Wat is Ethereum 2.0?

Ethereum 2.0, soms Eth2 of Serenity genoemd, is een upgrade van de Ethereum-blockchain. Het doel is om de snelheid, efficiëntie en schaalbaarheid van het Ethereum-netwerk te vergroten zonder de beveiliging of decentralisatie in gevaar te brengen. In dit opzicht is het een poging om het zogenaamde 'blockchain-trilemma' te overwinnen (de algemeen aanvaarde overtuiging dat blockchain-netwerken met betrekking tot decentralisatie, beveiliging en schaalbaarheid slechts twee van de drie kenmerken tegelijkertijd kunnen optimaliseren).

Ethereum 2.0 integreert verschillende fundamentele veranderingen in de structuur en het ontwerp van Ethereum - zowel technisch als economisch. Twee van de belangrijkste veranderingen zijn de overstap naar 'proof of stake' en de toevoeging van 'sharding'.

Wat is Proof of Stake?

Proof of Stake is een type consensusmechanisme dat door blockchainnetwerken wordt gebruikt om gedistribueerde consensus te bereiken. In een Proof-of-Stake-consensusmechanisme worden deelnemers die crypto-activa hebben ingezet (staking betekent dat ze worden "vastgezet" door ze naar een specifiek smart contract te sturen) willekeurig geselecteerd om validators te worden die nieuwe blokken voorstellen - en worden beloond voor hun bijdragen. Validators nemen dus de rol over die mijnwerkers hebben in een Proof-of-Work-systeem. Deelnemers die de regels van het protocol overtreden, lopen het risico dat hun ingezette activa geheel of gedeeltelijk worden verbeurd. Deze aanpak van belonen en straffen is ontworpen om deelnemers te stimuleren bij te dragen aan het valideren en ordenen van transacties in blokken volgens de regels van het protocol.

Wat zijn de voordelen van Proof of Stake?

De meest genoemde voordelen binnen de Ethereum-gemeenschap voor de overstap naar Proof of Stake zijn de volgende:

Verbeterde energie-efficiëntie. Omdat Proof of Stake niet vereist dat deelnemers rekenkracht toewijzen aan een Proof-of-Work-hashalgoritme, verbruikt het aanzienlijk minder energie. Naar schatting zal Ethereum 2.0 minder dan 1% van de energie verbruiken die door Proof of Work Ethereum wordt verbruikt.

Verbeterde schaalbaarheid door ondersteuning van 'shard chains'. Shard chains (zie hieronder) verhogen de transactiedoorvoer door een netwerk in staat te stellen meerdere blokken tegelijkertijd te creëren. Terwijl sharding in een Proof-of-Work-systeem de hashkracht verlaagt die nodig is om elk deel van het netwerk te compromitteren (waardoor de beveiliging van het hele netwerk wordt verminderd), is dit in een Proof-of-Stake-systeem niet het geval. Met andere woorden, de overstap naar Proof of Stake is noodzakelijk om sharding mogelijk te maken, wat op zijn beurt een effectieve schaaltechnologie kan zijn.

Toegenomen decentralisatie. Omdat Proof of Stake afziet van hashkracht-gedreven mining, is de behoefte aan grote en kapitaalintensieve mijnbouwbedrijven geëlimineerd. In theorie zou dit de toetredingsdrempel voor validators moeten verlagen, waardoor het risico op centralisatie afneemt. Verder vereist de volledige overgang naar Ethereum 2.0 vanwege het grote aantal shard chains een grote set validators (meer dan 16.000). Het standpunt is dat dit grote aantal validators het netwerk minder vatbaar maakt voor manipulatie door speciale belangen.

Wat zijn de nadelen van Proof of Stake?

Minder bewezen. Terwijl Proof of Work al meer dan tien jaar getest wordt in Bitcoin en sinds 2015 in Ethereum, heeft Proof of Stake minder ervaring. Hoewel Proof of Stake zonder incidenten in een aantal openbare blockchains is gebruikt, betekent de relatief hoge complexiteit van de implementatie ervan in Ethereum dat er mogelijk nog onbekende aanvalsvectoren of kwetsbaarheden zijn.

De rijken worden rijker. Een veelgehoorde kritiek op Proof of Stake in Ethereum is dat, omdat er in wezen geen kosten zijn voor mining, en omdat hoe meer ETH je inzet, hoe meer beloningen je ontvangt, degenen die al het meeste kapitaal hebben, zullen blijven meer kapitaal vergaren. In tegenstelling, hoewel het waar is dat Bitcoin-mijnbouw een zeer kapitaalintensief bedrijf is, is de winstmarge smal. Dit betekent dat het grootste deel van de bitcoin die door mijnwerkers wordt verdiend, moet worden verkocht om hun mijnbouwkosten te dekken - en door te verkopen, distribueren mijnwerkers het grootste deel van de nieuw geslagen Bitcoin (en vergoedingen) aan bredere deelnemers, waardoor nieuwe Bitcoin breed wordt verspreid.

Wat is sharding?

Sharding is een schaaltechniek die is ontworpen om de efficiëntie en capaciteit van een blockchainnetwerk aanzienlijk te verbeteren. Het omvat het opdelen van de volledige staat van het netwerk in meerdere kleinere, beheersbare stukken, bekend als "shards". Elke shard werkt bijna als een afzonderlijke blockchain, met zijn eigen set van rekeningensaldi en slimme contracten. In tegenstelling tot volledig onafhankelijke blockchains, communiceren en coördineren shards echter met elkaar via de hoofdketen of een laag die veiligheid en gegevensconsistentie over het hele netwerk waarborgt.

In de context van Ethereum 2.0 is sharding bedoeld om schaalbaarheid aan te pakken door de verantwoordelijkheid voor gegevensverwerking over meerdere shards te verdelen. Elke shard kan onafhankelijk transacties en slimme contracten verwerken, waardoor de algehele capaciteit van het netwerk wordt vergroot. De eerste implementatie van sharding in Ethereum 2.0 is naar verwachting voornamelijk gericht op het verbeteren van de beschikbaarheid van gegevens, wat op zijn beurt de schaalbaarheid van laag-2 oplossingen zal verbeteren door hen in staat te stellen gegevens te verwijzen die op shard chains zijn opgeslagen.

Validators zullen een cruciale rol spelen in de veiligheid en werking van het geshardde Ethereum-netwerk. Ze zullen willekeurig worden toegewezen aan verschillende shards, waardoor ervoor wordt gezorgd dat geen enkele shard buitensporig wordt beïnvloed of gecontroleerd door een specifieke groep validators. Deze willekeurige toewijzing helpt de veiligheid van het netwerk te verbeteren door het beter bestand te maken tegen gecoördineerde aanvallen of manipulatie.

Naarmate Ethereum zich verder ontwikkelt, kunnen de specificaties van sharding en de implementatie ervan worden verfijnd.

Eth 2.0 Tijdlijn

De overgang naar Eth 2.0 is een geleidelijke, meerfasige transitie die langs de volgende tijdlijn plaatsvindt:

Beacon Chain. Succesvol ingezet in december 2020 introduceerde de Beacon Chain een Proof-of-Stake (PoS) consensusmechanisme, dat parallel aan het bestaande Ethereum-netwerk opereert. Deze fase verwerkte nog geen transacties of slimme contracten, maar vormde de basis voor een nieuw PoS-consensusmodel. Er werd een "beacon chain" opgericht om het register van validators op te slaan en parallel aan het Ethereum-mainnet te draaien, maar tijdens de Beacon Chain-fase bleef Ethereum vertrouwen op het Proof-of-Work-consensusmechanisme.

De Merge. Voltooid in september 2022, zag deze cruciale fase het originele Ethereum-mainnet, werkend op Proof-of-Work (PoW), naadloos samenvoegen met het PoS-systeem van de Beacon Chain. Deze overgang markeerde het einde van energie-intensieve mijnbouw op Ethereum en volledig de adoptie van PoS voor netwerkbeveiliging en consensus. Als gevolg hiervan daalde het energieverbruik van Ethereum aanzienlijk, wat de weg vrijmaakte voor efficiëntere en schaalbare blockchainoperaties.

Sharding. Na de Merge plant Ethereum de implementatie van sharding om de netwerkcapaciteit drastisch te vergroten en de transactiekosten te verlagen. Sharding zal het netwerk splitsen in meerdere delen (shards), die elk transacties en slimme contracten onafhankelijk kunnen verwerken. Dit zal de algehele capaciteit van het Ethereum-netwerk uitbreiden, waardoor het veel meer transacties per seconde kan verwerken en het toegankelijker maakt voor gebruikers wereldwijd. De eerste stadia van sharding zullen zich richten op het verdelen van gegevens over shards, waarbij latere fasen ernaar streven shards in staat te stellen zelfstandig slimme contracten uit te voeren en accounts te beheren, waardoor de schaalbaarheid en efficiëntie van het netwerk verder worden verbeterd. De introductie van sharding wordt naar verwachting in fasen geïntroduceerd.