Ethereum

Das Ethereum-Netzwerk ist eine Blockchain-basierte Plattform mit Fokus auf programmierbare Verträge ( Smart Contracts) und dezentralisierte Programme (dApps). Die zugehörige Kryptowährung heißt Ether (ETH).

Was ist Ethereum?

Ethereum (ETH) ist eine dezentralisierte Open-Source-Plattform, die auf der Blockchain-Technologie basiert. Sie ermöglicht es jedem interessierten Entwickler, jeder Privatperson oder jedem Unternehmen, eine eigene dApp oder eine dezentralisierte Organisation (DAO) mit Hilfe von Smart Contracts zu betreiben und zu entwickeln. Darüber hinaus lassen sich etwa über den ERC 20 Token Standard neue Token-Projekte auf der Ethereum-Blockchain erstellen.

Wer hat Ethereum erfunden?

Vitalik Buterin ist der Erfinder und Mitbegründer von Ethereum. Bereits in den ersten Entwicklungsstadien von Bitcoin schrieb Buterin Artikel über die Funktionsweise von Bitcoin. 2013 erklärte Buterin erstmals die Ethereum Blockchain in einem White Paper.

Die Plattform sollte das gesamte Potenzial von Bitcoin entfalten und aus diesem Grund eine Synthese zwischen radikaler Offenheit und radikaler Privatsphäre vereinen. Buterin wollte eine Plattform schaffen, die nicht nur ein dezentrales Mining-System ist, sondern auch eine Plattform für die Entwicklung eigener Software-Anwendungen abbildet.

Vitalik Buterin gründete daraufhin gemeinsam mit Anthony Di Iorio, Mihai Alisie und Charles Hoskinson Ethereum.

Das Bild zeigt den Ethereum Erfinder Vitalik Buterin — Vitalik Buterin

Was ist Ether (ETH)?

Die Kryptowährung der Ethereum Blockchain heißt Ether (ETH). Sie dient als Zahlungsmittel. Jede Transaktion oder Erstellung von Smart Contracts sowie die Nutzung verschiedener Services der Ethereum-Plattform kostet Ether. Darüber hinaus wird Ether als Belohnung an jene Entitäten ausgeschüttet, die das Netzwerk über den Proof-of-Stake-Mechanismus via Staking unterstützen.

Um mit der Ethereum Blockchain zu interagieren, muss man Ether kaufen. Ether ist der Treibstoff der gesamten Plattform. Die Gebühren, die man mit ETH bezahlen muss, nennen sich “Gas Fees“.

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Was sind Smart Contracts?

Smart Contracts sind digitalisierte, determinierte Verträge zwischen zwei oder mehreren Personen oder Softwareprogrammen. Es ist möglich, sie für die Entwicklung einer DAO oder einer dApp zu verwenden.

Sie werden durch ein Netzwerk von Computern betrieben

Sie führen vereinbarte Schritte automatisch aus, wenn ein festgelegtes Ereignis eintritt

Sie verfolgen automatisch Veränderungen im Rahmen der festgelegten Vertragskonditionen

Sie werden auf der Blockchain gespeichert

Im Ethereum-Netzwerk sind Smart Contracts als eigenständige Benutzer registriert, mit denen man interagieren kann. Sie haben deswegen den gleichen Status wie menschliche Benutzer. Das bietet den Vorteil, dass sie von jedem eingesehen und überwacht werden können. In den Verträgen sind Bedingungen festgelegt, welche jeder auf Richtigkeit überprüfen kann. Je nachdem, was für ein Ereignis eintritt, führen die Smart Contracts automatisch bestimmte Befehle aus. Man spricht hier auch von “Wenn-Dann-Bedingungen”.

Smart Contracts und die Ethereum Blockchain

Mithilfe von Smart Contracts ist die Entwicklung so genannter dApps möglich. dApps sind dezentrale Anwendungen, die nicht nur öffentlich zugänglich sind, sondern sich auch während der Laufzeit auf korrekte Funktion überprüfen lassen. Mithilfe dieser dApps lässt sich die Vision hinter Ethereum wie folgt erklären: Da letztlich jeder eine Node betreiben kann, besitzen alle dieselbe Funktionalität und können entsprechend auf der Infrastruktur aufgesetzte Dienstleistungen anbieten.

Was sind Ethereum dApps?

Auf der gesamten Welt setzen Entwickler dezentrale Anwendungen (dApps) auf Ethereum auf und erstellen innovative dApps, von denen man schon heute eine Vielzahl verwenden kann. Dabei sind der dApp-Entwicklung kaum Grenzen gesetzt.

Ethereum – der dApp-Store der Zukunft

In heutigen App Stores befinden sich Unmengen an Apps. Von A wie Actionspiele bis Z wie Zeitmanagementsysteme können Nutzer unzählige Programme kaufen. Diese Anwendungen vertrauen dem App Store mit Blick auf die Zahlungsverwaltung und legen diese in die Hand von Dritten.

Letztlich sind die Entwickler der Apps von der Gunst des App Stores abhängig, was an Beispielen entfernter Apps aus dem Apple Store deutlich wird. Entsprechend hängt auch die Wahl des Verbrauchers vom Einfluss dritter Parteien wie etwa Google oder Apple ab. Schließlich bedeutet dies insbesondere im Fall von Webapps wie Google Docs oder Evernote, dass der damit erzeugte Content in der Hand von Dritten liegt.

Mit dApps, die auf Ethereum aufsetzen, liegen die Daten in den Händen der Nutzer. Entwickler können dApps frei und unabhängig von einem App-Store-Provider anbieten, die Vorselektion eines App Stores entfällt.

Die Idee ist einfach: Es gibt keine Entität, die Kontrolle über Notizen oder sonstige Dokumente ausübt – weder per Gesetz, noch per Code.

Auch mit Blick auf das Internet der Dinge kann Ethereum einen wertvollen Beitrag leisten. Das Internet der Dinge benötigt eine sinnvolle Kommunikation zwischen den einzelnen Devices. Mithilfe von Smart Contracts über Ethereum ist diese Machine-to-Machine-Kommunikation sehr gut realisierbar.

Was sind Ethereum ICOs?

Ein Initial Coin Offering, oder auch kurz ICO, ist dem Initial Public Offering (IPO), also dem Börsengang von Unternehmen, recht ähnlich. Investoren erhalten für Geld einen virtuellen Gegenwert, auch Token genannt.

Einfach gesagt ist ein ICO ein aktuell noch weitgehend ungeregeltes Finanzierungsmittel, mit dem Projekte Geld einsammeln können. Viele Start-Ups verwenden einen ICO, um die strengen und regulierten Kapitalbeschaffungsprozesse zu umgehen.

In einem ICO wird ein bestimmter Prozentsatz einer Kryptowährung an frühe Investoren des Projekts im Tausch gegen Zahlungsmittel wie Fiatwährungen oder auch Kryptowährungen verkauft.

Die gekauften Token sind damit vergleichbar mit Aktien eines Unternehmens, die an Investoren im Rahmen eines Börsengangs verkauft werden. Der signifikante Unterschied ist aber, dass ICOs nicht reguliert sind und die erhaltenen Token den Anlegern noch häufig wenige Rechte einräumen.

Die Motivation für Investoren, an einem Initial Coin Offering teilzunehmen, liegt darin, die Token zu Beginn preisgünstig zu erwerben. Sollte sich das StartUp nach Abschluss des Initial Coin Offering als erfolgreich erweisen, steigen auch die Token häufig im Wert. Mit einem ICO gehen somit nicht selten drastische Kurssteigerungen des zugehörigen Token einher.

Dabei greifen die Projekte, die neue Token ins Leben rufen, häufig auf die Infrastruktur der Ethereum-Blockchain zurück. Der dabei verwendete Token-Standard ist auch als ERC-20 bekannt.

Wie viel Ether gibt es?

Im Gegensatz zur Bitcoin Blockchain, die das maximale Angebot auf 21 Millionen festlegt, gibt es bei Ethereum kein Limit. Es wird niemals ein Ende der Ether-Produktion geben.

Was ist der Unterschied von Ethereum zu Bitcoin?

Bitcoin und Ethereum unterscheiden sich in vielen Aspekten. Zum Beispiel ist die Ethereum Blockchain schneller als die Bitcoin Blockchain. Während sich Bitcoin als Krypto-Leitwährung etablieren konnte, strebt Ethereum die Etablierung eines dezentralen Weltcomputers an.

Der Hauptunterschied zwischen beiden Kryptowährungen liegt in der Art, wie sie zu Übereinstimmung im Netzwerk kommen. Bitcoin greift hier auf den Proof-of-Work-Mechanismus zurück. Dabei konkurrieren so genannte Miner darum, wer als nächstes einen Block validieren darf und dafür eine Belohnung in BTC bekommt. Ethereum greift seit dem Jahr 2022 auf den Proof-of-Stake-Mechanismus zurück. Dabei entscheidet unter anderem die Menge an im Protokoll hinterlegten ETH darüber, wer den nächsten Block validieren darf. Dieser Mechanismus benötigt deutlich weniger Energie, kann jedoch auch als weniger dezentral gesehen werden.

Ethereum Proof of Stake: So funktioniert der Konsensmechanismus

Folgende Dinge sind beim Ethereum Proof of Stake entscheidend:

Coin-Besitz

Um sich als Validator zu qualifizieren und an der Blockerstellung teilnehmen zu können, müssen Netzwerkteilnehmer eine bestimmte Menge an Coins besitzen und diese im Netzwerk hinterlegen. Die Höhe der erforderlichen Coins variiert dabei – bei Ethereum sind es etwa 32 ETH. Je mehr Coins man besitzt und hinterlegt, desto höher sind die Chancen, als Validator in Frage zu kommen.

„Zufall“

Letzten Endes entscheidet der Zufall darüber, wer als Validator in Frage kommt und ausgewählt wird. Allerdings kann man die Wahrscheinlichkeit, „zufällig“ ausgewählt zu werden erhöhen, indem man mehr Coins im Netzwerk hinterlegt. Man kann sich die Auswahl also wie einen großen Lostopf voller Coins vorstellen: Wer mehr Coins hineinwirft, vergrößert auch die Chance, dass sein Los gezogen wird.

Blockerstellung

Sobald ein Validator ausgewählt wurde, erstellt er den nächsten Block und fügt ihn zur Blockchain hinzu. Dafür wird er mit Coins entlohnt, dem so genannten „Staking-Reward“.

Slashing

Wenn ein Validator versucht, das System zu hintergehen, indem er oder sie etwa ungültige Transaktionen validiert, kann ein Teil oder sein gesamter Stake konfisziert werden – bei diesem Prozess spricht man vom Slashing.

Ethereum-Gebühren

Sobald eine Nutzerin, nennen wir sie Ethna, Ether versenden will, signiert sie diese mit ihrem Private Key, bevor die Coins die Wallet verlassen. Dafür zahlt sie eine Grundgebühr, die „Base Fee“. Zusätzlich kann Ethna ein Trinkgeld für die Validatoren hinzufügen. Dadurch erhöht sie die Chancen, dass ihre Transaktion schnell durchgestellt wird. Dieses Trinkgeld ist also ein Anreiz für die Validatoren, um die Transaktion aufzunehmen. Will unsere Nutzerin keine zusätzlichen Gebühren in Kauf nehmen, muss sie sich etwas gedulden, bis ihre Transaktion ihren Weg in die Blockchain findet.

Die Ethereum-Grundgebühr (Base Fee) wird durch eine Formel kalkuliert, die die Blockgröße des vorigen Blockes mit der voraussichtlichen Größe des neuen Blockes vergleicht. Falls der neue Block größer sein sollte als der vorherige, wird die Basisgebühr um 12,5 Prozent erhöht. So soll per Design vermieden werden, dass die Blöcke unverhältnismäßig ausgedehnt werden.

Die Transaktionsgebühren funktionieren also ähnlich wie das Boarding beim Fliegen: Wer für Priority Boarding bezahlt, darf auch früher rein. Irgendwann sollten es aber auch diejenigen schaffen, die nur die Standardgebühr bezahlen.

Die Bestandteile der Ethereum-Blockchain

Bevor wir in die Blockchain tauchen, sollten wir uns bewusst machen, aus was die Ethereum-Blockchain eigentlich besteht. Ein wesentlicher Bestandteil ist hier die Node, zu deutsch etwa: Netzwerkknoten. Bei einer Node im Ethereum-Netzwerk handelt es sich um eine Software, die mit anderen Computern verbunden ist, die jeweils auch dieselbe (Ethereum-)Software ausführen. Gemeinsam bilden sie das Ethereum-Netzwerk.

Jede Node enthält mehrere Clients, die wiederum eine Implementierung des Netzwerk enthalten und dafür sorgen, dass das Netzwerk sicher ist. Um es ein wenig bildlicher zu machen: An den Knotenpunkten (Nodes) des Netzwerkes hängen Clients ab, die per Funk mit anderen Clients verbunden sind und so sicherstellen, dass alles korrekt abläuft.

Doch damit nicht genug! Seit Ethereum von Proof of Work zu Proof of Stake gewechselt hat, besteht das Netzwerk aus zwei Schichten (Layer). Zunächst gibt es den Execution Layer, auf dem Transaktionen ausgeführt werden. Außerdem gibt es den Consenus Layer, auf dem Konsens, sprich: Übereinstimmung hergestellt wird. Also: Eine Schicht für Transaktionen, die andere für den Konsens.

Alles Gossip: Execution Layer

Doch nun zurück zu Ethna, die ihre Ether versenden will. Was passiert als nächstes? Sobald die Transaktion die Wallet „verlässt“, macht sie sich auf die Reise zu einem „Execution Client“. Dieser muss entscheiden, ob die Transaktion valide ist: Hat die Senderin genügend ETH und hat sie sie mit dem korrekten Key signiert?

Falls der Execution Client, nennen wir ihn Exi, diese Frage mit „Ja“ beantwortet, geht es weiter. Die Transaktion landet in seinem lokalen Mempool. Hier haben wir es mit einem Sammelbecken für unbestätigte Transaktionen zu tun – schließlich kommen im Laufe der Zeit noch mehr Transaktionen dazu. Eine Blockchain, die für jede Transaktion einen neuen Block eröffnet, wäre äußerst ineffizient.

Außerdem wird Exi die Transaktion über das Netzwerk via das „Execution Layer Gossip Network“ senden, dem Kommunikationskanal für die unbestätigten Transaktionen. Sobald andere Nodes von diesem „Gossip“ (Geschwätz) hören, werden sie die Transaktionen zu ihren eigenen lokalen Mempools hinzufügen. Alternativ können sie sie jedoch auch zurückweisen, etwa weil die Gebühren zu niedrig sind. Stattdessen würden sie sie an spezielle Block-Builder weiterleiten. Diese Option macht es für Exi und seine Kolleg:innen möglich, ihre Profite beim Verarbeiten von Transaktionen zu maximieren.

RANDAO und die zufällige Auswahl der Validatoren

Zwischenzeitlich hat RANDAO, ein pseudo-randomisiertes Verfahren, eine Node gekürt, die den nächsten Block erstellen darf. Die Node hat nun die Ehre, einen Blockentwurf zu erstellen. Darin wird sie Transaktionen sammeln, die sie gerne verarbeiten und damit letzten Endes an die Blockchain hängen würde.

In der Node tummeln sich drei Clients: Der Execution Client Exi, den wir bereits kennengelernt haben, außerdem der Consensus Client, den wir fortan Constantin nennen und den Validator Client: Valeria. Gemeinsam werden Exi, Constantin und Valeria nun dafür sorgen, dass aus all dem Geschwätz valide Transaktionen werden, die für immer in die Blockchain gemeißelt sind.

Exi macht sich nun ans Werk und schnürt Ethnas Transaktion gemeinsam mit anderen Transaktionen zu einem Paket namens „Execution Payload“. Exi führt die Transaktionen aus, was zu einer Statusänderung im Netzwerk führt. Diese Information leitet Exi an Constantin weiter. Constantin komprimiert das Bündel und fügt noch weitere Informationen hinzu. Diese können sich zum Beispiel auf Staking Rewards oder mögliche Slashing-Informationen beziehen. Dieses komprimierte Informationsbündel nennt sich nun Beacon Block. Dieser neue Block wird nun an alle anderen Nodes gesendet – das passiert nun nicht mehr im Execution Layer, sondern im Consensus Layer. Alle anderen Nodes schicken die Informationen an ihre Eigenen Exis weiter, wo die einzelnen Transaktionen nochmals ausgeführt werden, um sicherzustellen, dass der Blockentwurf auch zulässig ist. Was so kompliziert ist, muss sicher sein!

Schließlich kommt auch Valeria, die Validator Clientin ins Spiel. Sie attestiert (hoffentlich), dass der Block gültig ist und bestätigt, dass genau dieser Block der nächste Sein sollte, der an die Blockchain geheftet wird. Ethna darf sich freuen: Ihre Transaktion ist bestätigt!

Die Frage der Zeit

In Worte gefasst und in Textform gepresst könnte man den Eindruck bekommen, dass wir es hier mit einem langwierigen Prozess zu tun haben. Doch dem ist nicht so. Denn die Geschwindigkeit, in der all das passiert, ist festgelegt. Zeitabschnitte sind im Ethereum-Netzwerk in „Slots“ (12 Sekunden) und „Epochs“ (32 Slots beziehungsweise 384 Sekunden a.k.a 6,4 Minuten) eingeteilt.

Während jedem einzelnen Slot wird zufällig eine Validatorin ausgewählt, die einen Blockentwurf präsentieren darf. Außerdem wird in jedem Slot ein zufälliges Komitee an Validatorinnen ausgewählt, die darüber abstimmen, ob der jeweilige Block valide ist oder nicht.

MEV: Its all about the money

Doch wie entscheiden nun Validatorinnen, ob sie Transaktionen in ihre Blockentwürfe aufnehmen? Die Antwort ist einfach: Es geht ums Geld. Der Anreiz dafür, dass Validatorinnen Transaktionen auch verarbeiten, ist der Block Reward. Dabei handelt es sich um bereits genannte Belohnung, die Nutzer dafür bieten, dass ihre Transaktionen aufgenommen werden. Sie besteht aus der Grundgebühr und einem eventuellen Trinkgeld.

Keine Frage, Validatorinnen sind auch nur auf Profit ausgelegte Entitäten. Sie suchen nach dem Maximal Extractable Value, dem maximal extrahierbaren Wert. Wäre die Ethereum-Blockchain ein Zitronenbaum, könnte man sich die Validatoren als die Presser letzten Grades vorstellen, die versuchen, auch noch den letzten Tropfen aus der Zitrone herauszupressen – solange der Pressaufwand nicht zu hoch ist.

Der MEV wird erreichbar, indem die Validatorinnen die Transaktionen in den Blöcken tetrisartig umherschieben, bis das Glas randvoll mit Zitronensaft ist. Eine Methode, um den MEV zu optimieren, ist das Front Running. Dabei werden die Transaktionen so angeordnet, dass Preisdifferenzen von Token an dezentralen Börsen im Sinne des Arbitrage-Handels nutzen lassen. Damit reicht die Profitmaximierung über den Block selbst hinaus, sie wird extern auf DEXes ergänzt.

Selbstverständlich werden solche Prozesse nicht manuell durchgeführt. Es gibt keine Menschen, die vor Computern sitzen, mit einer Lupe in die Blockchain schauen und nach Arbitrage-Möglichkeiten oder Restplätzen in den Blöcken suchen. Valeria, Constantin und Exi sind rein fiktive Wesen, die uns helfen sollen, die Komplexität der Blockchain wenigstens ein bisschen einzustampfen.

Doch zurück zum Geld: Letztlich entscheidet das lukrativste Gebot darüber, welches Bündel an Transaktionen als erstes in die Blockchain kommt. Aber auch Transaktionen, bei denen Nutzer nicht bereit sind, ein hohes Trinkgeld zu zahlen, haben eine Chance, in den Block aufgenommen zu werden.

So werden etwa in Zeiten, in denen die Netzwerkauslastung weniger hoch ist, auch Transaktionen mit niedrigen Gebühren aufgenommen – schließlich müssen immer neue Blöcke produziert werden! Eine Untersuchung aus dem Jahr 2022 hat etwa herausgefunden, dass Sonntagvormittag zwischen 08.00 und 09.00 Uhr die Ethereum-Blockchain besonders ruhig ist – spätestens dann sollte auch eine Transaktion mit niedrigem oder keinem Trinkgeld durchgehen.

FAQs – Wir beantworten die häufigsten Fragen zu Ethereum (ETH)

Was ist Ethereum?

Ethereum ist eine Blockchain, die es ermöglicht, dezentrale Anwendungen (dApps) beziehungsweise Smart Contracts zu erstellen und zu nutzen. Die zugehörige Kryptowährung heißt Ether (ETH).

Was ist Ether (ETH)?

Ether (ETH) ist die native Kryptowährung der Ethereum-Blockchain. Sie wird unter anderem verwendet, um Gebühren für Transaktionen zu bezahlen.

Wie unterscheiden sich Ethereum und Bitcoin?

Zwar handelt es sich bei beiden Projekten um Blockchains. Sie unterscheiden sich aber vor allem in der Konsensfindung. Bitcoin verwendet den Proof of Work Mechanismus, Ethereum greift hingegen auf den Proof of Stake Konsens zurück. Außerdem ist ETH im Gegensatz zu BTC Smart-Contract-Fähig.

Was sind Smart Contracts?

Smart Contracts sind Verträge, die so programmiert sind, dass sie beim Eintreffen bestimmter Bedingungen automatisch ausgeführt werden. Man spricht hier von “Wenn-Dann-Bedingungen”.

Wer hat Ethereum erfunden?

Das Projekt wurde im Jahr 2013 von Vitalik Buterin ins Leben gerufen.