Eingehende Erkundung des SCP

Das Stellar Consensus Protocol (SCP) bildet das Rückgrat des Stellar-Netzwerks und gewährleistet einen sicheren und effizienten Betrieb. Es handelt sich um einen revolutionären Ansatz zur Erzielung eines Konsenses in einem dezentralen Finanznetzwerk. Das SCP basiert auf dem Konzept des Federated Byzantine Agreement (FBA), das sich auf die Idee der dezentralen Kontrolle konzentriert, bei der Knoten freiwillig auswählen, welchen anderen Teilnehmern sie vertrauen, um zuverlässige Informationen zu erhalten. Wenn Sie mehr über die byzantinischen Probleme erfahren möchten: Was ist das Problem der byzantinischen Generäle?

Ein Auszug aus unserem Artikel: „Das Problem der byzantinischen Generäle, auch bekannt als das Problem der zwei Generäle, wurde 1982 in Leslie Lamberts Aufsatz über die Fehlertoleranz verteilter Peer-to-Peer-Netzwerkkommunikation vorgeschlagen. Bei der Kommunikation des verteilten Systems können einige lokale Probleme dazu führen, dass der Computer Fehlermeldungen sendet und die Konsistenz des Systems zerstört. Daher ist das Problem der byzantinischen Generäle im Wesentlichen ein Konsensproblem in der Punkt-zu-Punkt-Kommunikation.“

Wie sich SCP von Proof of Work und Proof of Stake unterscheidet

SCP weicht erheblich von den Mechanismen Proof of Work (PoW) und Proof of Stake (PoS) ab. PoW, das von Netzwerken wie Bitcoin verwendet wird, erfordert einen umfangreichen Rechenaufwand, um komplexe mathematische Probleme zur Validierung von Transaktionen und zur Erstellung neuer Blöcke zu lösen. Im Gegensatz dazu erfordert PoS, das von Netzwerken wie Ethereum 2.0 eingesetzt wird, dass Validatoren eine bestimmte Menge an Kryptowährung halten und manchmal sperren, um an dem Prozess teilnehmen zu können.

SCP macht energieintensives Mining überflüssig, indem es den Knoten ermöglicht, durch einen Prozess der Auswahl vertrauenswürdiger Partner (Quorum Slices) einen Konsens zu erzielen, und erfordert nicht, dass Validatoren Kapital als Anteil binden. Diese Verschiebung verringert nicht nur die Auswirkungen auf die Umwelt, sondern demokratisiert auch die Beteiligung an der Sicherheit des Netzwerks.

Vorteile von SCP in Bezug auf Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit

Die Vorteile von SCP liegen in seiner Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit. Transaktionen im Stellar-Netzwerk werden innerhalb von Sekunden bestätigt, ein krasser Gegensatz zu den Minuten oder sogar Stunden, die es auf PoW- oder PoS-Systemen dauern kann. Darüber hinaus schützt das SCP-Design von Natur aus vor Double-Spend-Angriffen und stellt sicher, dass das Netzwerk auch dann reibungslos weiterarbeiten kann, wenn einige Knoten ausfallen oder böswillig handeln.

SCP priorisiert zwei der drei grundlegenden Eigenschaften in Konsensmechanismen: Fehlertoleranz und Sicherheit. Es ist darauf ausgelegt, den Betrieb trotz Ausfällen einiger Knoten aufrechtzuerhalten und sicherzustellen, dass sich die Knoten des Netzwerks auf Transaktionsergebnisse einigen, um Konfliktzustände zu vermeiden. Dies kann zwar manchmal den Konsens verzögern, wenn Knoten Schwierigkeiten haben, eine Einigung zu erzielen, verringert jedoch die Wahrscheinlichkeit systemischer Ausfälle erheblich.

SCP-Komponenten

• Quorum-Sets und Slices: Jeder Knoten im Stellar-Netzwerk definiert seinen eigenen Satz vertrauenswürdiger Knoten, der als Quorum-Set bezeichnet wird. Innerhalb dieses Satzes müssen sich die Knoten auf Transaktionssätze einigen und Quorum-Slices bilden, die übereinstimmende Teile des Netzwerks widerspiegeln.
• Verbundabstimmung: SCP nutzt Verbundabstimmung, um einen Konsens zu erzielen, der mehrere Phasen durchläuft: Knoten stimmen über Transaktionssätze ab, akzeptieren die Stimmen anderer, wenn sie ihnen vertrauen, und bestätigen schließlich den anzuwendenden Transaktionssatz.
• Nominierungs- und Abstimmungsprotokolle: Diese beiden Phasen des SCP stellen sicher, dass Knoten Transaktionssätze vorschlagen und diese dann durch eine Reihe von Abstimmungen bestätigen, damit sie dem Hauptbuch hinzugefügt werden.
  SCP ist eine innovative Lösung für die klassischen Probleme dezentraler Netzwerke. Es bietet dem Stellar-Netzwerk die Möglichkeit, Transaktionen schnell und sicher abzuwickeln, ohne die hohen Rechenkosten, die mit anderen Konsensmechanismen verbunden sind. Dieses Design spiegelt ein Gleichgewicht zwischen Inklusivität und Sicherheit wider und macht Stellar zu einer attraktiven Plattform für Finanzanwendungen, die sowohl schnelle Abwicklungszeiten als auch robuste Sicherheitsmaßnahmen erfordern.

Stellare Netzwerkschichten

Übersicht über den Stellar Stack

Quelle: https://developers.stellar.org/docs/fundamentals-and-concepts/stellar-stack

Die Stellar-Netzwerkarchitektur besteht aus verschiedenen Schichten, die harmonisch zusammenarbeiten, um eine umfassende Finanzinfrastruktur bereitzustellen. Diese Schichten sollen sicherstellen, dass das Netzwerk ausfallsicher bleibt, für alle offen ist, schnell und kosteneffizient arbeitet und reale Finanzszenarien abdeckt.

Die Rollen und Interaktionen zwischen verschiedenen Netzwerkschichten

• Stellar Core: Dies ist die grundlegende Schicht des Stellar-Netzwerks, bestehend aus Knoten, die das verteilte Hauptbuch verwalten und den Konsensprozess ausführen. Stellar Core aktualisiert das Hauptbuch alle 5–7 Sekunden und demonstriert damit die bemerkenswerte Effizienz des Netzwerks.
• Horizon API: Horizon dient als Brücke zwischen Stellar Core und verschiedenen Anwendungen und ist ein Client-orientierter HTTP-API-Server. Es bietet eine zugängliche Schnittstelle zum Übermitteln von Transaktionen an das Netzwerk und zum Abfragen historischer Daten. Während es möglich ist, eine direkte Verbindung zum Stellar Core herzustellen, vereinfacht die Verwendung von Horizon diese Interaktionen und macht sie für Client-Anwendungen praktischer.
• Soroban RPC und CLI: Soroban führt Smart-Contract-Funktionen in das Stellar-Ökosystem ein. Der Soroban RPC-Server (Remote Procedure Call) fungiert als Vermittler für Anwendungen, die mit diesen Smart Contracts interagieren. Die CLI (Command Line Interface) bietet Entwicklern eine direkte Möglichkeit, mithilfe von Befehlszeilentools intelligente Verträge zu erstellen, bereitzustellen und mit ihnen zu interagieren.
• Software Development Kits (SDKs): Diese Kits erleichtern den Entwicklungsprozess, indem sie Programmierern Bibliotheken für die Interaktion mit Horizon und Soroban RPC in verschiedenen Programmiersprachen zur Verfügung stellen. Sie abstrahieren einige der Komplexitäten, die mit dem direkten Umgang mit den Netzwerkprotokollen verbunden sind.
• DeFi-Protokolle: Diese Protokolle stehen für Decentralized Finance und ermöglichen die Schaffung von Finanzdienstleistungen, die autonom auf der Blockchain funktionieren, wie z. B. Kreditplattformen und dezentrale Börsen. Sie können in Anwendungen integriert werden, um die von Stellar bereitgestellte Finanzinfrastruktur ohne zentrale Vermittler zu nutzen.

Netzwerke innerhalb von Stellar

• Mainnet: Das primäre öffentliche Netzwerk, in dem tatsächliche Finanztransaktionen stattfinden.
• Testnet: Eine von der Stellar Development Foundation (SDF) verwaltete Sandbox-Umgebung, in der Entwickler ihre Anwendungen testen können, ohne echte Mittel einzusetzen.
• Futurenet: Ein Netzwerk zum Testen modernster Funktionen und Entwicklungen im Stellar-Ökosystem.
  Jede Schicht des Stellar-Stacks ist mit spezifischen Rollen ausgestattet, die zur Gesamtfunktionalität des Netzwerks beitragen und sicherstellen, dass es eine robuste und vielseitige Plattform für den Aufbau einer breiten Palette von Finanzanwendungen bleibt.

Das Design der Netzwerkschichten von Stellar und die Interaktion zwischen ihnen bieten eine belastbare und flexible Grundlage, auf der eine vielfältige Palette von Finanzdienstleistungen aufgebaut und betrieben werden kann, von alltäglichen Zahlungen bis hin zu komplexen DeFi-Anwendungen. Diese mehrschichtige Architektur gewährleistet nicht nur betriebliche Effizienz und Zuverlässigkeit, sondern unterstützt auch Innovationen, sodass sich Entwickler auf die Entwicklung von Lösungen konzentrieren können, die auf ihre spezifischen Anwendungsfälle zugeschnitten sind.

Operationen innerhalb von Stellar

Allgemeine Operationen und wie sie verwendet werden

Operationen in Stellar stellen spezifische Aktionen dar, die den Status des Hauptbuchs ändern können. Bei jeder Operation handelt es sich um einen Befehl, der eine Änderung vorschreibt. Diese werden in Gruppen, die als Transaktionen bezeichnet werden, an das Netzwerk übermittelt. Diese Transaktionen sind atomar; Entweder haben sie alle Erfolg oder alle scheitern. Die Vorgänge können von der Erstellung von Konten bis zur Verwaltung von Angeboten im Stellar Decentralized Exchange (SDEX) reichen.

Transaktionsaufbau und -verarbeitung

Transaktionen in Stellar werden durch die Bündelung einer oder mehrerer Vorgänge mit zusätzlichen Informationen wie dem Quellkonto und der Sequenznummer erstellt. Sie werden mit dem geheimen Schlüssel des Quellkontos signiert, um die Authentizität sicherzustellen, und dann zur Verarbeitung an das Stellar-Netzwerk übermittelt. Wenn alle Vorgänge innerhalb einer Transaktion gültig sind und das Konto über genügend Guthaben verfügt, um die Gebühren und die Vorgänge selbst zu decken, wird die Transaktion bestätigt und im Hauptbuch verbucht.

Kontovorgang erstellen

Dieser Vorgang wird zum Erstellen und Aufladen eines neuen Stellar-Kontos verwendet. Es erfordert einen Anfangssaldo und erstellt einen neuen Eintrag im Hauptbuch für das Konto.

Zahlungsvorgang

Der Zahlungsvorgang ermöglicht es Konten, einen Betrag eines bestimmten Vermögenswerts an ein Zielkonto zu senden. Dies ist ein wesentlicher Bestandteil der Wertübertragung im Stellar-Netzwerk.

Pfadzahlungsvorgänge

Path-Payment-Operationen ermöglichen die Durchführung von Zahlungen mit unterschiedlichen Vermögenswerten; Das Netzwerk findet den besten Pfad zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Asset. Es gibt strikte Sende- und strikte Empfangsversionen von Pfadzahlungen, die entweder den gesendeten Betrag bzw. den empfangenen Betrag garantieren.

Angebotsvorgänge verwalten

Diese Vorgänge werden zum Erstellen, Aktualisieren oder Löschen von Angeboten in der Stellar Decentralized Exchange verwendet. Es gibt separate Vorgänge für die Verwaltung von Kauf- und Verkaufsangeboten sowie für die Erstellung passiver Angebote, bei denen ein passendes Angebot nicht sofort angenommen wird.

Legen Sie den Optionsbetrieb fest

Dieser Vorgang wird zum Konfigurieren verschiedener Einstellungen für ein Konto verwendet, z. B. zum Festlegen des Inflationsziels, zum Verwalten von Unterzeichnern oder zum Festlegen von Flags, die die Berechtigungen des Kontos ändern können.

Ändern Sie den Vertrauensvorgang

Durch diesen Vorgang wird eine Trustline erstellt, aktualisiert oder gelöscht. Auf diese Weise ermöglicht Stellar einem Konto, von anderen Konten ausgegebene Vermögenswerte zu halten und mit ihnen zu handeln.

Kontozusammenführungsvorgang

Bei der Kontozusammenführung wird der Saldo eines Kontos auf ein anderes übertragen und das Quellkonto aus dem Hauptbuch entfernt.

Datenbetrieb verwalten

Konten können Dateneinträge an sich selbst anhängen, bei denen es sich im Wesentlichen um Schlüssel-Wert-Paare handelt. Der Datenverwaltungsvorgang legt diese Dateneinträge fest, ändert oder löscht sie.

Stellare Datenstrukturen

Hauptbücher: Wie sie geführt und aktualisiert werden

Ein Ledger in Stellar entspricht einem Block in anderen Blockchain-Technologien und erfasst den Zustand des Netzwerks zu einem bestimmten Zeitpunkt. Es enthält alle Salden, Bestellungen und andere Daten wie Smart-Contract-Informationen. Ledger sind chronologisch verknüpft und jede neue Ledger-Version ist das Ergebnis der Anwendung einer Reihe von Transaktionen auf die vorherige Version. Der Ledger-Header ist eine Zusammenfassung des Ledgers und enthält Metadaten wie die Ledger-Version, den vorherigen Ledger-Hash und den Transaktionssatz-Ergebnis-Hash.

Konten: Erstellung, Verwaltung und Typen

Konten sind die primäre Datenstruktur in Stellar und repräsentieren Benutzer des Systems. Ein Konto wird durch den Vorgang „Konto erstellen“ erstellt und muss über einen Mindestsaldo von XLM verfügen, der sich aus der Grundreserveanforderung multipliziert mit der Anzahl der Untereinträge des Kontos ergibt. Ein Konto verfügt über verschiedene Eigenschaften wie eine eindeutige Kennung (Konto-ID), Guthaben für verschiedene Vermögenswerte, Unterzeichner und Schwellenwerte für niedrige, mittlere und hohe Sicherheit.

Vermögenswerte: Native und benutzerdefinierte Ausgabe von Vermögenswerten auf Stellar

Vermögenswerte im Stellar-Netzwerk können Fiat-Währungen, Kryptowährungen oder jede andere Wertform darstellen. Jeder Vermögenswert wird durch einen Vermögenswertcode und das Konto des Emittenten identifiziert. Die Ausgabe eines Vermögenswerts erfolgt durch einen Zahlungsvorgang vom Emittenten auf ein anderes Konto. Vermögenswerte werden von den ausstellenden Konten kontrolliert, die Autorisierungsflags setzen und mit Metadaten über den Vermögenswert verknüpfen können. Auf Stellar ausgegebene Vermögenswerte können über den Stellar Asset Contract auch im Rahmen von Smart Contracts verwendet werden.

Operationen und Transaktionen: Typen und wie sie ihren Status ändern

Operationen sind die einzelnen Anweisungen, die in eine Transaktion eingebunden werden können. Sie reichen von Zahlungen über die Verwaltung von Angeboten auf der dezentralen Börse bis hin zu Kontokonfigurationsänderungen. Transaktionen bündeln diese Vorgänge und übermitteln sie an das Netzwerk, um sie auf das Hauptbuch anzuwenden. Transaktionen sind atomar; Wenn ein Vorgang innerhalb einer Transaktion fehlschlägt, schlägt die gesamte Transaktion fehl.

Smart Contracts: Möglichkeiten und Einschränkungen innerhalb von Stellar

Stellar hat intelligente Verträge über die Soroban-Plattform eingeführt. Smart Contracts auf Stellar sind Codeteile, die Operationen auf der Blockchain ausführen können. Sie bestehen aus Wasm-Bytecode und werden in den Hauptbucheinträgen CONTRACT_DATA gespeichert. Intelligente Verträge können ihre eigenen Speichereinträge im Hauptbuch haben, die temporär oder dauerhaft sein können und mit denen unterschiedliche Kosten und Laufzeiten verbunden sind.

Jede dieser Datenstrukturen und Komponenten spielt eine entscheidende Rolle für die Fähigkeit von Stellar, eine skalierbare und flexible Finanzinfrastruktur bereitzustellen. Der auf diesen Elementen basierende Aufbau des Netzwerks ermöglicht ein breites Spektrum an Finanzoperationen, von einfachen Zahlungen bis hin zu komplexen Finanzinstrumenten und intelligenten Verträgen.

Erweiterte Stellar-Funktionen

Lebenszyklus einer Transaktion von der Übermittlung bis zur Bestätigung

Hier ist eine Zusammenfassung des Stellar-Transaktionslebenszyklus:

1. Erstellung: Eine Transaktion wird von einem Benutzer initiiert, der das Quellkonto, die Sequenznummer, die Vorgänge, die Gebühr und alle erforderlichen Vorbedingungen angibt.
2. Signieren: Der Transaktionsumschlag wird durch Signieren der Transaktion mit den erforderlichen Schlüsseln gebildet. Bei komplexeren Setups kann dies mehrere Unterzeichner erfordern.
3. Übermittlung: Der Transaktionsumschlag wird über Horizon an das Stellar-Netzwerk oder direkt an Stellar Core übermittelt.
4. Weitergabe: Nach der Validierung gibt Stellar Core die Transaktion an alle verbundenen Server weiter und stellt so sicher, dass sie über das Netzwerk reicht.
5. Vorbereitung des Kandidaten-Transaktionssatzes: Während des Hauptbuchabschlusses sammelt jeder Validator gültige Transaktionen aus der letzten Periode und stellt einen Kandidaten-Transaktionssatz zusammen. Bei Bedarf werden Transaktionen anhand der Aufnahmegebühr priorisiert.
6. Nominierung von Transaktionssätzen: Jeder Validator nominiert seinen Kandidaten-Transaktionssatz für das Netzwerk.
7. Lösung des Stellar Consensus Protocol (SCP): SCP löst alle Unstimmigkeiten zwischen in Frage kommenden Transaktionssätzen und bestimmt den endgültigen Transaktionssatz, den Zeitpunkt des Hauptbuchabschlusses und etwaige Protokollaktualisierungen.
8. Bestimmung der Transaktionsauftragsreihenfolge: Die Transaktionsauftragsreihenfolge wird berechnet, wobei der Satz gemischt wird, um Unsicherheit zu schaffen und die Reihenfolge der Sequenznummern innerhalb der Konten aufrechtzuerhalten.
9. Gebührenerhebung: Gebühren für alle Transaktionen werden gleichzeitig erhoben.
10. Transaktionsanwendung: Jede Transaktion wird in der festgelegten Reihenfolge angewendet, wobei Kontosequenznummern verbraucht, die Gültigkeit erneut überprüft und Vorgänge ausgeführt werden.
11. Protokoll-Upgrades: Wenn ein Protokoll-Upgrade stattgefunden hat, werden die erforderlichen Upgrades implementiert, wodurch der Ledger-Status und die Header-Parameter geändert werden. Dies markiert das Ende des Lebenszyklus und der Prozess beginnt von neuem.

Stellar Ecosystem Proposals (SEPs)

SEPs sind Vorschläge für Verbesserungen oder Funktionen, die die Interoperabilität und Funktionalität des Stellar-Netzwerks verbessern. Sie dienen als standardisierte Protokolle, die Entwickler und Organisationen implementieren können, um Kompatibilität und reibungslose Interaktionen innerhalb des Stellar-Ökosystems sicherzustellen.

SEPs decken verschiedene Aspekte des Betriebs des Stellar-Netzwerks ab, von grundlegenden Transaktionsprotokollen bis hin zu komplexeren Funktionen wie grenzüberschreitenden Zahlungen und Kontowiederherstellung. Sie werden gemeinsam diskutiert, erstellt und aktualisiert, oft unter Einbeziehung der breiteren Stellar-Community.

Zu den bemerkenswerten SEPs gehören:

• SEP-0001: Stellar TOML-Dateien, die wichtige Informationen über Netzwerkteilnehmer liefern.
• SEP-0006: Ein- und Auszahlungs-API, die den Prozess der Ein- und Auszahlung von Vermögenswerten vereinfacht.
• SEP-0010: Authentifizierung, die Clients eine Methode zur Authentifizierung von Benutzern bietet.
• SEP-0012: KYC-API, standardisiert den Austausch von Know-Your-Customer-Informationen.
• SEP-0024: Interaktive Ein- und Auszahlungen, die das Benutzererlebnis für Nicht-API-Interaktionen verbessern.
• SEP-0031: Grenzüberschreitende Zahlungs-API, die Protokolle für die Interaktion von Finanzinstituten definiert.
  Diese SEPs sind von entscheidender Bedeutung für die Gewährleistung eines nahtlosen und standardisierten Ansatzes für gängige Anwendungsfälle des Stellar-Netzwerks und tragen erheblich zur Weiterentwicklung des Netzwerks und zur Integration neuer Dienste und Funktionen bei.