Eines der interessantesten Projekte ist Cardano. Ähnlich wie Ethereum ist Cardano eine Smart Contract Plattform. Cardano bietet jedoch Skalierbarkeit und Sicherheit durch geschichtete Architektur.

Was ist Cardano?

Cardanos Ansatz ist einzigartig im Raum selbst, da er auf wissenschaftlicher Philosophie und von Experten begutachteter akademischer Forschung beruht. In diesem Leitfaden werden wir eine detaillierte Studie über Cardano durchführen und einige der interessanteren Innovationen, die es mit sich bringt, untersuchen.

Die Ursprünge von Cardano

Cardano wurde von Charles Hoskinson konzipiert, der einer der Mitbegründer von Ethereum ist.

Während Ethereum eine bewundernswerte Arbeit als eine Smart Contract Plattform leistet, ist es laut Hoskinson eine Blockchain der zweiten Generation (mehr dazu später) und benötigte Evolution. Was Cardano extrem bemerkenswert macht, ist die schiere Sorgfalt, mit der es gepflegt wird. Es gibt drei Organisationen, die Vollzeit arbeiten, um Cardano zu entwickeln und sich um sie zu kümmern:

• Die Cardano-Stiftung
• IOHK
• Emurgo.

Die Cardano Foundation ist eine gemeinnützige Organisation, die die Aufsicht über Cardano innehat. Ihre Hauptfunktion besteht darin, „die Cardano Protocol-Technologie zu standardisieren, zu schützen und zu fördern“.

Im Jahr 2015 fand Hoskinson zusammen mit Jeremy Wood IOHK (Input Output Hong Kong). IOHK ist ein „Forschungs- und Entwicklungsunternehmen, das sich verpflichtet, die Peer-to-Peer-Innovationen von Blockchain zu nutzen, um barrierefreie Finanzdienstleistungen für alle zu schaffen.“ Sie wurden beauftragt, Cardano bis 2020 zu bauen, zu entwerfen und zu warten.

Schließlich haben wir Emurgo. Emurgo ist ein japanisches Unternehmen, das „kommerzielle Projekte entwickelt, unterstützt und fördert, die ihre Industrie mithilfe der Blockchain-Technologie revolutionieren wollen“. Ein Großteil der Finanzierung von IOHK stammt aus einem Fünfjahresvertrag mit Emurgo.

Diese drei Organisationen arbeiten zusammen, um sicherzustellen, dass die Entwicklung von Cardano gut voranschreitet. Also, jetzt denken Sie wahrscheinlich darüber nach, warum Cardano in erster Linie benötigt wurde. Cardano beschreibt sich selbst als Blockchain der 3. Generation. Mal sehen, was das bedeutet?

Die drei Generationen der Blockchain

Laut Charles Hoskinson haben wir drei Blockchain-Generationen durchlaufen. Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=Ja9D0kpksxw

Generation 1: Bitcoin und Geldtransfer

Bitcoin wurde erstellt, weil jeder die gleichen Fragen stellte.

Wird es möglich sein, eine Form von Geld zu schaffen, die ohne Zwischenhändler zwischen zwei Personen übertragen werden kann?

Wird es möglich sein, ein dezentrales Geld zu schaffen, das auf so etwas wie die Blockchain funktionieren kann?

Satoshi Nakamoto beantwortete diese Fragen, als er Bitcoin erstellte. Wir hatten schließlich ein dezentralisiertes Währungssystem, das Geld von einer Person auf eine andere übertragen kann.

Es gab jedoch ein Problem mit Bitcoin, das ein Problem mit allen Blockchains der ersten Generation darstellt. Sie erlaubten nur Geldtransaktionen, es gab keine Möglichkeit, Bedingungen zu diesen Transaktionen hinzuzufügen.

Alice kann Bob 5 BTC senden, aber sie konnte diesen Transaktionen keine Bedingungen auferlegen. Z.B. Sie konnte Bob nicht sagen, dass er das Geld nur bekommen würde, wenn er bestimmte Aufgaben ausführte.

Diese Bedingungen würden extrem komplizierte Skripte erfordern. Etwas wurde benötigt, um den Prozess nahtloser zu gestalten.

Generation 2: Ethereum und Smart Contracts

Und dieses „Etwas“ war ein Smart Contract.

Was ist ein intelligenter Vertrag?

Intelligente Verträge helfen Ihnen, transparent, konfliktfrei Geld, Eigentum, Aktien oder andere Wertgegenstände zu tauschen, während Sie die Dienste eines Zwischenhändlers vermeiden.

Vitalik Buterins Ethereum ist leicht der Kräftige dieser Generation. Sie zeigten der Welt, wie sich die Blockchain von einem einfachen Zahlungsmechanismus zu etwas viel Bedeutsameren und mächtigeren entwickeln kann.

Diese Generation hatte jedoch auch einige Probleme.

Als mehr und mehr interessante Anwendungsfälle der Blockchain herauskamen, wurden sie mehr und mehr akzeptiert.

Das Problem war jedoch, dass diese Generationen von Blockchain nicht wirklich gut skalierbar waren. Das Governance-System dieser Blockchains war nicht wirklich gut durchdacht. Das Beispiel von Ethereum und Ethereum Classic ist laut Hoskinson ein klassisches Beispiel für schlechte Regierungsführung.

Hier kommt die dritte Generation ins Spiel.

Generation 3: Cardano
Hoskinson wusste, dass sich die Blockchain noch weiter entwickeln musste. Er nahm die positiven Elemente der ersten beiden Blockchain-Generationen und fügte einige eigene Elemente hinzu. Was daraus entstand, war Cardano.

Die drei Elemente, die Cardano lösen wollte, waren:

• Skalierbarkeit
• Interoperabilität
• Nachhaltigkeit.

Wie bereits erwähnt, ist Cardano einzigartig in dem Sinne, dass es auf wissenschaftlicher Philosophie und Peer-Review-Forschung basiert. Das gesamte Engineering, das darin steckt, hat das ultimative Ziel, „High Assurance Code“ zu sein. Dies geschieht, um sicherzustellen, dass die Qualität des verwendeten Codes viel höher ist (mehr dazu später im Abschnitt „Haskell and Plutus“). Dies wird, so Hoskinson, verhindern, dass zukünftige Fälle wie die ETH-ETC-Abspaltung stattfinden.

Also, bevor wir weiter gehen, lassen Sie uns die Philosophie von Cardano erkunden.

Die Philosophie von Cardano
 

Das Cardano-Team möchte sich an eine Reihe von Prinzipien und Philosophien halten. Sie haben keine richtige Roadmap oder ein Whitepaper erstellt. Stattdessen konzentrierten sie sich auf eine „Sammlung von Designprinzipien, technischen Best Practices und Wegen zur Exploration“.

Die folgenden sind diese Grundsätze und sie sind direkt von der Cardano Website übernommen.

Quelle: https://www.cardanohub.org/en/philosophy/

• Trennung von Buchhaltung und Berechnung in verschiedene Schichten.
• Implementierung von Kernkomponenten in hochmodularem Funktionscode
• Kleine Gruppen von Akademikern und Entwicklern konkurrieren mit Peer-Review-Forschung
• Intensiver Einsatz von interdisziplinären Teams einschließlich der frühzeitigen Nutzung von InfoSec-Experten
• Schnelle Iteration zwischen Whitepapers, Implementierung und neuer Forschung erforderlich, um während der Überprüfung entdeckte Probleme zu korrigieren
• Aufbau der Fähigkeit, nachträglich bereitgestellte Systeme zu aktualisieren, ohne das Netzwerk zu zerstören
• Entwicklung eines dezentralen Finanzierungsmechanismus für zukünftige Arbeiten
• Eine langfristige Sicht auf die Verbesserung des Designs von Kryptowährungen, damit sie auf mobilen Geräten mit einer angemessenen und sicheren Benutzererfahrung arbeiten können
• Stakeholder näher an den Betrieb und die Wartung ihrer Kryptowährung heranziehen
• Bestätigen, dass mehrere Assets im selben Hauptbuch berücksichtigt werden müssen
• Abstrahieren von Transaktionen mit optionalen Metadaten, um den Anforderungen von Legacy-Systemen besser gerecht zu werden
  Lernen Sie von den fast 1.000 Altcoins, indem Sie sinnvolle Funktionen nutzen
• Verabschiedung eines standardisierten Prozesses, der von der Internet Engineering Task Force inspiriert wurde und eine dedizierte Grundlage nutzt, um den endgültigen Protokollentwurf zu sperren
• Erkunden Sie die sozialen Elemente des Handels
• Finden Sie einen gesunden Mittelweg für die Regulierungsbehörden, um mit dem Handel zu interagieren, ohne einige Kernprinzipien zu gefährden, die von Bitcoin übernommen wurden.

Element: Skalierbarkeit
Wenn Leute „Skalierbarkeit“ sagen, denken sie unweigerlich an Transaktionen, die pro Sekunde oder Durchsatz verarbeitet werden. Laut Hoskinson ist dies jedoch nur ein Teil des Problems. Die totale Skalierbarkeit ist sozusagen eine dreiköpfige Hydra. Man muss auf drei separate Elemente achten:

• Transaktionen pro Sekunde / Durchsatz
• Netzwerk
• Datenskalierung.

Quelle: https://www.iacr.org/conferences/crypto2017/

1. Durchsatz
Viele Artikel wurden über den fehlenden Durchsatz in Bitcoin und Ethereum geschrieben. Bitcoin verwaltet 7 Transaktionen pro Sekunde und Ethereum verwaltet 15-20. Dies ist für ein Finanzsystem absolut nicht akzeptabel.

Cardano hofft, dieses Problem mit ihrem Konsensmechanismus Ouroboros zu lösen. Es ist ein nachweisbar sicherer Proof-of-Stake-Algorithmus. Ouroboros wurde während der Crypto 2017 von Experten geprüft und genehmigt.

Ouroboros ist, wie bereits erwähnt, ein Proof-of-Stock-Algorithmus. Bevor wir uns näher mit dem Mechanismus befassen, müssen wir wissen, welcher Beweis der Einsatz ist.

Bitcoin und Ethereum (zumindest jetzt) ​​folgen dem Protokoll der Arbeitsnachweise (Proof of Work).

Arbeitsnachweis (Proof of Work) als Prozess hat folgende Schritte:

Die Miner lösen kryptographische Rätsel, um einen Block zu „minen“, um ihn zur Blockchain hinzuzufügen.
Dieser Prozess erfordert eine immense Menge an Energie und Rechenaufwand. Die Puzzles wurden so entworfen, dass es schwierig und anstrengend für das System ist.
Wenn ein Miner das Puzzle löst, präsentiert er seinen Block dem Netzwerk zur Verifizierung.
Die Überprüfung, ob der Block zur Kette gehört oder nicht, ist ein äußerst einfacher Vorgang.

Das ist im Kern das System der Arbeitsbeweise. Das Lösen des Puzzles ist schwierig, aber zu überprüfen, ob die Lösung tatsächlich korrekt ist oder nicht, ist einfach. Dies ist das System, das Bitcoin und Ethereum (bis jetzt) benutzt haben. Es gibt jedoch einige fundamentale Fehler im System.

Das Problem mit dem Nachweis der Arbeit.
Wie sich herausstellt, gibt es bei Proof-of-Work einige Probleme.

Der Arbeitsbeweis ist in erster Linie ein extrem ineffizienter Prozess, weil er viel Energie verbraucht.
Menschen und Organisationen, die sich schnellere und leistungsfähigere ASICs leisten können, haben in der Regel eine bessere Chance als die anderen.

Theoretisch können diese großen Mining-Pools einfach miteinander kooperieren und 51% auf dem Bitcoin-Netzwerk starten.
 

Um diese Probleme zu lösen, suchte Ethereum nach Proof of Stake als Lösung.

Was ist der Beweis für den Einsatz (PoS)?
 

Der Nachweis des Einsatzes wird den gesamten Mining-Prozess virtuell machen und Miner durch Validatoren ersetzen.

So wird der Prozess funktionieren:

Die Münzprüfer müssen einige ihrer Münzen als Einsatz absperren.
Danach beginnen sie mit der Validierung der Blöcke. Das heißt, wenn sie einen Block entdecken, von dem sie denken, dass er der Kette hinzugefügt werden kann, werden sie ihn validieren, indem sie darauf wetten.
Wenn der Block angehängt wird, erhalten die Validierer eine Belohnung proportional zu ihren Wetten.

Nun, da wir wissen, wie PoS aussieht, schauen wir uns den Mechanismus hinter Ouroboros an.

Cardano: Ouroboros unter der Haube

Ouroboros betrachtet die Verteilung der Token im Ökosystem und teilt die Welt aus einer Zufallszahl in Epochen ein. Jede Epoche wird dann in Schlitze unterteilt. Jede Epoche dauert nur sehr kurz ~ 20 Sekunden.

Jeder Slot erhält dann seinen eigenen Slot-Leader, der zufällig ausgewählt wird.

Der Slot-Leader verhält sich wie Minenarbeiter in einem POW-Protokoll in dem Sinne, dass sie diejenigen sind, die die Blöcke auswählen, die zur Blockchain hinzugefügt werden. Sie können jedoch nur einen Block hinzufügen.

Wenn ein Slot-Leader irgendwie seine Chance verpasst und den Block nicht wählt, verpassen sie ihre Chance und müssen warten, bis sie wieder Slot-Leader werden. Es ist in Ordnung, wenn ein oder mehrere Slots leer bleiben (ohne generierte Blöcke), aber die Mehrheit der Blöcke (mindestens 50% + 1) muss während einer Epoche erzeugt werden.

Wie Sie sehen können, spielen die Slot-Leader eine sehr wichtige Rolle im Ökosystem. Um für die Qualifikation in Frage zu kommen, muss man 2% der Anteile an Cardano besitzen. Diese Stakeholder werden Wähler genannt und sie sind diejenigen, die die Slot-Führer für die nächste Epoche während der aktuellen Epoche wählen. Je mehr Anteil der Stakeholder im System hat, desto größer ist die Chance, dass sie als Slot-Leader gewählt werden.

Jetzt, da die Slot-Führer viel Macht haben, muss besondere Sorgfalt darauf verwendet werden, die Wahl so unvoreingenommen wie möglich zu machen. Es muss ein gewisses Maß an Zufälligkeit beteiligt sein. Dies ist der Grund, warum eine Mehrparteienberechnung (MPC) durchgeführt wird, um irgendeine Form von Zufälligkeit zu erreichen.

In diesem MPC-Ansatz führt jeder Wähler eine zufällige Aktion namens „Münzwurf“ durch und teilt danach seine Ergebnisse mit anderen Wählern. Obwohl die Ergebnisse von jedem Wähler zufällig generiert werden, stimmen sie letztendlich auf den gleichen Endwert zu.

Die Wahl ist in drei Phasen unterteilt:

• Verpflichtungsphase
• Phase enthüllen
• Erholungsphase.
   

Lassen Sie uns untersuchen, was in jeder Phase passiert.

Commitment-phase

Erstens erzeugt ein Wähler einen geheimen Zufallswert und bildet dann eine „Verpflichtung“. Das Commitment ist eine Nachricht, die verschlüsselte Freigaben enthält (beachten Sie dies für die Wiederherstellungsphase) und einen Beweis für das Geheimnis.

Danach signiert ein Wähler die Verpflichtung mit seinem privaten Schlüssel und gibt die Epochennummer an und fügt ihren öffentlichen Schlüssel an. Dies löst zwei Zwecke:

Jeder kann überprüfen, wer diese Verpflichtung erstellt hat (da er mit dem öffentlichen Schlüssel verknüpft ist).
Sie können prüfen, zu welcher Epoche sie gehört.
 

Nachdem dies geschehen ist, sendet der Wähler seine Zusagen an andere Wähler. Schließlich sammelt jeder Wähler die Verpflichtungen des anderen Wähler (die Verpflichtungen werden in den Block gesteckt und werden Teil der Blockchain).

Die zweite Phase ist die Enthüllungsphase.

Denken Sie an Verpflichtungen wie eine verschlossene Box, die ein Geheimnis in sich hat und es gibt einen besonderen Wert, der die Box entriegelt. Dieser spezielle Wert wird „Öffnen“ genannt. Darum geht es in dieser Phase, die Wähler senden ihre „Eröffnung“. Diese Öffnungen werden ebenfalls in den Block eingefügt und werden dann Teil der Blockchain.

Erholungsphase
 

Schließlich haben wir die Erholungsphase.

Zu dieser Zeit hat ein Wähler sowohl Verpflichtungen als auch Eröffnungen. Einige Wähler können jedoch böswillig handeln und ihr Engagement ohne die Eröffnung veröffentlichen. Grundsätzlich geben Sie die gesperrte Box ohne die Passphrase.

Um dies zu umgehen, können die ehrlichen Wähler alle verschlüsselten Anteile (wie in der Verpflichtungsphase erwähnt) posten und die Geheimnisse einfach rekonstruieren. Auf diese Weise funktioniert das System auch dann, wenn bestimmte Wähler böswillig handeln. So erhält Ouroboros seine byzantinische Fehlertoleranz.

Schließlich bestätigt ein Wähler, dass die Verpflichtungen und Öffnungen übereinstimmen, und wenn dies geschieht, werden die Geheimnisse aus den Verpflichtungen extrahiert, die einen Samen bilden. Der Seed ist eine zufällig generierte Byte-Zeichenfolge.

Alle Wähler besitzen jetzt diesen Samen.

Also, lassen Sie uns für eine Sekunde innehalten und prüfen, wo wir gerade sind.

Wir wählen Slot-Leader für die nächste Epoche. Um sicherzustellen, dass die Wahl so unvoreingenommen wie möglich ist, brauchten wir irgendeine Art von Zufälligkeit. Der „Samen“ liefert uns diese Zufälligkeit. Jetzt ist es an der Zeit die Slot Leader auszuwählen.

2. Netzwerk
 

Wie berücksichtigt Network die Skalierbarkeit?

Einfach … Bandbreite.

Die Transaktionen tragen Daten. Mit steigender Anzahl der Transaktionen erhöht sich auch die Anforderung an Netzwerkressourcen.

Die Vorstellung ist ziemlich einfach: Wenn ein System auf Millionen von Benutzern skaliert werden soll, benötigt das Netzwerk 100 Terabyte oder Exabytes an Ressourcen, um sich selbst zu erhalten.

Daher ist es unmöglich, eine homogene Netzwerktopologie aufrechtzuerhalten. Was bedeutet das?

In einer homogenen Netzwerktopologie leitet jeder Knoten im Netzwerk jede Nachricht weiter. Skype ist ein Beispiel für ein solches Netzwerk, bei dem der größte Teil des Werts einer einzelnen Benutzergruppe zugeordnet wird, die alle daran interessiert ist, einen Anruf zu tätigen.

In einem dezentralen Netzwerk kann dies jedoch für die Skalierung unpraktisch werden. Alle Knoten verfügen möglicherweise nicht über die erforderlichen Ressourcen, um die Informationen effektiv weiterzuleiten.

Um dieses Problem zu lösen, sucht Cardano nach einer neuen Technologie namens RINA, Recursive Inter-Network Architecture, die von John Day entwickelt wurde. Es ist eine neue Art von Strukturierungsnetzwerken, die Richtlinien und geniale Konstruktionsprinzipien verwendet.

3. Datenskalierung
 

Schließlich haben wir eine Datenskalierung.

Denk darüber nach.

Blockchains speichern Dinge für die Ewigkeit. Jedes kleine Stück Daten, ob relevant oder nicht, wird für immer in der Blockchain gespeichert. Da das System immer größer wird und mehr und mehr Leute reinkommen, wird die Blockchain durch den bloßen Datenstrom immer mehr und mehr sperrig.

Denken Sie daran, dass eine Blockchain ausgeführt wird, da sie aus Knoten besteht. Jeder Knoten ist ein Benutzer, der eine Kopie der Blockchain in seinem System speichert.

Sie sehen, wo das Problem liegt?

Wenn die Blockchain sperriger wird, benötigt sie mehr Speicherplatz, und das ist für einen normalen Benutzer mit einem normalen Computer unangemessen.

Die Art, wie Cardano dieses Problem lösen möchte, besteht darin, eine einfache Philosophie zu implementieren: „Nicht jeder benötigt alle Daten.“

Das Cardano ICO
 

Das Cardano ICO sammelte rund 62 Millionen US-Dollar.

Cardano’s Token heißt Ada nach Ada Lovelace, einem Mathematiker des 19. Jahrhunderts, der als erster Computerprogrammierer und Tochter des Dichters Lord Byron anerkannt wurde.

Cardanos erstes Major-Release, Byron, ging am 29. September 2017 online, als das Cardano-Hauptnetz eingeführt wurde.

Fazit

Cardano basiert nicht nur auf einer soliden Philosophie, sondern auch auf Hardcore-Wissenschaft. Das bedeutet für sich einen deutlichen Vorteil gegenüber den Mitbewerbern. Plus, die Tatsache, dass jemand wie Charles Hoskinson den Weg weist, fügt nur mehr Glaubwürdigkeit hinzu. Wir werden abwarten müssen bis 2019, ob sie wirklich all ihre hohen Versprechen auch halten können.

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