenden Pruefungen durchfuehrt, bevor Token zwischen Konten verschoben werden.
Der Vertragscode fuer ein grundlegendes Token-System ist bemerkenswert einfach und kann in nur wenigen Zeilen geschrieben werden. Er besteht aus einer Datenstruktur, die Adressen auf Guthaben abbildet, einer Initialisierungsfunktion, die den anfaenglichen Token-Vorrat zuweist, und einer Transfer-Funktion, die das Guthaben und die Autorisierung des Absenders prueft, bevor der Transfer ausgefuehrt wird. Diese Einfachheit steht in starkem Kontrast zur Komplexitaet, die fuer die Implementierung aehnlicher Systeme auf Bitcoin erforderlich waere, was erhebliche Umgehungsloesungen und Einschraenkungen aufgrund der begrenzten Skriptfaehigkeiten von Bitcoin erfordern wuerde.
Token auf Ethereum koennen praktisch alles von Wert repraesentieren. Sie koennten Sub-Waehrungen mit eigener Geldpolitik repraesentieren, Finanzderivate, die externe Vermoegenswerte verfolgen, Unternehmensanteile mit Dividendenrechten, Treuepunkte in Kundenprogrammen, Rohstoffe wie Gold oder Oel, oder sogar Darstellungen von physischem Eigentum. Die Programmierbarkeit von Ethereum erlaubt es diesen Token, beliebige Regeln fuer ihr Verhalten zu haben, wie Transferbeschraenkungen, automatische Vernichtungsmechanismen, Dividendenverteilungen oder Governance-Rechte. Diese Flexibilitaet hat Token-Systeme zum grundlegenden Baustein fuer einen Grossteil des Ethereum-Oekosystems gemacht.
Token Systems
Токен-системы удивительно просты в реализации на Ethereum, несмотря на то что являются одним из самых мощных и распространённых приложений. По своей сути токен-системы — это просто база данных с одной операцией: вычесть X единиц со счёта A и добавить X единиц на счёт B при условии, что у A было как минимум X единиц до транзакции и транзакция авторизована A. Реализация требует поддержания отображения адресов в балансы и предоставления функции перевода, которая выполняет соответствующие проверки перед перемещением токенов между счетами.
Код контракта для базовой токен-системы замечательно прост и может быть написан всего в нескольких строках. Он состоит из структуры данных, отображающей адреса в балансы, функции инициализации, назначающей начальное предложение токенов, и функции перевода, проверяющей баланс и авторизацию отправителя перед выполнением перевода. Эта простота разительно контрастирует со сложностью, необходимой для реализации аналогичных систем на Bitcoin, которая потребовала бы значительных обходных решений и ограничений из-за ограниченных возможностей скриптов Bitcoin.
Токены на Ethereum могут представлять практически всё, что имеет ценность. Они могут представлять суб-валюты с собственной денежно-кредитной политикой, финансовые деривативы, отслеживающие внешние активы, акции компаний с правами на дивиденды, баллы лояльности в клиентских программах, товары, такие как золото или нефть, или даже представления физической собственности. Программируемость Ethereum позволяет этим токенам иметь произвольные правила, управляющие их поведением, такие как ограничения на переводы, механизмы автоматического сжигания, распределение дивидендов или права управления. Эта гибкость сделала токен-системы фундаментальным строительным блоком значительной части экосистемы Ethereum.
Financial Derivatives and Stable-Value Currencies
Finanzderivate stellen eine der grundlegendsten und wichtigsten Anwendungen von Ethereum Smart Contracts dar. Ein einfacher Absicherungsvertrag demonstriert den grundlegenden Mechanismus: Partei A hinterlegt eine bestimmte Menge Ether im Wert von 1000 \(, Partei B hinterlegt einen aequivalenten Betrag, und der Vertrag zeichnet den USD-Wert von Ether zu diesem Zeitpunkt ueber einen Datenfeed auf. Nach 30 Tagen berechnet der Vertrag den Wert neu und sendet Ether im Wert von 1000 \) an A und den Rest an B. Wenn der Preis von Ether gestiegen ist, erhaelt A weniger Ether, behaelt aber den Wert von 1000 $; wenn er gefallen ist, erhaelt A mehr Ether, um diesen Wert zu erhalten. Dies ermoeglicht es A, sich gegen Volatilitaet abzusichern, waehrend B auf Preisbewegungen spekuliert.
Die Implementierung solcher Vertraege erfordert Zugang zu externen Daten ueber Oracle-Vertraege oder Datenfeeds. Diese Orakel liefern Preisinformationen, Wetterdaten oder andere reale Informationen, die Vertraege fuer die korrekte Ausfuehrung benoetigen. Waehrend Orakel eine Vertrauensabhaengigkeit einfuehren, koennen sie mit Redundanz und kryptooekonomischen Anreizen gestaltet werden, um zuverlaessige Daten bereitzustellen. Der Vertrag selbst fragt einfach das Orakel ab, fuehrt Berechnungen basierend auf diesen Daten durch und verteilt Gelder gemaess seiner programmierten Logik.
Stablecoins und komplexere Finanzinstrumente koennen mit aehnlichen Mechanismen aufgebaut werden. Ein Stablecoin-Vertrag koennte eine Ether-Reserve halten und Token ausgeben, die an eine Fiat-Waehrung gekoppelt sind, wobei Angebot oder Sicherheitenanforderungen automatisch basierend auf Preisfeeds angepasst werden. Optionsvertraege, Futures, Swaps und andere Derivate, die normalerweise komplexe rechtliche Rahmenwerke und vertrauenswuerdige Vermittler erfordern wuerden, koennen stattdessen als selbstausfuehrende Smart Contracts kodiert werden. Diese programmierbare Finanzinfrastruktur ermoeglicht anspruchsvolles Financial Engineering bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Transparenz- und Sicherheitsgarantien der Blockchain-Technologie.
Financial Derivatives and Stable-Value Currencies
Финансовые деривативы представляют одно из наиболее фундаментальных и важных применений смарт-контрактов Ethereum. Простой контракт хеджирования демонстрирует базовый механизм: сторона A вносит определённое количество эфира стоимостью 1000 \(, сторона B вносит эквивалентную сумму, и контракт записывает стоимость эфира в USD на этот момент, используя поток данных. Через 30 дней контракт пересчитывает стоимость и отправляет эфир на сумму 1000 \) стороне A, а остаток — стороне B. Если цена эфира выросла, A получает меньше эфира, но сохраняет стоимость в 1000 $; если упала — A получает больше эфира для поддержания этой стоимости. Это позволяет A хеджировать волатильность, в то время как B спекулирует на ценовых движениях.
Реализация таких контрактов требует доступа к внешним данным через контракты-оракулы или потоки данных. Эти оракулы предоставляют информацию о ценах, погодные данные или другую информацию из реального мира, необходимую контрактам для корректного исполнения. Хотя оракулы вводят зависимость от доверия, они могут быть спроектированы с резервированием и криптоэкономическими стимулами для предоставления надёжных данных. Сам контракт просто запрашивает оракул, выполняет вычисления на основе этих данных и распределяет средства в соответствии со своей запрограммированной логикой.
Стейблкоины и более сложные финансовые инструменты могут быть построены с использованием аналогичных механизмов. Контракт стейблкоина может поддерживать резерв эфира и выпускать токены, привязанные к фиатной валюте, автоматически корректируя предложение или требования к обеспечению на основе ценовых потоков. Опционные контракты, фьючерсы, свопы и другие деривативы, которые обычно требуют сложных юридических структур и доверенных посредников, могут быть закодированы как самоисполняющиеся смарт-контракты. Эта инфраструктура программируемых финансов обеспечивает сложный финансовый инжиниринг, сохраняя при этом гарантии прозрачности и безопасности блокчейн-технологии.
Identity and Reputation Systems
Ein Namensregistrierungssystem aehnlich wie Namecoin ist trivial auf Ethereum implementierbar und dient als einfachstes Beispiel eines Identitaetssystems. Der Vertrag pflegt eine Datenbank mit einer Schluessel-Wert-Tabelle, die Namen zugehoerigen Daten zuordnet (wie IP-Adressen, oeffentliche Schluessel oder andere Informationen). Jeder kann einen Namen registrieren, indem er eine Transaktion an den Vertrag zusammen mit einer kleinen Registrierungsgebuehr sendet, vorausgesetzt, der Name ist noch nicht vergeben. Der Eigentuemer kann die zugehoerigen Daten jederzeit aktualisieren, und Namen koennen entsprechend den im Vertrag kodierten Regeln uebertragbar oder permanent gemacht werden.
Fortgeschrittenere Identitaetssysteme koennen auf dieser Grundlage aufgebaut werden und Reputationsbewertungen, Vertrauensnetzwerk-Beziehungen und dezentrale Identitaetsverifikation umfassen. Beispielsweise koennte ein Vertrag Reputationsbewertungen basierend auf verifizierten Transaktionen, Peer-Bewertungen oder Aufgabenerfuellung pflegen. Diese Bewertungen waeren oeffentlich sichtbar und kryptographisch an bestimmte Adressen gebunden, wodurch eine portable Reputation entsteht, die Benutzer ueber Anwendungen hinweg begleitet. Vertrauensnetzwerk-Systeme koennten es Benutzern ermoeglichen, fuer die Identitaet anderer zu buergen und soziale Graphen aufzubauen, die helfen, legitime Benutzer von boesartigen Akteuren zu unterscheiden.
Solche Identitaets- und Reputationssysteme werden besonders maechtig, wenn sie mit anderen Anwendungen integriert werden. Ein Marktplatz koennte Mindest-Reputationsbewertungen fuer Verkaeufer verlangen, eine Kreditplattform koennte Zinssaetze basierend auf der Reputation des Kreditnehmers anpassen, oder ein soziales Netzwerk koennte das Vertrauensnetzwerk nutzen, um Spam und betruegerische Inhalte zu filtern. Durch die Bereitstellung einer gemeinsamen Infrastruktur fuer Identitaet, die jede Anwendung abfragen kann, ermoeglicht Ethereum eine neue Klasse vertrauensbasierter Anwendungen, die nicht auf zentralisierte Identitaetsanbieter oder proprietaere Reputationssysteme angewiesen sind.
Identity and Reputation Systems
Система регистрации имён, аналогичная Namecoin, тривиально реализуема на Ethereum и служит простейшим примером системы идентификации. Контракт поддерживает базу данных с таблицей «ключ-значение», отображающей имена в связанные данные (такие как IP-адреса, открытые ключи или другую информацию). Любой может зарегистрировать имя, отправив транзакцию контракту вместе с небольшой регистрационной комиссией, при условии что это имя ещё не занято. Владелец может обновить связанные данные в любое время, а имена могут быть сделаны передаваемыми или постоянными в соответствии с правилами, закодированными в контракте.
Более продвинутые системы идентификации могут быть построены на этой основе, включая оценки репутации, отношения сети доверия и децентрализованную верификацию личности. Например, контракт мог бы поддерживать оценки репутации на основе подтверждённых транзакций, оценок коллег или выполнения задач. Эти оценки были бы публично видимыми и криптографически привязанными к конкретным адресам, создавая портативную репутацию, которая следует за пользователями через приложения. Системы сети доверия могли бы позволять пользователям поручаться за личность других, выстраивая социальные графы, помогающие отличить легитимных пользователей от злоумышленников.
Такие системы идентификации и репутации становятся особенно мощными при интеграции с другими приложениями. Маркетплейс мог бы требовать минимальные оценки репутации для продавцов, кредитная платформа — корректировать процентные ставки на основе репутации заёмщика, а социальная сеть — использовать сеть доверия для фильтрации спама и мошеннического контента. Предоставляя общую инфраструктуру для идентификации, которую может запрашивать любое приложение, Ethereum позволяет создать новый класс приложений, основанных на доверии, не зависящих от централизованных провайдеров идентификации или проприетарных систем репутации.
Decentralized File Storage
Dezentraler Dateispeicher kann durch Ethereum-Vertraege implementiert werden, die zwischen Benutzern, die Speicher benoetigen, und Anbietern, die ihn anbieten, koordinieren. In einem Modell einer "dezentralen Dropbox" wuerden Benutzer eine monatliche Gebuehr zahlen, um Dateien hochzuladen, wobei der Vertrag Zahlungen an Speicheranbieter verteilt, die beweisen, dass sie die Daten tatsaechlich speichern. Der Beweismechanismus funktioniert ueber periodische kryptographische Herausforderungen: Der Vertrag waehlt zufaellig Teile von Dateien aus und fordert Anbieter auf, Merkle-Baum-Beweise zu liefern, die belegen, dass sie diese Daten besitzen. Anbieter, die Herausforderungen nicht bestehen oder offline gehen, wuerden ihre Einlagen und zukuenftigen Zahlungsstrom verlieren.
Dieser Ansatz bietet mehrere Vorteile gegenueber zentralisiertem Speicher. Merkle-Baum-Beweise ermoeglichen effiziente Verifizierung — Benutzer und der Vertrag koennen die Dateiverfuegbarkeit bestaetigen, ohne ganze Dateien herunterzuladen. Das System verteilt Dateien natuerlich ueber mehrere unabhaengige Anbieter und schafft Redundanz ohne explizite Replikationsprotokolle. Wirtschaftliche Anreize bringen das Verhalten der Anbieter mit den Beduerfnissen der Benutzer in Einklang: Anbieter verdienen Geld durch zuverlaessige Datenspeicherung und verlieren Geld, wenn sie dies nicht tun. Dies eliminiert die Vertrauensanforderung, die zentralisierten Speicherloesungen inhaeerent ist.
Speicherkosten in einem solchen System koennen potenziell niedriger sein als bei zentralisierten Alternativen aus mehreren Gruenden. Die Beseitigung von Monopolpreisen ermoeglicht es dem Marktwettbewerb, die Kosten nahe an die tatsaechlichen Speicherkosten zu treiben. Implizite Redundanz durch mehrere Benutzer, die aehnliche Dateien speichern, kann den Gesamtspeicherbedarf reduzieren. Es besteht kein Bedarf an teurer Rechenzentrumsinfrastruktur oder Unternehmensgemeinkosten. Allerdings bleiben Herausforderungen bei Zahlungsmechanismen, der Sicherstellung ausreichender Anbieterbeteiligung und dem Management des Kompromisses zwischen Redundanz und Kosten. Trotz dieser Herausforderungen demonstriert dezentraler Speicher, wie Ethereum komplexe Mehparteien-Interaktionen allein durch wirtschaftliche Anreize koordinieren kann.
Decentralized File Storage
Децентрализованное файловое хранилище может быть реализовано через контракты Ethereum, координирующие взаимодействие между пользователями, нуждающимися в хранении, и провайдерами, которые его предоставляют. В модели «децентрализованного Dropbox» пользователи платили бы ежемесячную плату за загрузку файлов, а контракт распределял бы платежи провайдерам хранения, которые доказывают, что действительно хранят данные. Механизм доказательства работает через периодические криптографические испытания: контракт случайным образом выбирает фрагменты файлов и просит провайдеров предоставить доказательства на основе дерева Меркла, демонстрирующие, что они обладают этими данными. Провайдеры, не прошедшие испытания или ушедшие в оффлайн, теряли бы свои депозиты и будущий поток платежей.
Этот подход предлагает несколько преимуществ по сравнению с централизованным хранением. Доказательства на основе дерева Меркла обеспечивают эффективную верификацию — пользователи и контракт могут подтвердить доступность файлов без загрузки целых файлов. Система естественно распределяет файлы между несколькими независимыми провайдерами, создавая избыточность без необходимости в явных протоколах репликации. Экономические стимулы согласуют поведение провайдеров с потребностями пользователей: провайдеры зарабатывают деньги, надёжно храня данные, и теряют деньги, если этого не делают. Это устраняет требование доверия, присущее централизованным решениям хранения.
Стоимость хранения в такой системе потенциально может быть ниже, чем у централизованных альтернатив, по нескольким причинам. Устранение монопольного ценообразования позволяет рыночной конкуренции снизить стоимость до уровня, близкого к фактической стоимости хранения. Неявная избыточность от нескольких пользователей, хранящих похожие файлы, может уменьшить общие потребности в хранении. Нет необходимости в дорогостоящей инфраструктуре центров обработки данных или корпоративных накладных расходах. Тем не менее остаются проблемы с механизмами оплаты, обеспечением достаточного участия провайдеров и управлением компромиссом между избыточностью и стоимостью. Несмотря на эти проблемы, децентрализованное хранилище демонстрирует, как Ethereum может координировать сложные многосторонние взаимодействия исключительно через экономические стимулы.
Decentralized Autonomous Organizations
Eine Dezentrale Autonome Organisation (DAO) ist eine virtuelle Entitaet, die eine Gruppe von Mitgliedern oder Aktionaeren hat, die gemeinsam das Recht haben, die Mittel der Entitaet auszugeben und ihren Code zu aendern. Eine typische DAO funktioniert mit einer einfachen Regel: 67% der Mitglieder werden benoetigt, um Ausgabenentscheidungen zu treffen oder den Code der Organisation zu aendern. Mitglieder koennen Vorschlaege einreichen, darueber abstimmen, und wenn ein Vorschlag ausreichende Unterstuetzung erhaelt, fuehrt der Vertrag die Entscheidung automatisch aus. Mitgliedsanteile koennen uebertragbar sein, was einen liquiden Markt fuer DAO-Beteiligung ermoeglicht, und verschiedene Anteilsklassen koennen unterschiedliche Stimmrechte oder wirtschaftliche Ansprueche haben.
Das einfachste DAO-Design ist ein sich selbst aendernder Vertrag, der eine Mitgliederliste fuehrt und eine 2/3-Mehrheitsabstimmung erfordert, um jeden Aspekt des Vertrags zu aendern, einschliesslich seiner eigenen Abstimmungsregeln. Mitglieder wuerden Codeaenderungen als Transaktionen einreichen, andere Mitglieder wuerden abstimmen, und bei Erreichen der Schwelle wuerde sich der Vertrag selbst aktualisieren. Ausgefeiltere Designs koennten delegierte Abstimmungssysteme umfassen, bei denen Mitglieder ihre Stimmrechte an Vertreter uebertragen koennen, oder eine liquide Demokratie, bei der Stimmen delegiert, aber jederzeit fuer wichtige Entscheidungen zurueckgefordert werden koennen.
DAOs koennen verschiedenen Zwecken ueber die einfache Fondsverwaltung hinaus dienen. Eine DAO koennte als dezentrales Unternehmen fungieren, Auftragnehmer einstellen, Dienstleistungen einkaufen und Gewinne an Aktionaere verteilen — alles gesteuert durch Smart-Contract-Code statt traditionelle Rechtsstrukturen. Sie koennte als dezentraler Investmentfonds operieren, wobei Mitglieder darueber abstimmen, welche Projekte finanziert werden. Sie koennte eine gemeinsame Ressource verwalten, wobei Beteiligte ueber Zuteilungsregeln abstimmen. Die zentrale Erkenntnis ist, dass DAOs durch die Kodierung von Governance-Regeln in transparentem, unveraenderlichem Code und deren Verknuepfung mit wirtschaftlichem Einsatz Gruppenentscheidungen koordinieren koennen, ohne traditionelles hierarchisches Management oder rechtliche Durchsetzung zu benoetigen.
Decentralized Autonomous Organizations
Децентрализованная автономная организация (DAO) — это виртуальная сущность, имеющая набор участников или акционеров, которые коллективно обладают правом расходовать средства организации и изменять её код. Типичная DAO работает по простому правилу: 67% участников необходимы для принятия решений о расходовании средств или изменения кода организации. Участники могут подавать предложения, голосовать по ним, и если предложение получает достаточную поддержку, контракт автоматически исполняет решение. Доли участников могут быть передаваемыми, обеспечивая ликвидный рынок для участия в DAO, а различные классы долей могут иметь различные права голоса или экономические требования.
Простейшая конструкция DAO — это самомодифицирующийся контракт, поддерживающий список участников и требующий голосования с большинством 2/3 для изменения любого аспекта контракта, включая его собственные правила голосования. Участники подавали бы изменения кода в виде транзакций, другие участники голосовали бы, и по достижении порога контракт обновлял бы себя. Более сложные конструкции могут включать системы делегированного голосования, где участники могут передавать свои полномочия голосования представителям, или ликвидную демократию, где голоса могут быть делегированы, но в любой момент возвращены для важных решений.
DAO могут служить различным целям помимо простого управления фондами. DAO может функционировать как децентрализованная корпорация, нанимая подрядчиков, приобретая услуги и распределяя прибыль между акционерами — всё это управляется кодом смарт-контракта, а не традиционными юридическими структурами. Она может действовать как децентрализованный инвестиционный фонд, где участники голосуют за то, какие проекты финансировать. Она может управлять общим ресурсом, где заинтересованные стороны голосуют за правила распределения. Ключевое понимание заключается в том, что, кодируя правила управления в прозрачном, неизменяемом коде и привязывая их к экономической ставке, DAO могут координировать групповые решения без необходимости в традиционном иерархическом управлении или юридическом принуждении.
Further Applications
Ueber die bereits besprochenen Hauptkategorien hinaus ermoeglicht Ethereum zahlreiche weitere Anwendungen. Sparwallets mit ausgefeilten Sicherheitsfunktionen koennen taegliche Abhebungslimits auferlegen und gleichzeitig Notfallschluessel fuer die Wiederherstellung bereitstellen, um Benutzer vor Diebstahl zu schuetzen und dabei die ultimative Kontrolle zu bewahren. Ernteversicherungsvertraege koennen Landwirten automatisch basierend auf Wetterdatenfeeds auszahlen, wodurch die Schadensbearbeitung eliminiert und der Verwaltungsaufwand reduziert wird. Peer-to-Peer-Gluecksspielanwendungen koennen ohne jeden vertrauenswuerdigen Vermittler betrieben werden, wobei Smart Contracts Einsaetze halten und Gewinner automatisch basierend auf verifizierbaren Zufallszahlen oder realen Ereignisdaten auszahlen.
On-Chain-Vorhersagemaerkte ermoegllichen es Benutzern, auf zukuenftige Ereignisse zu wetten und schaffen leistungsfaehige Prognosemechanismen durch die Weisheit der Masse. Diese koennen mit SchellingCoin-artigen Protokollen erweitert werden, um dezentrale Orakel zu schaffen: Teilnehmer berichten unabhaengig Daten (wie Wahlergebnisse oder Wetterbedingungen), und diejenigen, deren Berichte mit der Mehrheit uebereinstimmen, erhalten Belohnungen, waehrend Ausreisser bestraft werden. Dieser kryptooekonomische Ansatz schafft Anreize fuer ehrliche Berichterstattung und kann anderen Vertraegen zuverlaessige reale Daten liefern, ohne Vertrauen in einen einzelnen Orakel-Anbieter zu erfordern.
Multi-Signatur-Wallets stellen eine weitere wichtige Anwendung dar und ermoeglichen die gemeinsame Kontrolle von Geldern zwischen mehreren Parteien. Ein 2-von-3 Multi-Sig-Wallet koennte erfordern, dass zwei von drei bestimmten Parteien eine Transaktion genehmigen, bevor Gelder ausgegeben werden koennen, nuetzlich fuer Treuhandvereinbarungen, Unternehmensschatzkammern oder persoenliche Sicherheit. Dezentrale Marktplaetze koennen Identitaetssysteme, Reputationsbewertungen, Treuhandvertraege und Streitbeilegungsmechanismen kombinieren, um Peer-to-Peer-Handel ohne zentralisierte Plattformen zu ermoeglichen. Jede dieser Anwendungen demonstriert, wie die Programmierbarkeit von Ethereum neue Vertrauensmodelle und Organisationsstrukturen ermoeglicht.
Further Applications
Помимо уже рассмотренных основных категорий, Ethereum позволяет создавать многочисленные другие приложения. Сберегательные кошельки с продвинутыми функциями безопасности могут устанавливать ежедневные лимиты снятия, предоставляя при этом экстренные ключи для восстановления, защищая пользователей от кражи и сохраняя полный контроль. Контракты страхования урожая могут автоматически выплачивать фермерам на основе потоков метеорологических данных, устраняя обработку претензий и снижая административные расходы. Приложения для одноранговых азартных игр могут работать без каких-либо доверенных посредников, при этом смарт-контракты удерживают ставки и автоматически выплачивают выигрыши на основе верифицируемых случайных чисел или данных о реальных событиях.
Ончейн-рынки предсказаний позволяют пользователям делать ставки на будущие события, создавая мощные механизмы прогнозирования через мудрость толпы. Они могут быть дополнены протоколами типа SchellingCoin для создания децентрализованных оракулов: участники независимо сообщают данные (такие как результаты выборов или погодные условия), и те, чьи отчёты совпадают с большинством, получают вознаграждения, тогда как отклоняющиеся штрафуются. Этот криптоэкономический подход стимулирует честное сообщение данных и может предоставлять надёжные данные реального мира другим контрактам без необходимости доверять какому-либо единственному провайдеру оракула.
Мультиподписные кошельки представляют ещё одно важное приложение, обеспечивающее совместный контроль средств несколькими сторонами. Мультиподписной кошелёк 2-из-3 может требовать одобрения транзакции двумя из трёх назначенных сторон до того, как средства могут быть потрачены, что полезно для эскроу-соглашений, корпоративных казначейств или личной безопасности. Децентрализованные маркетплейсы могут сочетать системы идентификации, оценки репутации, эскроу-контракты и механизмы разрешения споров для обеспечения одноранговой торговли без централизованных платформ. Каждое из этих приложений демонстрирует, как программируемость Ethereum позволяет создавать новые модели доверия и организационные структуры.
Miscellanea And Concerns
Ethereums Implementierung des modifizierten GHOST-Protokolls umfasst spezifische Regeln fuer die Einbeziehung und Belohnung von Onkeln. Onkel muessen direkte Kinder eines Vorfahren des aktuellen Blocks sein (zwischen 2 und 7 Generationen zurueck), muessen gueltige Block-Header sein, muessen sich von vorherigen Onkeln unterscheiden und duerfen keine direkten Vorfahren des aktuellen Blocks sein. Onkel-Bloecke erhalten 87,5% der Standard-Blockbelohnung, waehrend der einschliessende Block zusaetzliche 3,125% pro eingeschlossenem Onkel erhaelt (bis zu zwei Onkel). Diese Anreizstruktur ermutigt Miner, veraltete Bloecke zu referenzieren, die sie beobachten, was die Netzwerksicherheit staerkt und gleichzeitig Miner belohnt, die voruebergehend Pech mit der Netzwerkpropagation hatten.
Das Gebuehrensystem basiert auf dem Konzept von "Gas", wobei jede Berechnungsoperation einen festen Gas-Preis hat. Beispielsweise kostet eine Multiplikationsoperation 5 Gas, ein SHA256-Hash kostet 20 Gas, und jede Transaktion hat Grundkosten von 21.000 Gas. Benutzer geben sowohl ein Gas-Limit (maximales Gas, das sie zu verbrauchen bereit sind) als auch einen Gas-Preis (wie viel Ether sie pro Gas-Einheit zahlen) an. Dieses System dient mehreren Zwecken: Es verhindert Endlosschleifen und Denial-of-Service-Angriffe, indem sichergestellt wird, dass alle Berechnungen bezahlt werden, es schafft einen Markt fuer Blockraum, auf dem Benutzer ueber Gas-Preise bieten, und es ermoeglicht Minern, einen Mindest-Gas-Preis festzulegen, den sie zu akzeptieren bereit sind, um Netzwerkressourcen zu schuetzen.
Skalierbarkeit bleibt ein bedeutendes Anliegen, da jeder vollstaendige Knoten jede Transaktion verarbeiten muss, um den Zustand zu verifizieren. Aktuelle Blockchain-Architekturen haben Schwierigkeiten, den Transaktionsdurchsatz zentralisierter Systeme zu erreichen. Moegliche Loesungen umfassen Zustandssharding, bei dem verschiedene Knoten verschiedene Teilmengen von Transaktionen verarbeiten, und einen Uebergang von Proof-of-Work zu Proof-of-Stake-Konsens, der eine effizientere Blockproduktion ermoeglichen koennte. Light Clients, die Merkle-Beweise verwenden, koennen Transaktionen verifizieren, ohne alle Bloecke zu verarbeiten, aber jemand muss trotzdem alles verarbeiten. Diese Skalierbarkeitsprobleme stellen aktive Forschungs- und Entwicklungsbereiche dar, die fuer die langfristige Lebensfaehigkeit von Ethereum entscheidend sind.
Miscellanea And Concerns
Реализация модифицированного протокола GHOST в Ethereum включает специфические правила для включения и вознаграждения дядей. Дяди должны быть прямыми потомками предка текущего блока (от 2 до 7 поколений назад), должны быть валидными заголовками блоков, должны быть отличны от предыдущих дядей и не должны быть прямыми предками текущего блока. Блоки-дяди получают 87,5% стандартного вознаграждения за блок, а включающий блок получает дополнительные 3,125% за каждого включённого дядю (до двух дядей). Эта структура стимулов побуждает майнеров ссылаться на устаревшие блоки, которые они наблюдают, укрепляя безопасность сети и одновременно вознаграждая майнеров, которым временно не повезло с распространением по сети.
Система комиссий основана на концепции «газа», где каждая вычислительная операция имеет фиксированную стоимость в газе. Например, операция умножения стоит 5 газа, хеш SHA256 стоит 20 газа, а каждая транзакция имеет базовую стоимость 21 000 газа. Пользователи указывают как лимит газа (максимум газа, который они готовы потребить), так и цену газа (сколько эфира они заплатят за единицу газа). Эта система служит нескольким целям: она предотвращает бесконечные циклы и атаки типа «отказ в обслуживании», гарантируя оплату всех вычислений, создаёт рынок блочного пространства, где пользователи делают ставки через цены газа, и позволяет майнерам устанавливать минимальную цену газа, которую они готовы принять, защищая ресурсы сети.
Масштабируемость остаётся серьёзной проблемой, поскольку каждый полный узел должен обработать каждую транзакцию для верификации состояния. Текущие архитектуры блокчейна с трудом могут сравниться с пропускной способностью транзакций централизованных систем. Потенциальные решения включают шардинг состояния, где различные узлы обрабатывают различные подмножества транзакций, и переход от доказательства работы к консенсусу на основе доказательства доли, который мог бы обеспечить более эффективное производство блоков. Лёгкие клиенты, использующие доказательства Меркла, могут верифицировать транзакции без обработки всех блоков, но кто-то всё равно должен всё обработать. Эти проблемы масштабируемости представляют активные области исследований и разработок, критически важные для долгосрочной жизнеспособности Ethereum.
Conclusion
Das Ethereum-Protokoll wurde urspruenglich als verbesserte Version einer Kryptowaehrung konzipiert, die fortgeschrittene Funktionen wie On-Blockchain-Treuhand, Abhebungslimits und Finanzvertraege durch eine hochgradig verallgemeinerte Programmiersprache bereitstellt. Allerdings geht das Ethereum-Protokoll weit ueber blosse Waehrung hinaus. Protokolle rund um dezentralen Dateispeicher, dezentrale Berechnung und dezentrale Vorhersagemaerkte, neben Dutzenden anderer Konzepte, haben das Potenzial, die Effizienz der Computerindustrie erheblich zu steigern und anderen Peer-to-Peer-Protokollen einen massiven Schub zu geben, indem erstmals eine wirtschaftliche Schicht hinzugefuegt wird.
Anstatt einen begrenzten Satz von Operationen bereitzustellen, die fuer bestimmte Anwendungsfaelle konzipiert sind, stellt Ethereum eine Turing-vollstaendige Programmiersprache bereit, die es Entwicklern ermoeglicht, jede Anwendung zu bauen, die sie entwerfen koennen. Moechten Sie Ihr eigenes Finanzderivat erfinden? Ihre eigene Waehrung schaffen? Eine Regierung auf der Blockchain etablieren? All dies ist trivial mit Ethereums Skripting-System implementierbar. Die Staerke der Plattform liegt nicht in der Vorhersage, welche Anwendungen gebaut werden, sondern in der Bereitstellung der fundamentalen Infrastruktur, die deren Erstellung einfach macht.
Das Konzept einer beliebigen Zustandsuebergangsfunktion, wie vom Ethereum-Protokoll implementiert, bietet eine Plattform mit einzigartigem Potenzial. Anstatt ein geschlossenes Einzelzweck-Protokoll fuer spezifische Anwendungen in Datenspeicherung, Gluecksspiel oder Finanzen zu sein, ist Ethereum von Grund auf offen gestaltet, und wir glauben, dass es ausserordentlich gut geeignet ist, in den kommenden Jahren als Grundschicht fuer eine grosse Anzahl sowohl finanzieller als auch nicht-finanzieller Protokolle zu dienen. Die Anwendungen, die in Zukunft auf Ethereum aufgebaut werden, koennten solche sein, die wir uns heute noch nicht einmal vorstellen koennen, und diese offene Moeglichkeit repraesentiert das wahre Versprechen der Plattform.
Conclusion
Протокол Ethereum изначально был задуман как улучшенная версия криптовалюты, предоставляющая продвинутые функции, такие как ончейн-эскроу, лимиты снятия и финансовые контракты через высокообобщённый язык программирования. Однако протокол Ethereum выходит далеко за рамки простой валюты. Протоколы децентрализованного файлового хранилища, децентрализованных вычислений и децентрализованных рынков предсказаний, среди десятков других концепций, обладают потенциалом для существенного повышения эффективности вычислительной индустрии и массового развития других одноранговых протоколов, впервые добавляя экономический слой.
Вместо предоставления ограниченного набора операций, предназначенных для конкретных сценариев использования, Ethereum предоставляет Тьюринг-полный язык программирования, позволяющий разработчикам создавать любое приложение, которое они могут спроектировать. Хотите изобрести собственный финансовый дериватив? Создать собственную валюту? Основать правительство на блокчейне? Всё это тривиально реализуемо с помощью скриптовой системы Ethereum. Мощь платформы заключается не в предсказании того, какие приложения будут построены, а в предоставлении фундаментальной инфраструктуры, делающей их создание лёгким.
Концепция произвольной функции перехода состояний, реализованная протоколом Ethereum, предоставляет платформу с уникальным потенциалом. Вместо того чтобы быть закрытым протоколом единственного назначения для конкретных приложений в хранении данных, азартных играх или финансах, Ethereum открыт по замыслу, и мы считаем, что он чрезвычайно хорошо подходит для того, чтобы служить фундаментальным слоем для большого количества как финансовых, так и нефинансовых протоколов в ближайшие годы. Приложения, которые будут построены на Ethereum в будущем, могут оказаться теми, которые мы не можем даже вообразить сегодня, и эта открытая возможность представляет собой истинное обещание платформы.
References and Further Reading
Das Ethereum-Whitepaper baut auf umfangreichen frueheren Arbeiten in der Kryptowaehrungs- und verteilten Systemforschung auf. Das grundlegende Bitcoin-Protokoll wird in Satoshi Nakamotos originalem Paper von 2008 "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System" beschrieben, das das Konzept einer Blockchain-basierten digitalen Waehrung einfuehrte. Fruehe Versuche, die Funktionalitaet von Bitcoin zu erweitern, umfassen Namecoin, ein dezentrales Namensregistrierungssystem, das Blockchain-Anwendungen jenseits von Waehrung demonstrierte, wenn auch durch Bitcoins eingeschraenkte Skripting-Faehigkeiten begrenzt.
Das Colored-Coins-Whitepaper schlug eine Methode vor, alternative Vermoegenswerte auf der Bitcoin-Blockchain darzustellen, indem bestimmte Bitcoins "eingefaerbt" werden, um andere Vermoegenswerte zu repraesentieren, waehrend Mastercoin versuchte, eine Protokollschicht ueber Bitcoin fuer komplexere Finanzinstrumente zu schaffen. Beide hoben die Einschraenkungen des Aufbaus auf Bitcoin hervor und motivierten die Notwendigkeit einer flexibleren Plattform. Das Konzept dezentraler autonomer Unternehmen, das im Bitcoin Magazine untersucht wurde, lieferte theoretische Grundlagen fuer organisatorische Governance durch Smart Contracts.
Wichtige technische Komponenten umfassen die vereinfachte Zahlungsverifizierung (SPV) fuer Light Clients, Merkle-Baeume fuer effiziente Datenverifizierung und Patricia-Tries fuer Ethereums Zustandsdarstellung. Das GHOST-Protokoll (Greedy Heaviest Observed Subtree), beschrieben in einem Kryptographie-Paper von 2013, adressiert Sicherheitsprobleme, die durch schnelle Blockzeiten entstehen, und bildet die Grundlage fuer Ethereums Konsensmechanismus. Diese Referenzen repraesentieren die intellektuellen Grundlagen, auf denen Ethereum aufgebaut wurde, und kombinieren Erkenntnisse aus Kryptowaehrung, verteilten Systemen, Kryptographie und Spieltheorie, um eine universelle Blockchain-Plattform zu schaffen.
References and Further Reading
Whitepaper Ethereum основывается на обширных предшествующих работах в области исследований криптовалют и распределённых систем. Основополагающий протокол Bitcoin описан в оригинальной статье Сатоси Накамото 2008 года «Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System», которая представила концепцию цифровой валюты на основе блокчейна. Ранние попытки расширить функциональность Bitcoin включают Namecoin — децентрализованную систему регистрации имён, демонстрирующую блокчейн-приложения за пределами валюты, хотя и ограниченную возможностями скриптов Bitcoin.
Whitepaper colored coins предложил метод представления альтернативных активов на блокчейне Bitcoin путём «окрашивания» определённых биткоинов для обозначения других активов, тогда как Mastercoin попытался создать протокольный слой поверх Bitcoin для более сложных финансовых инструментов. Оба подчеркнули ограничения строительства на Bitcoin и мотивировали необходимость более гибкой платформы. Концепция децентрализованных автономных корпораций, исследованная в Bitcoin Magazine, предоставила теоретические основы для организационного управления через смарт-контракты.
Ключевые технические компоненты включают упрощённую верификацию платежей (SPV) для лёгких клиентов, деревья Меркла для эффективной верификации данных и деревья Патриции для представления состояния Ethereum. Протокол GHOST (Greedy Heaviest Observed Subtree), описанный в криптографической статье 2013 года, решает проблемы безопасности, возникающие при быстром времени создания блоков, и формирует основу механизма консенсуса Ethereum. Эти ссылки представляют интеллектуальный фундамент, на котором был построен Ethereum, сочетая знания из криптовалют, распределённых систем, криптографии и теории игр для создания универсальной блокчейн-платформы.
