Mit der ständigen Expansion der Blockchain-Branche stehen die beliebtesten Projekte, darunter Ethereum, vor einem kritischen Problem – der Transaktionsüberlastung auf der Blockchain. Unabhängig von der Größe können Computernetzwerke nur eine begrenzte Menge Datenverkehr aufnehmen. Je beliebter das Netzwerk wird, desto wahrscheinlicher ist es, dass es überlastet wird. Dieses Problem schränkt die Skalierbarkeit ein und beeinträchtigt die Benutzererfahrung im Allgemeinen.

Daher benötigt Ethereum verschiedene Layer-2-Netzwerke, um seine Skalierbarkeitsprobleme zu lösen. Zu diesen Layer-2-Netzwerken, die an die Layer-1-Kette von Ethereum angeschlossen sind, gehört die Optimistic Virtual Machine. Dieser Artikel befasst sich mit dem Innenleben des OVM und beleuchtet seine Bedeutung für das reibungslose Funktionieren des Ethereum-Ökosystems.

Was ist eine optimistische virtuelle Maschine?

Die von Optimism mithilfe der Optimism Rollup (OR)-Technologie erstellte Optimistic Virtual Machine (OVM) dient als Layer-2-Skalierungslösung für Ethereum. Es wurde entwickelt, um die EVM-Kompatibilität zu nutzen und Entwicklern ein stabiles Framework für die einfache und effiziente Skalierung ihrer Smart Contracts zu bieten.

Das OVM bietet ein einheitliches Ökosystem für Layer-2-Protokolle und vereint andere Skalierungslösungen unter einem Dach. Anstatt Transaktionen direkt auf der Layer-1-Blockchain zu aktualisieren, verwendet das OVM Off-Chain-Daten, um aktualisierte Transaktionen auf der Ethereum-Blockchain zu garantieren (oder optimistische Entscheidungen darüber zu treffen).

Wie funktioniert die OVM?

Jeder vom OVM durchgeführte Rechenprozess wird als Übergang bezeichnet. Diese Übergänge werden auf Kundenseite von einzelnen Benutzern ausgewertet, die den neuesten Stand eines Smart Contracts bestätigen oder Betrugsbeweise (Mechanismen zur Erkennung und zum Nachweis betrügerischen Verhaltens in dezentralen Systemen) in der Kette überprüfen möchten.

Das OVM fungiert als dedizierter Arbeitsbereich für Smart Contracts. Intelligente Verträge werden auf der OVM bereitgestellt, ausgeführt und überwacht, um sicherzustellen, dass alle anderen intelligenten Vertragsaufgaben effizient ausgeführt werden. Wenn ein Knoten in der Layer-2-Kette eine Transaktion übermittelt, verarbeitet der OVM diese Transaktionen und aktiviert dann verschiedene Zustandsänderungen in seiner Umgebung, was zu unterschiedlichen Ergebnissen wie der Abwicklung von Zahlungen führt.

Das OVM implementiert außerdem ein Gaslimitsystem, um sich vor böswilligen Transaktionen zu schützen, die ständig ausgeführt werden und Netzwerkressourcen belasten. Beim Durchführen einer Transaktion müssen Benutzer ein Gaslimit festlegen, das angibt, wie viel Gas sie für eine Transaktion ausgeben können. Diese Gebühren dienen den Knoten auch als Entschädigung für die Bereitstellung zusätzlicher Rechenressourcen zur Ausführung von Transaktionen.

Darüber hinaus kann die OVM nur in Bytecode geschriebene Smart Contracts interpretieren und ausführen. EVM-kompatible Hochsprachen wie Solidity sind zwar benutzerfreundlicher und vereinfachen den Bereitstellungsprozess, müssen jedoch vor der Bereitstellung übersetzt und in Bytecode kompiliert werden. Aufgrund der Kompatibilität der OVM mit der EVM auf Bytecode-Ebene können Entwickler jedoch vorhandene EVM-Smart-Contracts direkt in der OVM bereitstellen.

Optimistische Entscheidungen: Was macht das OVM besonders?

Während im obigen Abschnitt die Komplexität des OVM analysiert wurde, liegt seine wahre Innovation in seinem „optimistischen Entscheidungsprozess“. Wie bereits erwähnt, ist eine optimistische Entscheidung ein Konzept, bei dem die OVM Off-Chain-Daten verwendet, um den zukünftigen Zustand der Ethereum-Schicht 1 vorherzusagen. Dieser Ansatz ebnet den Weg für schnellere und effizientere Transaktionen. Der optimistische Entscheidungsprozess umfasst drei Hauptschritte:

1. Untersuchen Sie Schicht 1 und schätzen Sie ab, was in Zukunft passieren könnte.
2. Untersuchen Sie Nachrichten außerhalb der Kette und prüfen Sie deren Auswirkungen, wenn sie in Schicht 1 integriert werden.
3. Nach dem Studium der Erkenntnisse aus den vorherigen Schritten hat die OVM eine gute Vorstellung vom zukünftigen EVM-Zustand. Diese Vision wird die nächsten Entscheidungen des OVM leiten.

Dennoch könnte man sich fragen, wie genau die OVM trotz scheinbar unendlicher Möglichkeiten zu diesen Entscheidungen kommt. Die folgenden Konzepte helfen uns, die Methodik hinter optimistischen Entscheidungen besser zu verstehen:

Ethereum-Futures-Kegel

Zukünftige Ethereum-Zustände sind unendlich und umfassen jede mögliche Transaktion, jedes DAO, das gehackt werden könnte, und jedes andere Ereignis. Obwohl es sich um unendliche Zukünfte handelt, helfen die EVM-Regeln dabei, zukünftige Zustände herauszufiltern, deren Eintritt weniger wahrscheinlich ist. Wir können diesen Prozess mit einem riesigen Kegel vergleichen, der jedes Mal, wenn ein neuer Block abgebaut und fertiggestellt wird, von einem großen Loch in einen engeren Trichter schrumpft.

Lokale Informationen

Schicht 2 erweitert das Konsensprotokoll durch die Einbeziehung lokaler Informationen, einschließlich Off-Chain-Nachrichten, einer signierten Kanalaktualisierung oder eines Einschlussnachweises für einen Plasmablock. Das OVM verwendet diese lokalen Informationen, um Entscheidungen zu treffen, muss jedoch zunächst Annahmen definieren, die bei der Ableitung möglicher zukünftiger Ethereum-Zustände verwendet werden.

Lokale Annahmen

OVM-Programme definieren Annahmen auf der Grundlage der oben erläuterten lokalen Informationen und dienen als Filter, um realistische zukünftige Zustände von unmöglichen zu unterscheiden. Ein Beispiel hierfür ist die Verwendung einer „Streitlebendigkeit“-Annahme, die von vielen Layer-2-Lösungen verwendet wird. Da Kanalteilnehmer davon ausgehen, dass böswillige Abhebungen angefochten werden, wird jeder Status, der eine böswillige Abhebung enthält, als unmöglich angesehen und abgelehnt. Wenn die lokalen Annahmen diese unmöglichen Zukünfte beseitigt haben, können wir endlich „optimistische Entscheidungen“ über die Zukunft treffen.

Vor- und Nachteile: OVM vs. EVM und zkEVM

Nachdem wir nun verstanden haben, wie die OVM funktioniert, ist es wichtig, ihre Stärken und Schwächen zu verstehen, insbesondere im Vergleich zu anderen virtuellen Maschinen wie der Ethereum Virtual Machine (EVM) und der Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine (zkEVM). Die Untersuchung ihrer Unterschiede wird den einzigartigen Wert der OVM hervorheben und zeigen, wie sie Hand in Hand arbeiten, um die Skalierbarkeit zu steigern.

OVM vs. EVM

Das OVM priorisiert schnellere Transaktionen im Gegensatz zum EVM. Mit der OVM kann ein Knoten direkt in die Blockchain schreiben, wodurch der Multi-Knoten-Verifizierungsprozess der EVM überflüssig wird. Andererseits fordert die EVM einen Konsens von allen Knoten, indem sie jeden von ihnen über jede Transaktion abstimmen lässt, bevor die Blockchain aktualisiert wird. Diese Gründlichkeit ist angemessen, da sie absolutes Vertrauen gewährleistet, die Kosten sind jedoch im Vergleich zum OVM geringer.

OVM und EVM unterscheiden sich auch hinsichtlich der Gültigkeit, da die OVM die Gültigkeit von Zustandsänderungen nicht erzwingt. Mit der OVM kann ein Benutzer mit böswilligen Absichten die Vermögenswerte eines anderen Benutzers auf sich selbst übertragen, bevor er die Transaktion an Layer 1 übermittelt. Wenn die Transaktion unbestritten ist, wird sie vom OVM akzeptiert.

Andererseits müssen alle Zustandsänderungen im EVM den Konsensregeln des Netzwerks folgen, bevor sie akzeptiert werden. Daher würde das obige Szenario anderen Regeln folgen, da der Signaturschlüssel des Absenders nicht mit seinem öffentlichen Schlüssel übereinstimmen würde, was eine Voraussetzung für die Annahme von Transaktionen ist.

Darüber hinaus garantiert das EVM sofortige Endgültigkeit. Sofortige Endgültigkeit bedeutet, dass eine Zustandsänderung, die im Netzwerk akzeptiert wird, nicht geändert oder rückgängig gemacht werden kann. Das OVM garantiert keine sofortige Endgültigkeit, da es die Gültigkeit der Transaktion nicht erzwingt und der Abschluss ungültiger oder böswilliger Transaktionen die Blockchain beschädigen würde. Daher sind OVM-Zustände nur dann endgültig, wenn sie in der Layer-1-Kette akzeptiert werden.

OVM vs. zkEVMs

Die OVM konzentriert sich hauptsächlich auf die Ausführung von Transaktionen und Smart Contracts und überlässt es der Layer-1-EVM, Blockchain-Regeln durchzusetzen, insbesondere bei Zustandsänderungen. Das OVM legt Wert auf Geschwindigkeit, indem es abgeschlossene Transaktionen ohne Gültigkeitsnachweis übermittelt. Dies erhöht die Skalierbarkeit, es besteht jedoch das Risiko, dass ungültige Transaktionen unbemerkt bleiben und auf Layer 1 abgeschlossen werden, insbesondere wenn sie unangefochten bleiben.

Eine Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine (zkEVM) geht dieses Problem an, indem sie kryptografische Beweise für jede Off-Chain-Transaktion erstellt, ähnlich wie Belege. Dadurch wird die Sicherheit der Gültigkeit von Zustandsaktualisierungen erhöht und das Vertrauen in das Gesamtsystem weiter gestärkt.

Mit der zkEVM werden Zustandsübergänge abgeschlossen, sobald sie in der Kette verifiziert werden. Dies reduziert Verzögerungen beim Abschluss von Layer-2-Transaktionen auf Layer 1. Wissensfreie Beweise bestätigen auch die Gültigkeit von Statusaktualisierungen, sodass Betrugsnachweise nicht mehr erforderlich sind, es sei denn, sie sind notwendig.

zkEVMs sind im Allgemeinen schwieriger zu implementieren als OVM, da die Entwicklung solch aufwändiger Beweise für mehrere Berechnungsschritte kostspielig ist. Durch diese Zugänglichkeit lässt sich die OVM einfacher starten als zkEVMs. Dennoch sind beide Projekte EVM-kompatibel und können Smart Contracts ausführen.

Anwendungsfälle des OVM

Durch die Ausführung auf Layer 2 ermöglicht die OVM Benutzern die Verwendung des Layer 1-basierten EVM, ohne den Status des EVM ständig direkt zu aktualisieren. Stellen Sie sich die OVM als Assistentin der EVM vor, die hinter den Kulissen auf Layer 2 arbeitet und Transaktionen abwickelt, damit die EVM nicht überlastet wird.

Nehmen wir im Kontext an, dass Benutzer A 2 WBTC besitzt und 1 WBTC mithilfe eines optimistischen Rollups an Benutzer B sendet. Ein Aggregator übermittelt dann die Transaktionsdetails an den Layer-1-Rollup-Vertrag. Wenn es nicht angefochten wird, wird es dauerhaft in die Ethereum-Blockchain integriert und damit offiziell.

Diese Garantie wird unter zwei Bedingungen ermöglicht. Der erste besteht darin, dass die OVM Transaktionen gemäß den EVM-Regeln ausführt, sodass Transaktionen, die korrekt außerhalb der Kette verarbeitet werden, garantiert auf Schicht 1 akzeptiert werden. Der zweite Faktor besteht darin, dass der Aggregator die Transaktionsdaten öffentlich teilt, sodass jeder auf Inkonsistenzen bei der Ausführung einer Transaktion hinweisen kann und dadurch die Ehrlichkeit aller Parteien gewährleistet ist.

Unabhängig davon, ob sich beide Parteien dazu entschließen, ihr Vermögen abzuheben oder andere Transaktionen durchzuführen, haben sie dennoch vom EVM profitiert, ohne dass sie Transaktionen auf Ebene 1 ausführen müssen.

Abgesehen von der Ausführung schnellerer Transaktionen kann die OVM auf verschiedene andere Arten genutzt werden. Das OVM hat auch das Blockchain-Gaming revolutioniert und ermöglicht ein schnelleres Gameplay ohne Verzögerungen, bei dem Transaktionen sofort erfolgen und die Spielwelt in Echtzeit reagiert. Auch sein Einsatz zur Verbesserung von DeFi-Anwendungen kann nicht unbemerkt bleiben, da es einen nahezu sofortigen Token-Austausch an dezentralen Börsen mit geringeren Gasgebühren ermöglicht.

Abschluss

Mit der Optimistic Virtual Machine können Entwickler intelligente Verträge bereitstellen und Benutzer können Transaktionen durchführen, ohne sich mit hohen Gasgebühren und langsamen Verarbeitungszeiten herumschlagen zu müssen, die Ethereum plagen. Auch wenn die OVM vor Herausforderungen in Bezug auf Sicherheit und potenzielle Zentralisierungsrisiken steht, ist sie der Schlüssel zur Einleitung einer neuen Ära von Blockchain-basierten Anwendungen und der Massenakzeptanz im Allgemeinen. Mit der Entwicklung der Blockchain-Technologie ist OVM eines der innovativen Werkzeuge, von denen erwartet wird, dass sie die Zukunft dezentraler Anwendungen prägen.