Ethereum: Eine Plattform der nächsten Generation für Smart Contracts und dezentrale Anwendungen
Abstract
Ethereumは、チューリング完全なプログラミング言語を内蔵したブロックチェーンを導入する、次世代の暗号通貨および分散型アプリケーションプラットフォームです。これにより、誰でもスマートコントラクトや分散型アプリケーションを作成し、所有権、トランザクション形式、状態遷移関数に関する独自のルールを自由に定義することができます。
Ethereumの根本的なイノベーションは、Bitcoinによって開拓されたブロックチェーン技術と汎用プログラミング環境を組み合わせたことにあります。Bitcoinがある口座から別の口座への通貨移動のためのシンプルな状態遷移システムを提供するのに対し、Ethereumは開発者が想像しうるあらゆる種類の分散型アプリケーション——代替通貨や金融商品からドメイン登録システム、分散型組織に至るまで——を構築できるプラットフォームを提供します。
Ethereumは、本質的に究極の抽象的基盤レイヤーを構築することでこれを実現します。すなわち、チューリング完全なプログラミング言語を内蔵したブロックチェーンであり、誰でもスマートコントラクトや分散型アプリケーションを作成して、所有権、トランザクション形式、状態遷移関数に関する独自のルールを自由に定義できます。Namecoinの基本的なバージョンはわずか2行のコードで記述でき、通貨やレピュテーションシステムなどの他のプロトコルは20行未満で構築できます。
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.
Introduction and Existing Concepts
分散型デジタル通貨の概念は、財産登記などの代替的応用と同様に、数十年前から存在していました。1980年代から1990年代にかけての匿名電子マネープロトコルは、主にチャウミアンブラインディングと呼ばれる暗号プリミティブに依存しており、高度なプライバシーを備えた通貨を提供していましたが、中央集権的な仲介者への依存のため、これらのプロトコルは普及に至りませんでした。1998年、Wei Daiのb-moneyが、計算パズルの解決による貨幣創造と分散型コンセンサスの概念を導入した最初の提案となりましたが、分散型コンセンサスの実際の実装方法についての詳細は不十分でした。
2009年、Satoshi Nakamotoによって、分散型通貨が初めて実用的に実装されました。公開鍵暗号による所有権管理の確立された技術と、誰がコインを所有しているかを追跡するための「プルーフ・オブ・ワーク」と呼ばれるコンセンサスアルゴリズムを組み合わせたものです。プルーフ・オブ・ワークの仕組みは、2つの問題を同時に解決したという点で画期的でした。第一に、ネットワーク内のノードがBitcoin台帳の状態に対する正規の更新セットに集団的に合意できる、シンプルかつ適度に効果的なコンセンサスアルゴリズムを提供しました。第二に、コンセンサスプロセスへの自由な参加を可能にする仕組みを提供し、誰がコンセンサスに影響を与えるかを決定するという政治的問題を解決すると同時に、シビル攻撃を防止しました。
Bitcoinブロックチェーンは長年の運用を通じて驚くほど堅牢であることが証明されましたが、本質的な限界があります。Bitcoinのスクリプト言語は意図的に制限的かつ非チューリング完全に設計されており、ループやより複雑なアプリケーションの構築に必要な多くの機能を欠いています。この制限は無限ループやその他の計算攻撃を防ぐために存在しますが、Bitcoin上に構築できるものを大幅に制約しています。
過去5年間で、Bitcoinの機能を拡張するための多くの試みがありました。カラードコインはBitcoinブロックチェーンを利用して代替資産の所有権を追跡しようとし、Namecoinは分散型の名前登録データベースの作成を試み、様々なメタコインプロトコルがBitcoin上に追加レイヤーを構築することを目指しました。これらのアプローチは有望でしたが、Bitcoinのスクリプト機能の制限とスクリプト内からブロックチェーンデータにアクセスできないことにより、最終的には限界がありました。
Ethereumが提供しようとしているのは、完全なチューリング完全プログラミング言語を内蔵したブロックチェーンです。この言語は、任意の状態遷移関数をエンコードできる「コントラクト」の作成に使用でき、ユーザーは上述のシステムのいずれか、さらには我々がまだ想像していない多くのシステムを、わずか数行のコードでロジックを記述するだけで作成することができます。
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.
Bitcoin As A State Transition System
技術的な観点から、Bitcoinのような暗号通貨の台帳は状態遷移システムと考えることができます。「状態」はすべての既存bitcoinの所有権の状況で構成され、「状態遷移関数」は状態とトランザクションを受け取り、結果として新しい状態を出力します。標準的な銀行システムでは、例えば、状態は貸借対照表であり、トランザクションはAからBへ\(Xを移動する要求であり、状態遷移関数はAの口座の値を\)X減少させ、Bの口座の値を\(X増加させます。もしAの口座に最初から\)X未満しかなければ、状態遷移関数はエラーを返します。
Bitcoinにおける「状態」は、鋳造されたがまだ使われていないすべてのコイン（技術的には「未使用トランザクション出力」またはUTXO）の集合です。各UTXOは額面と所有者（本質的に暗号公開鍵である20バイトのアドレスで定義される）を持っています。トランザクションは1つ以上の入力を含み、各入力は既存のUTXOへの参照と所有者のアドレスに関連付けられた秘密鍵によって生成された暗号署名を含みます。また、1つ以上の出力を含み、各出力は状態に追加される新しいUTXOを含みます。
状態遷移関数APPLY(S,TX) - S'は、おおよそ以下のように定義できます：
- TX内の各入力について、参照されたUTXOがSに存在しない場合、エラーを返す。
- 提供された署名がUTXOの所有者と一致しない場合、エラーを返す。
- すべての入力UTXOの額面の合計が、すべての出力UTXOの額面の合計より小さい場合、エラーを返す。
- すべての入力UTXOが削除され、すべての出力UTXOが追加されたSを返す。
最初のステップの前半は、トランザクション送信者が存在しないコインを使うことを防ぎ、最初のステップの後半は、トランザクション送信者が他人のコインを使うことを防ぎ、2番目のステップは価値の保存を強制します。これを支払いに使用するためのプロトコルは次の通りです：AliceがBobに11.7 BTCを送りたいとします。まず、Aliceは自分が所有する利用可能なUTXOの中から合計が少なくとも11.7 BTCになるセットを探します。現実的には、Aliceはちょうど11.7 BTCを得ることはできません。得られる最小の組み合わせが6+4+2=12だとします。そして、3つの入力と2つの出力を持つトランザクションを作成します。最初の出力はBobのアドレスを所有者とする11.7 BTCであり、2番目の出力は残りの0.3 BTCの「おつり」で、所有者はAlice自身です。
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.
Mining
信頼できる中央集権的なサービスにアクセスできれば、このシステムの実装は自明です。記述された通りにコーディングし、中央サーバーのハードドライブを使って状態を追跡するだけで済みます。しかし、Bitcoinでは分散型通貨システムを構築しようとしているため、すべての人がトランザクションの順序に合意することを保証するために、状態遷移システムとコンセンサスシステムを組み合わせる必要があります。Bitcoinの分散型コンセンサスプロセスでは、ネットワーク内のノードが「ブロック」と呼ばれるトランザクションのパッケージを継続的に生成しようと試みます。ネットワークはおよそ10分ごとに1つのブロックを生成することを意図しており、各ブロックにはタイムスタンプ、ノンス、前のブロックへの参照（すなわちハッシュ）、および前のブロック以降に行われたすべてのトランザクションのリストが含まれます。
時間の経過とともに、これはBitcoin台帳の最新の状態を表すために常に更新される、永続的で成長し続ける「ブロックチェーン」を生み出します。このパラダイムにおいてブロックが有効かどうかを検証するアルゴリズムは以下の通りです：
- ブロックが参照する前のブロックが存在し、有効であることを確認する。
- ブロックのタイムスタンプが前のブロックのタイムスタンプより大きく、未来の2時間以内であることを確認する。
- ブロックのプルーフ・オブ・ワークが有効であることを確認する。
- Sを前のブロックの終了時点の状態とする。
- TXをn個のトランザクションからなるブロックのトランザクションリストとする。0...n-1のすべてのiについて、S = APPLY(S,TX[i])とする。いずれかの適用がエラーを返した場合、終了してfalseを返す。
- trueを返し、Sをこのブロックの終了時点の状態として登録する。
本質的に、ブロック内の各トランザクションは、トランザクション実行前の正規の状態から新しい状態への有効な状態遷移を提供しなければなりません。状態はブロック内にいかなる形でもエンコードされていないことに注意してください。状態は純粋に検証ノードによって記憶される抽象概念であり、ジェネシス状態から始めてすべてのブロック内のすべてのトランザクションを順次適用することによってのみ、任意のブロックに対して（安全に）計算できます。
マイナーは、新しく作成されたbitcoinとトランザクション手数料によって計算作業に対する報酬を受け取ります。マイニングプロセスは次のように機能します：マイナーはブロックヘッダーを取得し、特定の難易度ターゲット以下のハッシュを見つけるまで、異なるノンス値で繰り返しハッシュ化します。マイナーがそのようなハッシュを見つけると、ブロックをネットワークにブロードキャストし、他のノードがハッシュの有効性とブロック内のすべてのトランザクションの有効性を検証します。難易度ターゲットは、ブロックがおおよそ一定の速度で生成されることを保証するために、プロトコルによって2016ブロック（約2週間）ごとに自動的に調整されます。
長期的には、ブロックチェーンのセキュリティはマイナーが正直に行動する経済的インセンティブを持っていることに依存することに注意してください。攻撃者がネットワークのマイニングパワーの50%以上を制御する場合、正直なチェーンよりも速く成長する代替ブロックチェーンを作成することで「51%攻撃」を実行できる可能性があります。しかし、そのような攻撃には膨大な計算リソースが必要であり、ブロックチェーンの完全性に対するネットワークの信頼が失われることで、攻撃者のマイニング報酬が無価値になる可能性が高いでしょう。
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.
Merkle Trees
マークル木は、Bitcoinブロックにおいてトランザクションの包含を効率的かつ安全に検証するために使用される基本的なデータ構造です。マークル木はハッシュの二分木であり、リーフノードには個々のトランザクションのハッシュが含まれ、各内部ノードにはその2つの子のハッシュが含まれ、再帰的に構築されて最終的にブロックヘッダーに格納される単一のルートハッシュになります。この階層構造により、ブロック内のすべてのトランザクションをダウンロードすることなく、トランザクションからルートまでのハッシュの連鎖であるマークルブランチのみをダウンロードすることで、特定のトランザクションがブロックに含まれていることを誰でも検証できます。
効率性の向上は顕著です：完全なBitcoinノードはブロックチェーン全体を保存する必要がありますが（2013年時点で約15GB）、簡易支払い検証（SPV）ノードはマークルルートを含むブロックヘッダーのみをダウンロードすればよく、必要なデータはわずか4MBです。トランザクションを検証するために、SPVノードはフルノードにマークルブランチを要求しますが、これにはブロック内のトランザクション数をnとしてO(log n)のデータしか必要ありません。この対数的なスケーリングにより、モバイルデバイスやリソースの限られた環境でも軽量クライアントを実行することが可能になります。
Bitcoinのマークル木の使用は重要な原則を示しています：暗号構造は分散型ネットワークへの参加に必要な信頼とリソースの要件を劇的に削減できるということです。この同じ原則はEthereumの設計にも基盤として存在しており、マークル木はトランザクションだけでなく状態とレシートの保存にも使用され、さらに洗練されたライトクライアントプロトコルを可能にしています。
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.
Alternative Blockchain Applications
Bitcoinのブロックチェーンの成功は、この概念を単純な通貨を超えて拡張する多くの試みを触発しました。2010年に開始されたNamecoinは最も初期の例の一つであり、ブロックチェーン上に構築された分散型名前登録データベースで、中央機関が検閲や取り消しできない分散型の名前空間にユーザーが名前を登録できるようにしました。カラードコインは、特定のトランザクション出力に「タグ付け」することで、Bitcoinブロックチェーン上で現実世界の資産、会社の株式、または他の暗号通貨の所有権を表す代替資産の手段として登場しました。Mastercoin（後のOmni）などのメタコインやメタプロトコルは、Bitcoinトランザクションに追加データをエンコードし、その上に別のプロトコルルールを構築することで、Bitcoin上に追加機能をレイヤー化しました。
しかし、これらのアプローチはすべて、Bitcoinのアーキテクチャによって課される根本的な制限に苦しみました。Bitcoinのスクリプト言語は意図的に制限されており、ブロックチェーンの状態にアクセスできず、ループや複雑な制御フローを欠き、トランザクション値への内省が限られています。洗練されたアプリケーションを構築するには、不格好な回避策が必要でした：本来そのような目的を想定していないトランザクションフィールドにメタデータをエンコードしたり、複雑なロジックのためにオフチェーンインフラストラクチャに依存したり、プロトコルが達成できることの厳しい制限を受け入れたりする必要がありました。
これらの制約が、より汎用的なブロックチェーンプラットフォームの探求を動機づけました。Bitcoinの限られた基盤の上にさらに別の特殊目的プロトコルを構築するのではなく、Ethereumは異なるアプローチを取ります：チューリング完全なプログラミング言語を内蔵したブロックチェーンを提供し、誰でもスマートコントラクトや分散型アプリケーションを作成して、所有権、トランザクション形式、状態遷移関数に関する任意のルールを定義できるようにします。
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.
Scripting
Bitcoin Script——Bitcoinトランザクションの使用条件を定義するために使用される言語——は、意図的に厳しい制限のもとに設計されています。チューリング完全ではなく、特にループや複雑な制御フロー構造を欠いています。この言語は、値のプッシュとポップ、暗号条件の評価を行い、最終的にトランザクションが有効かどうかを判定するためにtrueまたはfalseを返す、単純なスタックベースの実行環境として動作します。このシンプルさはセキュリティ上の利点を提供し、形式的分析を容易にしますが、多くの種類のアプリケーションの実装を不可能にもしています。
これらの制限は主に3つのカテゴリに分類されます。第一に、チューリング完全性の欠如は、複雑な状態機械、決定木、または反復を必要とするいかなるアルゴリズムの実装も妨げます。第二に、値の不可視性は、スクリプトが引き出し金額に対するきめ細かい制御を指定できないことを意味します——UTXOはその全額でしか使用できず、おつりは新しい出力に送られます。例えば、スクリプトは1日あたりの引き出しをX以下に制限し、残りをロックしたままにするということができません。第三に、ブロックチェーン状態の認識の欠如は、UTXOが使用済みか未使用のいずれかであり中間状態がないことを意味し、多段階のコントラクトをオンチェーンのみで実装することを不可能にしています。
これらの制約により、分散型自律組織、引き出し制限付きの貯蓄ウォレット、分散型取引所、予測市場などの高度なアプリケーションは、不可能であるか、不格好なオフチェーンメカニズムを必要とします。高度な金融コントラクトは、市場データへのアクセス、複数のトランザクションにわたる内部状態の維持、複雑な条件ロジックを必要とするかもしれません——これらのいずれもBitcoin Scriptでは提供できません。Ethereumは、ブロックチェーン状態への完全なアクセスを備えたチューリング完全言語を提供することで、これらの制限を取り除きます。
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.
Ethereum
Ethereumの根本的な目標は、チューリング完全なプログラミング言語を内蔵したブロックチェーンを提供し、誰でもスマートコントラクトや分散型アプリケーションを作成して、所有権、トランザクション形式、状態遷移関数に関する独自のルールを自由に定義できるようにすることです。通貨、名前登録、資産取引などの特定のアプリケーション向けにプロトコルを設計するのではなく、Ethereumは基盤レイヤー——開発者が想像しうるあらゆるアプリケーションを構築するために使用できるブロックチェーンベースの分散コンピューティングプラットフォーム——を提供します。
このアーキテクチャはBitcoinのUTXOモデルとは根本的に異なります。Ethereumはアカウントベースのシステムを使用しており、ブロックチェーンの状態はアドレスからアカウントオブジェクトへのマッピングで構成されます。各アカウントは残高、トランザクションカウンター（ノンス）を持ち、コントラクトアカウントの場合は関連するコードとストレージも持ちます。プラットフォームには、Ethereum仮想マシン（EVM）——トランザクションと状態遷移を処理するスタックベースの実行環境——で実行されるコントラクトコードを記述するための、チューリング完全なプログラミング言語が内蔵されています。
この汎用性により、幅広いアプリケーションが可能になります：カスタム発行ルールを持つ代替暗号通貨、金融デリバティブとステーブルコイン、アイデンティティおよびレピュテーションシステム、分散型ファイルストレージ、分散型自律組織（DAO）、その他多数。ホワイトペーパーは、Ethereumが特定のユースケースに最適化されているのではなく、アカウント、トランザクション、チューリング完全言語、ガスによる計量実行という基本的なビルディングブロックを提供し、開発者がそれらを組み合わせてエコシステムが求めるあらゆるアプリケーションを作成できることを強調しています。
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 Accounts
Ethereumにおいて、状態はアカウントで構成されており、2つの基本的な種類があります。外部所有アカウント（EOA）は秘密鍵によって制御され、関連するコードを持ちません——ブロックチェーンと対話する人間のユーザーや外部エンティティを表します。コントラクトアカウントはそのコントラクトコードによって制御され、メッセージまたはトランザクションを受信した際に起動されます。両方の種類は共通の構造を共有しています：すべてのアカウントはノンス（各トランザクションが一度だけ処理されることを保証するために使用されるカウンター）、Ether残高を持ち、コントラクトの場合は特にコントラクトコードと永続ストレージを持ちます。
Etherは Ethereumの主要な内部暗号通貨であり、価値移転の手段とトランザクション手数料（ガス）を支払うための基本単位の両方として機能します。価値が複数の未使用出力に分散されるBitcoinのUTXOモデルとは異なり、Ethereumのアカウントは単純な残高を維持し、Etherを受信すると増加し、送信すると減少します。このアカウントベースのモデルは、特に永続的な状態や複雑なアクセス制御を必要とする多くの種類のアプリケーションを簡素化しますが、Bitcoinのアプローチとは異なるセキュリティ上の考慮事項を導入します。
EOAとコントラクトアカウントの区別は、Ethereumの動作を理解する上で極めて重要です。EOAは秘密鍵でメッセージを作成・署名してトランザクションを開始でき、トランザクションがブロックに含まれるためにガス手数料を支払います。コントラクトアカウントは自らトランザクションを開始することはできませんが、トランザクションやメッセージの受信に応じて他のコントラクトにメッセージを送信できます。これにより、単一の外部トランザクションが複数のコントラクト間のインタラクションをトリガーする、複雑な実行チェーンが可能になります。
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.
Messages and Transactions
Ethereumにおけるトランザクションは、外部所有アカウントによって作成され、ネットワークにブロードキャストされる署名付きデータパッケージです。トランザクションには、受信者アドレス、送信者の身元を証明する暗号署名、送金するEtherの量、オプションのデータフィールド（コントラクトとのインタラクションにおいて重要）、STARTGAS（トランザクションに許可される計算ステップの最大数）、およびGASPRICE（送信者が計算ステップごとに支払う意思のある手数料）が含まれます。マイナーはこれらのトランザクションを収集し、検証し、実行し、ブロックに含め、報酬としてガス手数料を受け取ります。
メッセージはトランザクションと概念的に似ていますが、外部アクターではなくコントラクトによって生成されます。コントラクトのコードが実行されると、他のコントラクトにメッセージを送信できます——これらの内部メッセージには、送信者（コントラクトアドレス）、受信者、送金するEtherの量、オプションのデータペイロード、およびSTARTGAS制限が含まれます。メッセージはコントラクト間の通信を可能にし、モノリシックなプログラムではなく、複数の相互作用するコントラクトから複雑なアプリケーションを構築できるようにします。
ガスメカニズムは不正利用を防ぐために不可欠です：トランザクション内のすべての計算ステップ、ストレージ操作、データバイトがガスを消費します。トランザクションが完了前にガスを使い果たした場合、すべての状態変更はロールバックされます（マイナーへのガス支払いを除く）。これにより、無限ループや過剰な計算がネットワークを停止させることを防ぎます。送信者はガス予算の合計（STARTGAS）と単位あたりの支払い価格（GASPRICE）の両方を指定し、実行完了後に未使用のガスは返金されます。
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.
Ethereum State Transition Function
Ethereumの状態遷移関数APPLY(S,TX) - S'は、トランザクションがブロックチェーンの状態をどのように変換するかを定義し、正確な一連のステップに従います。まず、システムはトランザクションの有効性を検証します：署名が正しいことの確認、ノンスが送信者のアカウントノンスと一致することの確認、送信者が前払い費用（STARTGAS × GASPRICE加えて送金額）を支払うのに十分な残高を持っていることの確認です。いずれかのチェックが失敗した場合、実行開始前にトランザクションは拒否されます。有効であれば、トランザクション手数料が送信者のアカウントから差し引かれ、送信者のノンスがインクリメントされ、トランザクションデータのバイトごとの手数料を差し引いたSTARTGASに初期ガスカウンターが設定されます。
次に、システムは指定されたEther値を送信者から受信者に送金します。受信者が外部所有アカウントの場合、これでトランザクションは完了します。受信者がコントラクトアカウントの場合、コントラクトのコードがEthereum仮想マシン内で実行され、コードが正常に完了するか、コードが明示的に停止するか、ガスが尽きるまで、各操作でガスを消費します。実行中、コントラクトはそのストレージの読み書き、他のコントラクトへのメッセージの送信、新しいコントラクトの作成が可能です。
最後に、値の送金が失敗した場合（残高不足）またはコード実行が失敗した場合（ガス切れまたはエラー発生）、すべての状態変更がロールバックされます——ただし、送信者は実行された計算に対するガス手数料をマイナーに支払います。実行が成功した場合、残りのガスは送信者に返金され、消費されたガスは手数料としてマイナーに送られます。このメカニズムにより、マイナーは計算に対する報酬を受け取り、同時に制御不能な実行が無制限のリソースを消費することを防ぎます。
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.
Code Execution
Ethereum仮想マシン（EVM）は、コントラクトコードが実行されるランタイム環境であり、Java仮想マシンやWebAssemblyと概念的に類似した低レベルのスタックベース仮想マシンです。コントラクトコードはバイトの列として格納され、各バイトはEVMが実行できるオペレーション（オペコード）を表します。実行モデルは意図的にシンプルかつ決定論的です：同じ入力状態とトランザクションでEVMを実行するすべてのノードは、同じ出力状態に到達しなければならず、ネットワーク全体のコンセンサスを保証します。
EVMは計算のために3つの異なるタイプのストレージを提供します。スタックは1024要素に制限された後入先出（LIFO）構造であり、即座の操作値に使用されます。メモリは単一のメッセージコールの間だけ持続し、実行間でリセットされる無限に拡張可能なバイト配列です。ストレージは各コントラクトアカウントに永続的に関連付けられた永続キーバリューストアであり、コントラクトがトランザクションをまたいで長期的な状態を維持する場所です。これらのストレージタイプはガス料金が異なります——スタックとメモリの操作は安価ですが、ストレージ操作はブロックチェーンの肥大化を防ぐために高価です。
実行中、コントラクトコードは重要なコンテキストにアクセスできます：メッセージ送信者のアドレス、送られたEtherの量、呼び出し元が提供したデータペイロード、現在のブロック番号、タイムスタンプ、マイナーアドレスなどのブロックレベルのプロパティを読み取ることができます。コードは呼び出し元に出力バイト配列を返すことができ、他のコントラクトにメッセージを送信したり、新しいコントラクトを作成したりできます。この実行モデルはチューリング完全であり、ループや複雑な制御フローが可能ですが、ガスメカニズムによりすべての計算が有限時間で終了することが保証され、言語の制限ではなく経済的な方法で停止性問題を解決しています。
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.
Blockchain and Mining
Ethereumのブロックチェーンは基本的にBitcoinのものと類似しており、これまでに実行されたすべてのトランザクションを含むデータベースとして機能します。しかし、Bitcoinがトランザクションリストのみを格納するのに対し、Ethereumはトランザクションリストと最新の状態の両方を格納します。Ethereumの各ブロックには、前のブロックのハッシュ、ステートルート（全体の状態を表すマークル・パトリシアトライのルートハッシュ）、トランザクションルート、レシートルート（トランザクション実行からのデータを格納）、そして難易度、タイムスタンプ、ノンスの値が含まれます。状態自体は、アドレスからアカウントオブジェクトへのマッピングである大きなマークル・パトリシアトライであり、各アカウントは残高、ノンス、コード（存在する場合）、およびストレージを持ちます。
Ethereumは、高速なブロック時間から生じるセキュリティ問題に対処するために、GHOST（Greedy Heaviest Observed Subtree）プロトコルの修正版を使用しています。従来の最長チェーンプロトコルでは、高速なブロックは高い陳腐化率をもたらし、ネットワークセキュリティを低下させ、大規模なマイナーが陳腐ブロックでの計算の無駄が少ないため、中央集権化のリスクを増加させます。GHOSTは陳腐ブロック（Ethereumでは「アンクル」と呼ばれる）をどのチェーンが最長かの計算に含め、アンクルブロックに部分的な報酬を提供し、マイナーがそれらを参照するインセンティブを与えます。これにより、Ethereumはネットワークセキュリティを維持しながら、約12秒のターゲットブロック時間を維持できます。
マイニングアルゴリズムはBitcoinのプルーフ・オブ・ワークと同様に機能し、マイナーはブロックのハッシュが特定の難易度ターゲット以下になるノンスを見つける必要があります。しかし、Ethereumのメモリハードなマイニングアルゴリズム（Ethash）はASIC耐性を持つように設計されており、より分散化されたマイニングエコシステムを促進します。難易度はブロック時間に基づいて動的に調整され、約12秒のターゲットを維持し、一貫したブロック生成を保証します。一方、GHOSTプロトコルはBitcoinの10分の平均と比較してより高速なブロック時間にもかかわらず、セキュリティ保証を提供します。
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.
Applications
Ethereum上に構築できるアプリケーションは、大きく3つのカテゴリに分類されます。第一のカテゴリは金融アプリケーションであり、ユーザーに自分のお金に関するコントラクトを管理・締結するより強力な方法を提供します。これにはサブ通貨、金融デリバティブ、ヘッジコントラクト、引き出し制限付きの貯蓄ウォレット、自動的に資金を分配する遺言、さらには検証された作業完了に基づいて支払いを計算する雇用契約が含まれます。これらのアプリケーションはEthereumのプログラマビリティを活用して、従来のシステムやBitcoin上でも実装が不可能または極めて困難な複雑な金融商品を作成します。
第二のカテゴリは半金融アプリケーションであり、お金が関与しますが、行われていることの非金銭的な側面も相当なものです。完璧な例は、計算問題の解決に対する自己強制型の報奨金です。誰かが報酬とともに計算問題を投稿し、コントラクトが提出された解決策を自動的に検証し、最初の正解に報奨金を支払うことができます。このカテゴリは純粋な金融と他の領域を橋渡しし、経済的インセンティブを使用して問題を解決したり行動を調整したりします。
第三のカテゴリは、お金とは一切関係のないアプリケーションであり、オンライン投票や分散型ガバナンスシステムなどです。これらの非金融アプリケーションは、汎用プラットフォームとしてのEthereumの柔軟性を示しています。例としては、Namecoinのような分散型ドメインネームシステム、レピュテーションシステム、分散型ファイルストレージ、組織ガバナンスツールなどがあります。すべてのアプリケーションタイプの中で、トークンシステムが最も一般的かつ基本的なものとして台頭しており、他の多くのアプリケーションのビルディングブロックとして機能しています。
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.
Token Systems
トークンシステムは、最も強力で一般的なアプリケーションの一つであるにもかかわらず、Ethereum上での実装は驚くほど簡単です。その核心において、トークンシステムは単一の操作を持つデータベースに過ぎません：アカウントAからX単位を差し引き、アカウントBにX単位を加える。ただし、トランザクション前にAが少なくともX単位を保有しており、トランザクションがAによって承認されていることが条件です。実装には、アドレスから残高へのマッピングを維持し、トークンをアカウント間で移動する前に適切なチェックを行う送金関数を提供する必要があります。
基本的なトークンシステムのコントラクトコードは非常にシンプルで、わずか数行で記述できます。アドレスから残高へのマッピングのデータ構造、初期トークン供給量を割り当てる初期化関数、送信者の残高と承認をチェックしてから送金を実行する送金関数で構成されます。このシンプルさは、Bitcoinの制限されたスクリプト機能のために大幅な回避策と制限が必要な同様のシステムの実装の複雑さとは対照的です。
Ethereum上のトークンは、価値のあるものであれば事実上何でも表すことができます。独自の金融政策を持つサブ通貨、外部資産を追跡する金融デリバティブ、配当権付きの会社株式、顧客プログラムのロイヤリティポイント、金や石油などの商品、さらには物理的財産の表現までも可能です。Ethereumのプログラマビリティにより、これらのトークンは送金制限、自動バーンメカニズム、配当分配、ガバナンス権限など、その行動を支配する任意のルールを持つことができます。この柔軟性により、トークンシステムはEthereumエコシステムの大部分の基盤となるビルディングブロックとなっています。
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.
Financial Derivatives and Stable-Value Currencies
金融デリバティブは、Ethereumスマートコントラクトの最も基本的かつ重要なアプリケーションの一つです。シンプルなヘッジコントラクトが基本的な仕組みを示しています：当事者Aが1000ドル相当のEtherを預け入れ、当事者Bが同等の金額を預け入れ、コントラクトがデータフィードを使用してその時点でのEtherのUSD価値を記録します。30日後、コントラクトは価値を再計算し、1000ドル相当のEtherをAに送り、残りをBに送ります。Etherの価格が上昇した場合、Aはより少ないEtherを受け取りますが1000ドルの価値を維持します。価格が下落した場合、Aはその価値を維持するためにより多くのEtherを受け取ります。これにより、Aはボラティリティに対してヘッジし、Bは価格変動に投機することができます。
このようなコントラクトの実装には、オラクルコントラクトやデータフィードを通じた外部データへのアクセスが必要です。これらのオラクルは、コントラクトが適切に実行するために必要な価格情報、気象データ、その他の現実世界の情報を提供します。オラクルは信頼への依存を導入しますが、冗長性と暗号経済的インセンティブを備えた設計により、信頼性の高いデータを提供できます。コントラクト自体は単にオラクルに問い合わせ、そのデータに基づいて計算を行い、プログラムされたロジックに従って資金を分配します。
ステーブルコインやより複雑な金融商品も、同様のメカニズムを使用して構築できます。ステーブルコインのコントラクトは、Etherのリザーブを維持し、法定通貨にペッグされたトークンを発行し、価格フィードに基づいて供給量や担保要件を自動的に調整することができます。オプション契約、先物、スワップ、その他のデリバティブは、通常であれば複雑な法的枠組みと信頼できる仲介者を必要としますが、代わりに自己実行型のスマートコントラクトとしてエンコードできます。このプログラマブルな金融インフラストラクチャは、ブロックチェーン技術の透明性とセキュリティ保証を維持しながら、高度な金融工学を可能にします。
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.
Identity and Reputation Systems
Namecoinに類似した名前登録システムは、Ethereum上で簡単に実装でき、アイデンティティシステムの最もシンプルな例として機能します。コントラクトは、名前から関連データ（IPアドレス、公開鍵、その他の情報など）へのマッピングであるキーバリューテーブルを持つデータベースを維持します。その名前がまだ取得されていなければ、少額の登録料とともにコントラクトにトランザクションを送信することで、誰でも名前を登録できます。所有者はいつでも関連データを更新でき、名前はコントラクトにエンコードされたルールに従って、譲渡可能にも永続的にもできます。
この基盤の上に、レピュテーションスコア、信頼の網の関係、分散型アイデンティティ検証を含む、より高度なアイデンティティシステムを構築できます。例えば、コントラクトは検証済みトランザクション、ピア評価、タスクの完了に基づいてレピュテーションスコアを維持できます。これらのスコアは公開され、暗号的に特定のアドレスに紐付けられ、アプリケーション間で持ち運び可能なレピュテーションを作成します。信頼の網システムにより、ユーザーは他者のアイデンティティを保証し、正当なユーザーと悪意ある行為者を区別するのに役立つソーシャルグラフを構築できます。
このようなアイデンティティおよびレピュテーションシステムは、他のアプリケーションと統合された場合に特に強力になります。マーケットプレイスは販売者に最低限のレピュテーションスコアを要求でき、融資プラットフォームは借り手のレピュテーションに基づいて金利を調整でき、ソーシャルネットワークは信頼の網を使用してスパムや不正コンテンツをフィルタリングできます。あらゆるアプリケーションが照会できるアイデンティティのための共有インフラストラクチャを提供することで、Ethereumは中央集権的なアイデンティティプロバイダーや独自のレピュテーションシステムに依存しない、新たな信頼ベースのアプリケーション群を可能にします。
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.
Decentralized File Storage
分散型ファイルストレージは、ストレージを必要とするユーザーとストレージを提供するプロバイダーの間を調整するEthereumコントラクトを通じて実装できます。「分散型Dropbox」モデルでは、ユーザーが月額料金を支払ってファイルをアップロードし、コントラクトがデータを実際に保存していることを証明するストレージプロバイダーに支払いを分配します。証明メカニズムは定期的な暗号チャレンジを通じて機能します：コントラクトがファイルの一部をランダムに選択し、プロバイダーにそのデータを所持していることを示すマークル木の証明を提供するよう求めます。チャレンジに失敗したりオフラインになったプロバイダーは、保証金と将来の支払いの流れを失います。
このアプローチは中央集権的なストレージに対していくつかの利点を提供します。マークル木の証明により効率的な検証が可能です——ユーザーとコントラクトはファイル全体をダウンロードすることなくファイルの可用性を確認できます。システムは自然にファイルを複数の独立したプロバイダーに分散させ、明示的なレプリケーションプロトコルを必要とせずに冗長性を生み出します。経済的インセンティブはプロバイダーの行動をユーザーのニーズに合わせます：プロバイダーはデータを確実に保存することで収益を得、それを怠ると損失を被ります。これにより、中央集権的なストレージソリューションに固有の信頼要件が排除されます。
このようなシステムにおけるストレージコストは、いくつかの理由から中央集権的な代替手段よりも低くなる可能性があります。独占的価格設定の排除により、市場競争がコストをストレージの実際のコストに近いところまで引き下げます。複数のユーザーが類似のファイルを保存することによる暗黙的な冗長性が、総ストレージ要件を削減できます。高価なデータセンターインフラストラクチャや企業のオーバーヘッドが不要です。しかし、支払いメカニズム、十分なプロバイダー参加の確保、冗長性とコストのトレードオフの管理に関する課題が残っています。これらの課題にもかかわらず、分散型ストレージは、Ethereumが経済的インセンティブのみを通じて複雑な多者間のインタラクションを調整できることを示しています。
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 Autonomous Organizations
分散型自律組織（DAO）は、メンバーまたは株主のセットを持ち、その組織の資金を支出しコードを修正する権利を集団的に持つ仮想エンティティです。典型的なDAOはシンプルなルールで運営されます：支出の決定または組織のコードの修正にはメンバーの67%が必要です。メンバーは提案を提出し、投票することができ、提案が十分な支持を得た場合、コントラクトが自動的にその決定を実行します。メンバーシップシェアは譲渡可能にでき、DAOへの参加に流動的な市場を可能にし、異なるクラスのシェアは異なる議決権や経済的請求権を持つことができます。
最もシンプルなDAOの設計は、メンバーリストを維持し、コントラクトのいかなる側面（自身の投票ルールを含む）の変更にも3分の2の多数決を必要とする自己修正コントラクトです。メンバーはコード変更をトランザクションとして提出し、他のメンバーが投票し、閾値に達するとコントラクトが自身を更新します。より洗練された設計には、メンバーが投票権を代表者に委任できる代理投票システムや、投票を委任できるが重要な決定の際にはいつでも取り戻せるリキッドデモクラシーなどがあります。
DAOは単純な資金管理を超えて様々な目的に使用できます。DAOは分散型企業として機能し、請負業者を雇用し、サービスを購入し、利益を株主に分配することができ——すべてが従来の法的構造ではなくスマートコントラクトコードによって統治されます。分散型投資ファンドとして運営され、メンバーがどのプロジェクトに資金を提供するかを投票できます。共有資源を管理し、利害関係者が配分ルールについて投票できます。重要な洞察は、ガバナンスルールを透明で不変のコードにエンコードし、経済的利害と結びつけることで、DAOは従来の階層的な管理や法的強制なしにグループの意思決定を調整できるということです。
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.
Further Applications
すでに議論した主要なカテゴリを超えて、Ethereumは他にも多数のアプリケーションを可能にします。高度なセキュリティ機能を持つ貯蓄ウォレットは、回復用の緊急キーを提供しながら日次の引き出し制限を課し、最終的な管理権を維持しつつ盗難からユーザーを保護できます。農作物保険コントラクトは、気象データフィードに基づいて農家に自動的に支払いを行い、保険金請求処理を排除し管理上のオーバーヘッドを削減できます。ピアツーピアのギャンブルアプリケーションは、信頼できる仲介者なしで運営でき、スマートコントラクトが賭け金を保持し、検証可能な乱数または現実世界のイベントデータに基づいて自動的に勝者に支払います。
オンチェーンの予測市場は、ユーザーが将来のイベントに賭けることを可能にし、群衆の知恵を通じて強力な予測メカニズムを生み出します。これらはSchellingCoinスタイルのプロトコルで強化し、分散型オラクルを作成できます：参加者は独立してデータ（選挙結果や気象条件など）を報告し、多数派と一致した報告をした者には報酬が与えられ、外れ値にはペナルティが課されます。この暗号経済的アプローチは正直な報告にインセンティブを与え、単一のオラクルプロバイダーへの信頼を必要とせずに、他のコントラクトに信頼性の高い現実世界のデータを提供できます。
マルチシグウォレットは、複数の当事者間での資金の共有管理を可能にするもう一つの重要なアプリケーションです。2-of-3のマルチシグウォレットは、資金の支出前に指定された3者のうちいずれか2者による承認を必要とし、エスクロー取引、企業の財務管理、個人のセキュリティに有用です。分散型マーケットプレイスは、アイデンティティシステム、レピュテーションスコア、エスクローコントラクト、紛争解決メカニズムを組み合わせて、中央集権的なプラットフォームなしにピアツーピアの商取引を可能にできます。これらのアプリケーションのそれぞれが、Ethereumのプログラマビリティが新しい信頼モデルと組織構造を可能にすることを示しています。
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.
Miscellanea And Concerns
Ethereumの修正GHOSTプロトコルの実装には、アンクルの包含と報酬に関する具体的なルールが含まれます。アンクルは現在のブロックの祖先の直接の子でなければならず（2世代から7世代前の間）、有効なブロックヘッダーでなければならず、以前のアンクルとは異なるものでなければならず、現在のブロックの直接の祖先であってはなりません。アンクルブロックは標準的なブロック報酬の87.5%を受け取り、包含するブロックは包含されたアンクル1つあたり追加の3.125%を受け取ります（最大2つのアンクルまで）。このインセンティブ構造により、マイナーは観察した陳腐ブロックを参照するよう促され、ネットワークセキュリティを強化しながら、ネットワーク伝播の一時的な不運を経験したマイナーに報酬を与えます。
手数料システムは「ガス」の概念に基づいており、すべての計算操作には固定のガスコストがあります。例えば、乗算操作は5ガス、SHA256ハッシュは20ガスのコストがかかり、すべてのトランザクションには21,000ガスの基本コストがかかります。ユーザーはガスリミット（消費する意思のある最大ガス）とガスプライス（ガス単位あたり支払うEtherの量）の両方を指定します。このシステムは複数の目的を果たします：すべての計算に対価が支払われることを保証することで無限ループやサービス拒否攻撃を防止し、ユーザーがガスプライスを通じて入札するブロックスペースの市場を作り出し、マイナーが受け入れる最低ガスプライスを設定できるようにしてネットワークリソースを保護します。
スケーラビリティは依然として重大な懸念事項です。すべてのフルノードが状態を検証するためにすべてのトランザクションを処理しなければならないからです。現在のブロックチェーンアーキテクチャは、中央集権的なシステムのトランザクションスループットに匹敵するのに苦労しています。潜在的な解決策には、異なるノードが異なるトランザクションのサブセットを処理するステートシャーディングや、より効率的なブロック生成を可能にするプルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークへの移行が含まれます。マークル証明を使用するライトクライアントは、すべてのブロックを処理せずにトランザクションを検証できますが、誰かがすべてを処理しなければなりません。これらのスケーラビリティの課題は、Ethereumの長期的な存続可能性にとって重要な、活発な研究開発分野を表しています。
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.
Conclusion
Ethereumプロトコルは当初、オンブロックチェーンのエスクロー、引き出し制限、金融コントラクトなどの高度な機能を、高度に汎用化されたプログラミング言語を通じて提供する、暗号通貨のアップグレード版として構想されました。しかし、Ethereumプロトコルは単なる通貨をはるかに超えています。分散型ファイルストレージ、分散型計算、分散型予測市場を含む数十のコンセプトに関するプロトコルは、計算産業の効率を大幅に向上させ、初めて経済レイヤーを追加することで他のピアツーピアプロトコルに大きな後押しを提供する可能性があります。
特定のユースケース向けに設計された限定的な操作セットを提供するのではなく、Ethereumは開発者が設計できるあらゆるアプリケーションを構築できるチューリング完全なプログラミング言語を提供します。独自の金融デリバティブを発明したいですか？独自の通貨を作成したいですか？ブロックチェーン上に政府を設立したいですか？これらはすべてEthereumのスクリプトシステムで簡単に実装可能です。プラットフォームの力は、どのようなアプリケーションが構築されるかを予測することにあるのではなく、それらの構築を容易にする基盤インフラストラクチャを提供することにあります。
Ethereumプロトコルによって実装された任意の状態遷移関数の概念は、独自の可能性を持つプラットフォームを提供します。データストレージ、ギャンブル、または金融における特定のアプリケーションを意図した閉鎖的で単一目的のプロトコルであるのではなく、Ethereumは設計上オープンエンドです。そして我々は、今後数年間にわたって、多数の金融および非金融プロトコルの基盤レイヤーとして機能するのに極めて適していると信じています。将来Ethereum上に構築されるアプリケーションは、今日の我々には想像もできないものかもしれません。そのオープンエンドの可能性こそが、このプラットフォームの真の約束を表しています。
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.
References and Further Reading
Ethereumのホワイトペーパーは、暗号通貨および分散システム研究における広範な先行研究の上に構築されています。基盤となるBitcoinプロトコルは、Satoshi Nakamotoの2008年の原論文「Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System」に記述されており、ブロックチェーンベースのデジタル通貨の概念を導入しました。Bitcoinの機能を拡張する初期の試みには、通貨を超えたブロックチェーンアプリケーションを実証した分散型名前登録システムであるNamecoinが含まれますが、Bitcoinの制限されたスクリプト機能により限界がありました。
カラードコインのホワイトペーパーは、特定のbitcoinに「色付け」することでBitcoinブロックチェーン上で代替資産を表現する方法を提案し、Mastercoinはより複雑な金融商品のためにBitcoin上にプロトコルレイヤーを作成しようとしました。両者はBitcoin上に構築することの限界を浮き彫りにし、より柔軟なプラットフォームの必要性を動機づけました。Bitcoin Magazineで探求された分散型自律企業の概念は、スマートコントラクトによる組織ガバナンスの理論的基盤を提供しました。
主要な技術的コンポーネントには、ライトクライアント向けの簡易支払い検証（SPV）、効率的なデータ検証のためのマークル木、Ethereumの状態表現のためのパトリシアトライが含まれます。2013年の暗号学論文に記述されたGHOST（Greedy Heaviest Observed Subtree）プロトコルは、高速なブロック時間から生じるセキュリティ問題に対処し、Ethereumのコンセンサスメカニズムの基盤を形成しています。これらの参考文献は、Ethereumが構築された知的基盤を表しており、暗号通貨、分散システム、暗号学、ゲーム理論からの洞察を組み合わせて、汎用ブロックチェーンプラットフォームを作成しています。
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.
