Was ist ein Ethereum-Knoten und wie funktioniert er?

Welche Bedeutung hat ein Ethereum-Knoten innerhalb der Blockchain und wie interagiert er mit anderen?

Ethereum ist eigentlich keine Kryptowährung, sondern ein dezentrales P2P-Netzwerk, das auf einem öffentlichen und Open-Source-Computerprotokoll basiert. 

Seine native Kryptowährung ist Ether (ETH), obwohl es oft mit dem Namen des gesamten Netzwerks bezeichnet wird, nämlich Ethereum. 

P2P-Netzwerke oder Peer-to-Peer-Netzwerke bestehen aus Peer-Knoten, die über das Internet miteinander kommunizieren. Somit sind die Knoten die grundlegenden Bestandteile dieser Netzwerke. 

Daher sind die grundlegenden Bestandteile von Ethereum seine Knoten, die das P2P-Netzwerk bilden, und natürlich das Protokoll, auf dem sie basieren. 

Um Teil des Ethereum P2P-Netzwerks zu sein und mit anderen Knoten zu interagieren, muss sich ein Ethereum-Knoten buchstabengetreu an sein Basisprotokoll halten, das natürlich für alle Knoten absolut identisch sein muss, oder er wird aus dem Netzwerk ausgeschlossen selbst. 

Der Betrieb eines Ethereum-Knotens

Ethereum-Knoten sind Computer oder Server, die mit dem Internet verbunden sind und auf denen spezielle Software läuft. 

Diese Software wird im Fachjargon als Netzwerkclient bezeichnet und ist für den Betrieb eines Knotens unbedingt erforderlich. Genau diese Software verbindet sich mit den anderen Knoten im P2P-Netzwerk und muss dem Ethereum-Protokoll buchstabengetreu entsprechen. 

Das Merkwürdige ist, dass, da das Protokoll öffentlich und Open Source ist, jeder einen Netzwerk-Client erstellen kann, um einen Knoten im Ethereum-Netzwerk zu betreiben. 

Wichtig ist, dass der Client alle Regeln des Protokolls einhält, denn wenn er dies nicht tut, ist er nicht mit den anderen Knoten kompatibel und wird a priori aus dem Netzwerk selbst ausgeschlossen. 

Derzeit gibt es nur 4 Clients, die am häufigsten verwendet werden, denn obwohl es viele gibt, werden die meisten nur sehr wenig verwendet. 

Allerdings muss zwischen Consensus Clients und Execution Clients unterschieden werden. 

Execution Clients sind die Knoten des sogenannten „Execution Layer“ (EL) von Ethereum, also jene, die vom ehemaligen Proof-of-Work (PoW)-basierten Protokoll abgeleitet sind. 

Der mit Abstand am weitesten verbreitete Ausführungsclient ist der historische Geth, der seit langem existiert und der unangefochtene Anführer des Netzwerks auf Basis des alten Protokolls ist. Darauf folgen Erigon, Nethermind und Besu, jedoch mit weitaus niedrigeren Prozentsätzen. 

Seit das Ethereum-Protokoll mit dem 15. September Merge auf Proof-of-Stake (PoS) umgestellt hat, ist der sogenannte „Consensus Layer“ (CL) mit verschiedenen Clients hinzugekommen. 

Bei CL-Kunden ist die Vielfalt größer, mit Prysm bei 42 %, Lighthouse bei 36 % und Teku bei 18 %. Dahinter folgt Nimbus mit nur 3 %. 

All diese Software ist Open Source und kann von allen frei und kostenlos heruntergeladen werden. 

Was Netzwerkknoten tun

Im Laufe der Zeit hat sich die Funktion der Knoten weiterentwickelt. 

Anfangs haben sie alles gemacht, das heißt, die einzige existierende Software im Ethereum-Netzwerk waren die Knoten. 

Mit anderen Worten: 

• Sie sicherten und kontrollierten die Blockchain 
• Sie haben die Blöcke mit dem PoW abgebaut 
• Sie überprüften die Übereinstimmung aller Blöcke und Transaktionen mit dem Protokoll
• Sie haben intelligente Verträge ausgeführt
• Sie fungierten als Brieftaschen, indem sie das Senden und Empfangen von Token ermöglichten. 

Im Laufe der Zeit verloren sie jedoch einige Funktionen. 

Insbesondere verloren sie die Funktionalität zum Minen von Blöcken, da eine schlankere und schnellere Software erforderlich war, um dies erfolgreich zu tun. Daher wurde für Ad-hoc-Software entwickelt Bergbau. 

Theoretisch können sie immer noch als Geldbörsen verwendet werden, aber sie sind sehr unpraktisch. Tatsächlich sind mittlerweile fast alle weit verbreiteten Wallets keine Nodes. 

Tatsache ist, dass ein Knoten muss sichere und verifiziere die Blockchain, Das ist eine fast 350 GB große Datei, in der alle Transaktionen auf Ethereum in der Geschichte aufgezeichnet wurden, die ein Knoten einzeln überprüfen muss. 

Im Laufe der Zeit haben Nodes also hauptsächlich zwei Dinge getan: Einerseits schützen und verifizieren sie die Blockchain oder das Transaktionsbuch, und andererseits führen sie die in Smart Contracts enthaltenen Anweisungen aus. 

Die Umstellung auf PoS

Das Merge, mit der Umstellung auf PoS, hat sich einiges geändert. 

Tatsächlich beseitigte die Aufgabe von PoW die Notwendigkeit, Blöcke abzubauen, sodass Ethereum-Miner einfach verschwanden oder zu anderen Blockchains wechselten, die noch auf PoW basierten. 

Aber als es nicht mehr die Miner waren, die die Blöcke mit Transaktionen erstellten, die der Blockchain hinzugefügt werden sollten, musste andere Software erstellt werden, um die Blöcke zu validieren. 

Solche Software sind die neuen Consensus-Layer-Clients, nämlich Prysm, Lighthouse, Teku und Nimbus. 

Diese CL-Knoten validieren jetzt Blöcke, die die Miner nicht mehr tun. 

PoS basiert jedoch auf Staking, sodass CL-Knoten auch ETH-Token enthalten, die in Staking eingesetzt werden. 

Der Consensus Layer basiert auf einer neuen Blockchain namens Beacon Chain und basiert auf PoS, auf der ETH-Token auf den entsprechenden Knoten gestaket werden können, damit PoS durchgeführt werden kann. Die alte Ausführungsschicht verwendet die alte PoW-basierte Blockchain, jedoch ohne weitere hinzugefügte neue Blöcke, da Transaktionen jetzt nur noch auf der neuen Beacon Chain aufgezeichnet werden. 

Einrichten eines Ethereum-Knotens

Der Betrieb eines Knotens ist relativ einfach. Tatsächlich muss der Client nach der Installation einfach mit dem Internet verbunden bleiben. 

Allerdings ist die Installation keine triviale Angelegenheit. 

Wenn der Client installiert ist, muss er zunächst die gesamte Blockchain herunterladen und alles Transaktion für Transaktion verifizieren. Dieser Prozess gestaltet sich als besonders langwierig. 

Außerdem muss es nach der Installation so konfiguriert werden, dass es sich mit anderen Knoten verbinden kann, da es sich sonst als effektiv aus dem P2P-Netzwerk herausstellt. 

Letzteres ist ein technischer Vorgang, der ein Minimum an Fachwissen erfordert. Daher ist es nicht für diejenigen geeignet, die gerade erst in diesem Bereich tätig sind, nicht zuletzt, weil es IT- und Systemkenntnisse erfordert. 

Im Falle eines CL-Knotens ist es noch komplizierter, denn da er mindestens 32 ETH beim Staking bewachen muss, macht dies das Sicherheitsproblem noch relevanter. 

Sicherheit

Die Sicherheit eines Knotens ist entscheidend, damit er ordnungsgemäß funktioniert, da er über eine integrierte Brieftasche verfügt und im Fall von CL-Knoten die ETH im Einsatz hält. 

Das einzige große Problem im Falle eines Verstoßes ist der mögliche Gelddiebstahl, denn selbst wenn es angegriffen oder geknackt würde, wäre nicht das gesamte Netzwerk betroffen. 

Da sie dem Diebstahl von Geldern ausgesetzt sein können, ist ein hohes Maß an Schutz der Maschinen und Netzwerke, auf denen sie ausgeführt wird, unerlässlich. 

Ein etwas komplizierteres Thema ist die P2P-Netzwerksicherheit. 

Da dieser auf seine eigenen Knoten angewiesen ist, könnte das Netzwerk selbst Probleme bekommen, sollten viele von ihnen verletzt werden. Die mögliche Verletzung eines einzelnen Knotens oder einer begrenzten Anzahl von Knoten erzeugt keine größeren Probleme für das Netzwerk, aber wenn viele verletzt werden, könnten die Probleme auch sehr ernst sein. 

Aus diesem Grund müssten immer mehrere Clients verwendet werden, denn falls einer einen Fehler oder eine Schwachstelle hat, ist es für die anderen Clients schwierig, diese ebenfalls zu haben. 

Was den Execution Layer angeht, hat sich Geth inzwischen so gut bewährt, dass es unwahrscheinlich erscheint, dass es ernsthafte Probleme geben wird. Trotzdem ist es nützlich, dass es im hypothetischen Fall eines Problems in Geth auch andere Clients gibt, die verwendet werden können. 

Anders sieht es dagegen bei den Clients für den Consensus Layer aus, da sie eigentlich erst seit wenigen Monaten in einem sind.