Die Welt der Blockchain kann selbst beim Betrachten der „einfachsten“ Protokolle wie Bitcoin verwirrend sein. Die Dinge werden deutlich komplizierter, wenn wir auf neuere Protokolle wie Ethereum umsteigen oder sogar auf neuere Protokolle, die das übernehmen, was uns die Generationen 1 und 2 beigebracht haben, und versuchen, darauf mit neuen Ideen und Konzepten aufzubauen.

Ein solches Projekt, das die Art und Weise revolutionieren will, wie wir an die Entwicklung und Nutzung der Blockchain-Technologie herangehen, ist Tendermint.

Tendermint ist ein neues Protokoll, das dabei hilft, Ereignisse in einem verteilten Netzwerk unter schwierigen Bedingungen zu ordnen. Das Problem, besser bekannt als Byzantine Fault Tolerant (BFT) Konsensalgorithmus oder Atomic Broadcast, hat in den letzten Jahren aufgrund des weit verbreiteten Erfolgs von Blockchain-basierten digitalen Währungen wie Bitcoin und Ethereum große Aufmerksamkeit erregt.

Diese beiden Währungen haben das Problem der Verwaltung eines solchen Netzwerks in einem öffentlichen Umfeld ohne zentrale Autorität erfolgreich gelöst und so das geschaffen, was wir heute dezentrale öffentliche Blockchains nennen. Tendermint modernisiert die klassische akademische Arbeit zu diesem Thema und vereinfacht das Design des BFT-Algorithmus, indem es auf ein Peer-to-Peer-Klatschprotokoll zwischen Knoten setzt.

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Ein genauerer Blick auf Tendermint

Tendermint existiert im Verbund mit Cosmos, einer Blockchain-Plattform, die als Vermittler und selbst beschriebenes „Internet der Blockchains“ dient; Diese Plattform hat erst vor ein paar Tagen ihre Blockchain gestartet und damit die praktische Existenz des Cosmos/Tendermint-Ökosystems eingeläutet. Das gesamte Ökosystem funktioniert ähnlich wie Ethereum, ist jedoch modularer, flexibler und einfacher zu entwickeln.

Das Cosmos SDK fungiert als Anwendungsschicht des Ökosystems (ähnlich dem EVM von Ethereum), während Tendermint sowohl die Konsensschicht (BFT-toleranter Proof-of-Stake-Konsensalgorithmus) als auch die Netzwerkschicht (Tendermint Core) darstellt.

Der Konsensalgorithmus und das P2P-Netzwerkprotokoll, die unter dem Tendermint Core-Stack zusammengeführt werden, sind über ein weiteres separates Element des Ökosystems namens Application Blockchain Interface (ABCI) mit dem Cosmos SDK verbunden.

Cosmos SDK ist die grundlegende Implementierung von ABCI und stellt den modularen Teil des Ökosystems dar; Es handelt sich um eine einfache Anwendungsschicht, die Entwickler übernehmen und mit benutzerdefinierten Funktionen erweitern können. Dadurch können bereits bestehende Blockchains Tendermint-basierte Anwendungen erstellen, die sich mit dem Ökosystem verbinden und Nachrichten und Werte untereinander austauschen können.

Aus diesem Grund verwenden Tendermint und Cosmos den Spitznamen „Internet der Blockchains“. Das gesamte System möchte zu einem Hub werden, der die Interoperabilität zwischen verschiedenen Blockchains ermöglicht.

Ein gewinnorientiertes kalifornisches Unternehmen, das hinter dem Projekt steht (auch Tendermint genannt), trennte die drei oben genannten Hauptelemente und verband dann die Netzwerk-/Konsensschicht unter dem Tendermint-Stack.

Dies geschieht, um die Komponenten der Technologie einfacher zu verwenden und zu reparieren, ohne für das gesamte Ökosystem entwickeln zu müssen, wenn Sie etwas ändern möchten. Die Hauptentwickler Jae Kwon und Ethan Buchman wollten etwas schaffen, das leicht zu verstehen, zu implementieren und zu entwickeln ist, und Tendermint ist das Endergebnis ihrer Bemühungen.

⚡️ Vor Tendermint erforderte der Aufbau einer Blockchain den Aufbau aller drei Schichten (Netzwerk, Konsens, Anwendung) von Grund auf. Ethereum vereinfachte dies, indem es eine Virtual-Machine-Blockchain bereitstellte, auf der jeder benutzerdefinierte Logik in Form von Smart Contracts implementieren konnte. Ein Problem blieb bestehen: die Entwicklung der Blockchain selbst. Tendermint vereinfacht den Prozess erheblich, da sich die Entwickler nur um die Anwendungsschicht kümmern müssen.

Netzwerk- und Konsensebenen werden bereits über die Tendermint Core-Engine bereitgestellt; Alles, was Sie tun müssen, ist, das ABCI mit einer Programmiersprache Ihrer Wahl anzupassen, Ihre einzigartige Anwendung zu entwickeln und mit der Nutzung der Funktionen von Tendermint zu beginnen.

Das Tendermint-Team tat so etwas, indem es die Codebasis von Ethereum nahm, PoW entfernte und das Endergebnis auf seinen Tendermint-Kern einfügte. Dadurch entstand Ethermint, ein Ethereum-ähnliches Protokoll, das über Proof-of-Stake-Funktionen verfügt. Alle vorhandenen Ethereum-Tools (Truffle, Metamask usw.) sind mit Ethermint kompatibel, und Sie können Ihre Smart Contracts ohne zusätzlichen Aufwand dorthin portieren.

Ein wichtiges Element der gesamten Gleichung, das wir noch nicht erwähnt haben, das aber für die Blockchain-Interoperabilität sehr wichtig ist, ist das Inter-Blockchain Communication Protocol (IBC). IBC ermöglicht heterogenen Ketten die Übertragung von Werten und Daten untereinander und ermöglicht so letztendlich die Interoperabilität zwischen Blockchains mit unterschiedlichen Anwendungen und Validatorsätzen.

Um Skalierbarkeitsprobleme zu vermeiden, die bei Hunderten oder Tausenden zukünftiger Blockchains auftreten können, schlägt Cosmos eine modulare Architektur mit zwei Blockchain-Klassen vor: Hubs und Zonen.

Zonen sind regelmäßige heterogene Blockchains und Hubs sind Blockchains, die speziell dafür entwickelt wurden, Zonen miteinander zu verbinden. Wenn eine Zone eine IBC-Verbindung mit einem Hub herstellt, kann sie automatisch darauf zugreifen (d. h Senden an und Empfangen von jeder anderen Zone, die damit verbunden ist. Dadurch muss jede Zone nur eine begrenzte Anzahl von Verbindungen mit einer begrenzten Anzahl von Hubs herstellen.

Hubs verhindern außerdem doppelte Ausgaben zwischen Zonen. Das bedeutet, dass eine Zone, wenn sie ein Token von einem Hub empfängt, nur der Ursprungszone dieses Tokens und dem Hub vertrauen muss. Der erste Hub (Cosmos Hub) wurde bereits vor einigen Tagen gestartet . Einige Ketten sind nicht vollständig Tendermint-kompatibel; Um dieses Problem zu lösen, haben sich die Entwickler sogenannte Peg-Zonen vorgestellt.

Die Kryptographie von Tendermint selbst ist nicht so weit fortgeschritten, wobei ECDSA-Signaturen die „exotischste“ Technologie im Ökosystem sind. BLS-Signaturen-Aggregation, Zero-Knowledge-Proofs und Ristretto-Konten wurden kürzlich im Post-Launch-Livestream erwähnt, aber noch scheint nichts davon in Sicht zu sein.

Die Technologie kann für die Erstellung sowohl öffentlicher als auch privater Ketten verwendet werden, wobei erstere über PoS und letztere über autorisierte Knoten betrieben werden; Beide Systeme werden BFT sein. Blöcke auf dem Tendermint Core können eine Blockzeit von einer Sekunde haben und gelten als sofort endgültig; andernfalls kann man mit Sicherheit davon ausgehen, dass das Netzwerk zu 33 % einem Angriff ausgesetzt ist (mehr als ein Drittel der Validatoren sind böswillig).

Schädliche Knoten und byzantinische Fehlertoleranz

Eine Blockchain muss byzantinisch fehlertolerant sein, also in der Lage sein, potenziell bösartige Knoten zu tolerieren, die falsche Zustände und Nachrichten an das Netzwerk übermitteln und den Konsens gefährden. Es gab kaum wissenschaftliche Erkenntnisse zu byzantinischen fehlertoleranten Systemen, da dieses Thema in der Wissenschaft nicht so beliebt war.

Die wenigen Untersuchungen, die durchgeführt wurden, konzentrierten sich auf Netzwerke mit kleiner Stichprobengröße von bis zu 7 Knoten. Die Entwickler von Tendermint wollten etwas, das auf einer höheren Ebene skalierbar ist. Selbst als Bitcoin ein System einführte, das Tausende unabhängiger Knoten unterstützen konnte, hatte (und hat) das System eine einzige Verwaltungsdomäne, was seine Skalierbarkeit erheblich einschränkte.

Kwon und seine Partner stellten sich ein BFT-Protokoll vor, das im erlaubnislosen Umfeld mit Proof-of-Stake (PoS) als zugrundeliegendem Sicherheitsmechanismus auf Hunderte von Knoten skaliert werden könnte. Sie haben das BFT-basierte System entwickelt, das aus zwei Schlüsselelementen besteht, die wir bereits genannt haben: Tendermint Core, das zur Konsensfindung und zum „Klatschen“ verwendet wird, und Cosmos SDK, das als Anwendungsschicht dient.

Ihr BFT Proof-of-Stake-Algorithmus überwindet das Problem der byzantinischen Generäle durch die Verwendung eines teilweise synchronen Netzwerkmodells, was bedeutet, dass die Validatoren, die über einen Block abstimmen, nicht gleichzeitig handeln müssen. Über Blöcke in diesem System wird weder nach einem Zeitplan abgestimmt, noch haben sie eine festgelegte Größe.

⚡️ Bei Bitcoin, das als „vollständig synchron“ gilt, haben wir einen festgelegten Zeitrahmen von 10 Minuten, in dem die Knoten nach Transaktionen suchen, diese sammeln, validieren und einem Block hinzufügen müssen. Bei Ethereum beträgt dieser Zeitrahmen nur 15 Sekunden. Das ist alles schön und gut, bis die Synchronität unterbrochen wird; Einige der Knoten können offline gehen und unter Latenzproblemen leiden. In diesem Fall kann die Kette entweder anhalten oder gespalten werden.

Tendermint zielt darauf ab, ein stärker zentralisiertes Modell zu implementieren, das diese zeitlichen Einschränkungen aufgrund der Tatsache, dass seine Knoten asynchron arbeiten, ablehnt.

Das Protokoll ist asynchroner: Anstatt dass jede Runde einen vorgegebenen Zeitraum in Anspruch nimmt, schreitet jeder Schritt einer Runde voran, nachdem mehr als 2/3 der Knoten einen Konsens erreicht haben. Dieser Mangel an Synchronisation ist teilweise und wird im Projekt als „schwach asynchron“ bezeichnet. Validatoren sind bekannt und können untereinander kommunizieren, um ihre Bemühungen zu koordinieren und sicherzustellen, dass immer ein Netzwerkkonsens erzielt wird. All dies impliziert, dass sich ihr Netzwerk tatsächlich nie aufspalten wird.

Tendermint weist Validatoren regelmäßig das Recht zu, einen Block vorzuschlagen, um potenzielle Probleme durch die Zentralisierung dieses Prozesses etwas abzumildern. Nachdem Blöcke vorgeschlagen wurden, stimmen die Validatoren in einem mehrstufigen deterministischen Prozess ab.

Um dies näher zu erläutern, müssen wir uns darüber im Klaren sein, dass es in der Welt der Protokolle nichtdeterministische und deterministische Protokolle gibt. Nichtdeterministische Protokolle sind diejenigen, die wir in vollständig asynchronen Systemen sehen. Der Konsens in einem rein asynchronen Fall kann von zufälligen Orakeln abhängen und verursacht im Allgemeinen einen hohen Nachrichtenkomplexitätsaufwand, da sie für die gesamte Kommunikation auf eine zuverlässige Übertragung angewiesen sind.

Tendermint vermeidet diesen hohen Overhead, indem es den deterministischen Weg geht; Eigentlich ist nichts zufällig, sondern erfolgt durch eine definierte mathematische Funktion, die es uns ermöglicht, vorherzusagen, dass das Protokoll garantiert Entscheidungen trifft.

Bei Tendermint werden Validatoren mithilfe eines deterministisch gewichteten Round-Robin-Formats rotiert. Je mehr Anteile ein Validator hat, desto öfter kann er zum Anführer gewählt werden. Derzeit ist das Protokoll auf einhundert Validatoren begrenzt, das Team wird jedoch möglicherweise erwägen, bei Bedarf weitere Validatoren hinzuzufügen. Dadurch wird sichergestellt, dass das System in asynchronen Umgebungen sicher und in schwach synchronen Umgebungen aktiv ist. Insgesamt opfert der Konsensmechanismus ein gewisses Maß an Lebendigkeit für die Konsenssicherheit und sofortige Endgültigkeit.

Dem Ganzen einen Sinn geben…

Tendermint ist ein interessantes Konzept, das auf dem Papier vielleicht komplizierter aussieht und klingt, als es in Wirklichkeit ist. Es ist im Grunde ein EOS der Interoperabilität und weist viele Ähnlichkeiten mit Ethereum und einer ganzen Reihe seiner Klonprojekte auf. Das Hauptziel von Tendermint besteht darin, das Problem der Blockchain-Interoperabilität anzugehen, und es stößt auf diesem Markt auf starken Widerstand. Ark, ICON, Polkadot, AION und ähnliche Projekte haben alle das gleiche Ziel vor Augen, daher bleibt abzuwarten, wer die Nase vorn hat.

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