Ethereum 2.0 nedir, güncelleme neler getirecek?

Ethereum 1.0, blokzincir teknolojisini bir adım öteye taşımayı amaçlayarak bir grup genç geliştirici tarafından 2014 yılında kurulmuş ve getirdiği yeniliklerle çokça ses getirmiş bir blokzincir projesidir. Şimdiye kadar farklı projelerde başarılar yakalayan proje geniş bir topluluğa ve desteğe sahip oldu. Şu günlerde başarılarının ve inovasyonun devamını getirmek isteyen Ethereum ekibi ve topluluğu Ethereum Versiyon 2.0 için hazırlıklarını ve geliştirme sürecini son hızla devam ettirmektedir.

Günümüze kadar olan süreç

Ethereum 2014 yılında ilk proje duyurusu yapıldığından beri belirli bir gelişim süreci izlemiş ve şimdiye kadar toplam 4 önemli aşama kaydetmiştir.

Homestead, Mart 2016
Metropolis: Byzantium, Ekim 2017
Metropolis: Constantinople, Şubat 2019
Istanbul, Aralık 2019

Bütün bu güncelleme aşamalarının ardından Ethereum topluluğu “Ethereum Versiyon 2” veya “Ethereum: Serenity” olarak isimlendirilen güncellemesine hazırlanmaktadır. Bu sürüm güncellemesiyle beraber Ethereum projesinin daha doğa dostu, hızlı, stabil ve yeni kullanım alanları için esnek olması bekleniyor.

“Ethereum V2: Serenity”

Ethereum V2 güncellemesi belirli aşamalardan oluşacak ve her aşama içerisinde belirli ana güncellemeleri barındıracaktır. Bu aşamaları ve içerdikleri güncellemeleri kısaca inceleyelim:

Aşama 0: Beacon Zinciri

Bu aşamada Beacon Zinciri olarak adlandırılan ve Ethereum’un Bitcoin’den esinlenerek kullandığı konsensüs protokolü olan Proof of Work (PoW) yerine Proof of Stake (PoS) konsensüs yapısına geçiliyor. Bununla beraber konsensüs yapısını yönetecek olan Casper (sevimli hayalet) protokolü de hayata geçiyor. Bu protokolün işlevlerine girmeden önce PoS konsensüs yapısının genel özelliklerine göz atalım:

Hisse Kanıtı-Proof of Stake (PoS):

Hisse Kanıtı, Emek İspatı`nda (Proof of Work) olduğu gibi blokların onaylanmasını gerektiren bir konsensüs yapısıdır. Bu konsensüs protokolünde belirli bir miktarda ETH’yi kontrat ile bağlayan (yani stake eden) kişilere validatör (doğrulayıcı) denmektedir. Burada, ağdaki akıllı sözleşme altyapısı kullanılarak Ethereum sahiplerinin istedikleri miktarda ETH’yi (32 ve katları olmak şartıyla) önceden belirledikleri süre boyunca kilitlemelerini sağlayan yapıdır.

Bu konsensüs modelinde her yeni blokun oluşturulması için validatörler arasında bir oylama işlemi yapılmaktadır. Bu oylama işleminde oy veren validatörlerin ağırlıkları stake ettikleri ETH’leri ne kadar süre stake pozisyonunda tutacaklarına bağlı olarak artmaktadır. Bu şekilde hem PoW mimarisine göre daha az enerji sarf eden hem de %51 saldırılarına karşı daha dayanıklı bir mimari sunulmaktadır.

Bu noktada Ethereum ağı ortalama her 10 saniyede bir yeni bir validatör seçecek ve bu validatör yeni bloku oluşturup imzalayarak zincire ekleyecek. Sadece bir seçim algoritması söz konusu olduğu için, oldukça seri bir biçimde sadece imza doğrulamaları yapılarak konsensüs sağlanacak.

Staking Mekanizması: Nasıl çalışır; ödüller ve cezalar neler?

İlk olarak Ethereum sahiplerinin neden ETH’lerini bir kontrat vasıtasıyla bağlamak isteyebileceğinden başlayalım. Bir kişi bütün şartları sağladıktan sonra validatör olarak ETH stake ettiğinde, belirli bir miktarda ödül almaktadır. Bu ödülün miktarı 32 ETH’lik stake için ayda ortalama 1.13 ETH iken, bu oran yılda 13.6 ETH’ye denk gelmektedir.

Bu ödüllendirme mekanizmasına dahil olmak için 32 ETH’nin yanında sistem gereksinimlerini sağlayan bir bilgisayarınız olması ve bu bilgisayarın staking süresi boyunca kesintisiz olarak online kalması beklenmektedir. Ancak öngörülemeyen bazı durumlara karşın belirli esneklikler Casper tarafından sağlanmaktadır. Örneğin, bir blokun aynı anahtarla iki defa imzalanması ceza gerektirir ve bunun asla ve asla olmaması gerekmektedir. Eğer validatör temel online olma gereksinimlerini karşılamazsa, Casper protokolü cezalandırma mekanizmasını çalıştırarak, stake’te duran ETH’lerin belirli bir kısmını yakar.

Ceza durumunu şu örnekle anlatabiliriz:

Eğer bir blokun sonlandırma evresinde (finalizing) belirli bir oranın üzerinde (zamanla bu oran değiştirildi ancak şu anda günün %33’ü kadar süreyle offline olunması durumunda) offline olursanız, o anki kârınız kadar ETH kontrata kilitli ETH’ler üzerinden yakılmaktadır. Mesela, stake yüzdeniz yıllık %5 ise, günlük olarak toplam paranızdan günlük olarak %0.0139 oranında kâr alıyorsunuz demektir. Sistem bu miktarı kontrattaki ETH’ler üzerinden %0.0139 olacak şekilde yakar.

Başka bir durumu ele alacak olursak; eğer bloklar finalize olamıyorsa (ağdaki düğümlerin %33’ünden fazlası online değilse veya oluşturulan blokların onayını yapmıyorlarsa) ve siz de bu offline bloklardan birisiyseniz günlük olarak toplam stake tutarınızın %3.4 kadarını kaybedersiniz.

Ceza olarak kaybedilen ETH’ler yakılarak (burn işlemi) bir daha kullanılamaz hale getirilmektedir.

Staking Havuzları

Tıpkı PoW madenciliğinde olduğu gibi staking için de şimdiden havuzlar oluşturulmaya başlandı (https://etherscan.io/address/0x00000000219ab540356cbb839cbe05303d7705fa). Havuzlar kullanıcılara 32 ETH’den daha küçük tutarlarla yatırım yapma fırsatı sunmaktadır.

Son olarak staking havuzu düzgün bir altyapı ile kurulmuşsa, validatörlerin ceza durumuna düşme ihtimali oldukça azalacak ve yatırım yapmak isteyen normal kullanıcıların sistemi sürekli monitor etme zorunluluğu ortadan kalkacaktır.

Sonuç olarak, Beacon ağında validatör olmak için minimum sistem gereksinimleri henüz kesinleşmedi ancak ağ kurmak isteyen kullanıcılara sunulan 3 farklı seçenek bulunuyor.

Sadece Beacon Zinciri
Beacon Zinciri + validatör istemci
Beacon Zinciri + çoklu validatör istemci

Aşama 0 tamamlandığında, aynı anda yaşayan 2 adet Ethereum zinciri olacaktır. Bunlardan ilki şu anda PoW mimarisi üzerinde çalışan Ethereum ağı (ETH V1.X) ve diğeri aşama 0 gelişim sürecinin tamamlanmasıyla oluşan PoS mimarisindeki Ethereum ağı (ETH V2.X).

Kullanıcılar Validatör olabilmek için iki ağ arasında ETH transferi yapabilecek ve kendilerini validatör ilan edebileceklerdir. Aşama 0 tamamlandıktan sonra kullanıcıların PoS ağını kullanabilmek için Beacon istemci kurmaları gerekmektedir.

Aşama 1

Aşama 0 başarılı bir şekilde tamamlandıktan sonra, Aşama 1’e geçilecektir. Aşama 1 gelişim sürecinin ana hedefi Sharding mekanizmasını PoS mimarisi ile birlikte çalışacak şekilde hayata geçirebilmektir. Shard zincirler oluşturularak Ethereum ağını daha hızlı, kullanışlı ve modüler hale getirmek amaçlanmaktadır.

Sharding:

Ölçeklendirilebilirlik ve performans temel blokzincir mimarisinin ana problemleridir. Şu anda gelişim sürecinde olan veya bu süreci tamamlamış projelerin önemli bir kısmı Satoshi’nin Bitcoin projesinin bu problemlerini çözmeye çalışmaktadır.

Sharding günümüzde bu sorunları çözmeye yönelik blokzincir projelerine entegre edilmeye çalışılan ve temelinde bir veri tabanı çözümü olan metottur. Sharding özetle; blokzincir teknolojisinin temel taşı olan ‘bütün nodelar, bütün zinciri tutmak zorundadır’ kuralını güvenliğe ve merkeziyetçiliğe zarar vermeden esnetip, ölçek problemine çözüm getirmeyi hedeflemektedir.

Ağdaki düğümlerin ağın bütün işlem geçmişini tutmasındansa her düğümün kendi shard’ının işlemlerini tutması öngörülüyor. Bu sayede ölçeklendirilebilir bir yapı ortaya konmuş olacak.

Sharding ile blokzincir teknolojisinin temel ilkeleri olan merkeziyetsizlik ve kayıtların değiştirilemezliği bozulmadan ölçeklenebilir bir ağ mimarisi kurulabildiği için; bu teknoloji günümüzde, özellikle blokzincir start-up’ları arasında oldukça popüler hale geldi. Sharding yapısında PoW konsensus modelinde olduğu gibi istenilen işlem bilgisine istenildiği anda değişmezlik kanıtıyla birlikte ulaşılabilmektedir. Sharding yapısında veriyi bulmak ve saklamak daha kolaydır; çünkü her verinin lokasyonu, mapping teknolojisi ile işaretlenir.

Son olarak sharding ile paralel işlemler paralel shard’larda işlenebildiği için, blokzincirin temel problemlerinden olan performans sorunu çözülebilmektedir.

Sharding kaynaklı olası problemler:

Sharding üzerinde düşünülmesi ve çözülmesi gereken 2 temel sorunu vardır.

Güvenlik ve sürekli iletişim: Aynı shard’ın içindeki düğümler güvenli ve kolay bir şekilde standart bir PoW blokzinciri gibi iletişim kurabilirler ancak shard’lar arasındaki iletişimin sürekliliğinin sağlanması ve shard’ların birbirine sürekli senkron olması önemlidir.

Shard Takeover: Bu durum shard’lardan birinin kötü niyetli bir taraf tarafından tamamen kontrol altına alınması olayıdır. Bu durumdan kaçınmak için Ethereum validatörları kendi aralarında sürekli olarak başka shard’lara atanırlar ve bir düğümün direkt olarak bir shard’ı yönetmesine engel olunur.

Güvenli bir mimarinin oluşması için düğümlerin ⅓ + 1 i kadarının dürüst olması ve saldırgan düğümlerin aynı anda aynı shard’a denk gelmemesi için shard sayısının belirli bir minimum değerden fazla olması gereklidir.

Aşama 1’in tamamlanması, sharding modüllerinin sisteme tamamen entegre edilmesiyle gerçekleşecek ve Ethereum ağı farklı görevlendirmeler için daha esnek, hızlı ve güvenilir bir platform haline dönüşmüş olacak. Sharding optimizasyonu tamamlanıp gerekli shard ve validatör sayısına ulaşıldıktan sonra, ağ üzerinde sharding yapısıyla birlikte validatörların onaylaması gereken işlem sayısı artacaktır.

Sharding mekanizmasının tamamlanması ardından ETH 2.0 için gerekli olan düğüm tipleri de ortaya çıkacaktır. Bunları şu anda aşağıdaki şekilde sıralayabiliriz.

Super-full node – Beacon Zinciri’nin tamamını kendisinde tutan yani normal bir PoW full-node gibi davranan düğümdür.
Top-level node – Beacon Zinciri’nin tamamını indirmeden bu zincirdeki blokları doğrular. Bu doğrulama; başlıkları, imzaları ve shard’lar altında yayınlanmış blokları kapsar.
Single-shard node – Top-level düğüm gibi çalışır ancak aynı zamanda belirli bir shard’ın bütün blokzinciri datasını tutar.
Light node – Ana zincirin (main zincir) blok başlıklarını doğrulamak üzere kurulan ancak blokları belirli bir sharddaki belirli bir datayı direkt olarak okuması gerekmedikçe indirmeyen düğüm tipidir. Veri okuması gereken bir durum meydana geldiğinde, en güncel imzalanan başlığı okur ve gerekli olan verinin son durumuna göre Merkle kökü değerini çağırır.

Düğümlerin tam olarak ne kadar alana ihtiyacı olacağı konusunda kesin bir bilgi henüz bulunmamaktadır. Bundan, ancak Aşama 0 tamamlandıktan ve Aşama 1 için hazırlıklar başladıktan sonra emin olabileceğiz.

Aşama 1 tamamlandıktan sonra ETH V1 ve ETH V2 yine paralel olarak çalışmaya devam edecek ve Aşama 1 tamamlandıktan sonra artık ödüller hem ETH V1 madencileri, hem de ETH V2 validatörları arasında paylaşılacaktır. Bu durumun madencileri madenciliği bırakmaya itebileceği konusunda belirli öngörüler var; ancak bunu zaman gösterecek.

Aşama 2

İkinci aşama, farklı parçaların birbirine bağlanarak ETH 2.0’ın bütün özellikleri ile beraber canlı hale gelmesi ve nihayetinde ana zinciri devralması sürecini kapsar. Bu aşamada artık ETH 1.0’den tanıdık olduğumuz;

akıllı sözleşmeler,
truffle gibi geliştirme platformları,
Ethereum Sanal Makinesi (EVM) gibi benzeri bir altyapı,
Blokzincirin temel yapıları olan hesaplar, imzalar,
Ve durum kontrolleri

yapılabilecektir.

ETH 2.0 adres tipleri ve imzalama şemaları

Ethereum 2.0 ile birlikte bir eliptik eğri temelli BLS12-381 imzalama mekanizması hayatımıza girecek. Skale, Algorand, Dfinity, Chia ve Zcash gibi projelerin kullandığı bu imzalama mekanizmasının Ethereum 2.0 validatörleri için de özel bir yeri olacak. Bu imzalama mekanizması pairing friendly olması (mapping ile iki grup arasında kriptografik işlem yapılmasına ve doğrulamaya izin veren) ile öne çıkan bir imzalama yapısıdır.

BLS (Boneh-Lynn-Shacham signatures) imzalama algoritması, çok yaygın kullanılan ECDSA/EdDSA imzalama algoritmalarının tersine Eliptik Eğri kriptografisini kullanarak verimli bir şekilde farklı taraflardan gelen imzaları toplamayı ve uygun ölçekte tek bir doğrulama yapabilmeyi sağlar. Bu sayede ağların imza doğrulama işlemleri çok ciddi bir biçimde hızlanır. Algoritmayı iki farklı EIP (Ethereum Improvement Proposal/ Ethereum Geliştirme önergesi) üzerinden inceleyecek olursak:

EIP 2333:

Bu özellik, yalnızca bir Ethereum 2.0 standardı değil, aynı zamanda BLS12-381 imza standardını benimseyen daha geniş bir proje topluluğu için tasarlanmıştır. Bu nedenle, Ethereum’a özgü olan özelliklerinin yanı sıra endüstrinin ihtiyaçlarını da dikkate alınarak geliştirilmiştir.

EIP 2334:

EIP 2333’ün; Ethereum ve mimarisi Ethereum’a yakın diğer zincirler için geliştirilen ve sistemin güvenliğini mükemmelleştirmeyi hedefleyen modifikasyonudur. BLS12-381; anahtarlarına anahtar tabanlı entropi kazandırmakta ve bunu yaparken sadece validatör düğümün (validator client) gizli anahtarını kullanmaktadır. Bu hem anahtarın açığa çıkarılmasını önler hem de acil durumlarda imzalama bilgilerinin geri döndürülmesi (back up) için daha geniş bir alan sağlar.

Bu seviye, herhangi bir amaçla kullanılabilecek birden fazla anahtar sağlamak için tasarlanmıştır. Tek bir hesabın, birbiriyle ilişkili birçok kullanıma sahip olduğu; ancak güvenlik nedenleriyle ayrı kalması gerektiği fikrinden yola çıkılarak tasarlanmıştır. Bu fikrin temelinde, validatör düğümlerin sürekli olarak online olması sebebiyle gizli anahtarlarının ele geçirilmesinde kolaylık olabileceği düşünülmüş ve BLS12-381 anahtar mimarisine başvurulmuştur. Bu sistem aynı zamanda post-quantum destekli saldırılara karşı dayanıklılık sağlamaktadır.

İşlem ücretleri ve akıllı sözleşmelerin işletilmesi

İşlem ücretleri veya Ethereum ağında bilinen adıyla “gas” masrafların değişkenliği her zaman kullanıcıların önemli bir problemi olarak karşımıza çıkmaktadır. Özellikle 2020 yılında “gas” masraflarının %500 dolaylarında arttığını göz önünde bulundurunca, bu ücretlerin optimizasyonun önemi inkâr edilemez. Ethereum Vakfı bu konuda bir EIP (Ethereum Improvement Proposal) yayınladı:

EIP 1559

EIP 1559 temelde “gas” masrafların alt limitini ve üst limitini belirlemek için geliştirilen bir EIP olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu mantıkta Ethereum ağında işlem yapan kişiler bir standart temel ücret ve validatörlere ödül ödemesi yapacaklardır. Geliştiriciler bunun PoS mimarisine geçmekten daha büyük bir risk ve gelişim olduğunu söylerken, PoS mimarisini ilk defa bu mantıkta uygulayacak olan blockzincir projesi Ethereum 2.0 olacaktır. Bu sisteme “cost auction” adını veren Ethereum Vakfı, bu sayede yakın zamanda %500 dolaylarında artan masrafların önüne geçmeyi hedeflemektedir. Bu EIP ile birlikte başlangıçta 100.000 ile başlayarak yıllık 2M’a kadar ETH’ın validatörler için sisteme bırakılabileceği Ethereum Vakfının kurucusu ve yönetici Vitalik Buterin tarafından doğrulanmıştır. Bundan dolayı yeni sistemin daha ekonomik bir yapıya sahip olacağı öngörülmektedir.

Ethereum 2.0 anahtar yapısı

Ethereum 1.0’da yalnızca tek bir özel anahtara sahip olunurken Ethereum 2.0’da iki farklı anahtar vardır:

Doğrulayıcı genel ve özel anahtar (validator public and private key):

Doğrulayıcı özel anahtarının amacı, blok teklifleri ve onaylamalar gibi Ethereum 2.0 zincir üzerinde bulunan işlemleri etkin bir şekilde imzalamaktır. Bu nedenle, bu anahtarlar sıcak cüzdan olarak da görülebilir.

Çekme genel ve özel anahtar (withdrawal public and private key):

Çekme anahtarı ise gerektiğinde doğrulayıcı bakiyesini çekmek/boşaltmak için kullanılır. Bu anahtarı kaybetmek, doğrulayıcı bakiyesine erişimi kaybetmek anlamına gelir. Ancak, bu durumda, doğrulayıcı yine de blokları onaylayabilir ve imzalayabilir ancak bu anahtar kaybolduğunda bu işlemin de paralelde durması beklenir. Bunun yanında, hesaptan çekebilmek için doğrulayıcı durumundan “çıkılması” (exited) gerekir.

Ethereum 2.0 hakkındaki öngörüler ve geliştirici notları

Ethereum geçişi ile birlikte farklı aşamalarda karşımıza çıkması olası görülen belirli problemler var. Bunları madde madde sıralarsak:

Bazılarına göre lansmandan sonraki ilk aylarda (veya yıllarda) Ethereum’u, Ethereum 2.0 blokzincirinden eski Ethereum blokzincirine taşımak mümkün olabilir. Bu noktada Ethereum geliştiricileri çift taraflı veri köprüsü modelini oturtamadığı için; iki zincir arasında transaction’lara izin verilmeyeceği, validator oluşturulması için tek taraflı ve ilkel bir çözüm kullanacakları söylenmekte. Ayrıca ilk aylarda Ethereum ağındaki düşük validator sayısından dolayı saldırıya uğrama riskinin çok yüksek olduğu konuşulmaya başlandı.
İlk başlarda Ethereum 2.0’ın Ethereum 1.0 ana zincirine ait bir zincir gibi çalışacağı kesinleşmiş gibi duruyor.
Başka bir görüşe göre, Ethereum 2.0’ın, başlangıçta planlanan transaction kapasitesinin yalnızca yarısına sahip olabilecek. Bu öngörünün temel argümanı, yeterli validator transaction sayısına sahip olunmayacağının görüş sahiplerince tahmin edilmesi.

Akıllı Sözleşmeler ve Ethereum 2.0

Veri depolama yapısındaki değişiklikler nedeniyle, yeni ağda verilerin uygulamalara geri çağrılması daha pahalı hale gelecektir. Burada shardlar arasındaki iletişim protokolünün önemli bir etkisi bulunmaktadır. Görünen o ki, hangi shard’da işlem yaptığınız fiyatlamada önemli olacaktır.
Ethereum yakın zamanda işlemleri atomik olarak (aynı anda pek çok işlemin tek seferde yapılması) yürütme yeteneğini kaybedeceği beklenmektedir. Bu durum ERC20 token’ları için sıkça kullanılan bu yapının artık kullanılamayacağı anlamına gelmekte ve geliştiricileri yeni bir öğrenme/adapte olma süreci beklemektedir.

Referanslar

Bu içerik en son 25 Nisan 2024 tarihinde güncellenmiştir.