Architektur

Die Architektur von Cartesi überbrückt geschickt die Kluft zwischen herkömmlicher Softwareentwicklung und Blockchain-Technologie durch die Implementierung von Off-Chain-Berechnungen in einer Linux-Umgebung. Diese innovative Architektur besteht aus mehreren Kernkomponenten:

Cartesi-Maschine

RISC-V Architektur

Die Cartesi Machine simuliert eine RISC-V CPU, die eine einfache und modulare Befehlssatzarchitektur (ISA, Instruction Set Architecture) darstellt und sich hervorragend für formale Verifikationen und Low-Level-Berechnungen eignet. Dieses ISA bildet die Grundlage für die virtuelle Hardware der Cartesi Machine.

Integration mit dem Linux-Kernel

Die Cartesi Machine führt ein vollständiges Linux-Betriebssystem aus und ermöglicht Entwicklern die Verwendung von standardmäßigen Linux-Tools, -Bibliotheken und -Programmiersprachen. Diese Integration wird durch das Cross-Compiling von Linux-Software auf die RISC-V-Architektur erreicht. Dies macht die Cartesi Machine praktisch zu einem auf Linux basierenden virtuellen Computer, der außerhalb der Kette betrieben wird.

Deterministische Ausführung

Die Cartesi Machine hat die Eigenschaft der deterministischen Ausführung, was bedeutet, dass dieselbe Eingabe immer dieselbe Ausgabe in jeder Ausführungsumgebung produziert. Diese Determinismus ist für die Reproduzierbarkeit der Off-Chain-Berechnungen von entscheidender Bedeutung und ermöglicht es anderen, die Ergebnisse ohne Vertrauen zu validieren.

Interaktionen zwischen Off-Chain und On-Chain

Die Cartesi-Maschine interagiert mit On-Chain-Komponenten über eine Reihe von Smart Contracts. Diese Verträge sind für die Übermittlung von Daten an die Cartesi-Maschine, das Auslösen von Berechnungen und das Abrufen von Ergebnissen verantwortlich. Diese Architektur ermöglicht es, komplexe Berechnungen off-chain durchzuführen, indem nur die notwendigen Daten auf der Chain verankert werden, wodurch die Gasgebühren erheblich gesenkt und die Gesamteffizienz verbessert werden.

Noether Sidechain

Noether ist eine spezielle Seitenkette, die die Verfügbarkeit von Daten, die bei der Berechnung außerhalb der Kette verwendet werden, gewährleistet. Diese Datenverfügbarkeitsebene ist sehr wichtig, da die Berechnung der Cartesi-Maschine außerhalb der Kette von Daten abhängt, auf die alle relevanten Parteien zugreifen können. Noether verwendet ein Proof-of-Stake-Mechanismus, um ihr Netzwerk aufrechtzuerhalten, wobei die Depositensteller Daten speichern und validieren.

Im Gegensatz zur dauerhaften Datenspeicherung der traditionellen Blockchain ist Noether speziell für die temporäre Speicherung optimiert. Dieses Design ist besonders geeignet für Anwendungen, die eine kurzfristige Speicherung großer Datensätze erfordern, wie z.B. Off-Chain-Berechnungsaufgaben. Die Daten können nach der Verwendung verworfen werden, was die Speicherkosten erheblich senkt.

Kurz gesagt, Noether hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Datenverfügbarkeit dezentral zu verwalten, um sicherzustellen, dass Daten nicht von einer einzigen Instanz kontrolliert werden. Dies wird durch ein Netzwerk von Knoten erreicht: Diese Knoten speichern und stellen gemeinsam die von der Cartesi-Anwendung benötigten Daten bereit.

Protokoll

Das Cartesi-Protokoll ermöglicht sichere und verifizierbare Off-Chain-Berechnungen und gewährleistet gleichzeitig Integrität und Sicherheit der Blockchain.

Descartes-Framework

Das Descartes-Framework ermöglicht es Entwicklern, komplexe Berechnungen mit der Cartesi-Maschine außerhalb der Kette durchzuführen. Es gewährleistet, dass die Ergebnisse dieser Berechnungen reproduzierbar und überprüfbar sind. Descartes behandelt die Ausführungsumgebung, in der die Eingabe in der Cartesi-Maschine verarbeitet wird und die Ergebnisse zurück an die Blockchain übermittelt werden.

Descartes enthält einen umstrittenen Lösungsmechanismus: Wenn die Teilnehmer die Ergebnisse in Frage stellen, kann das Cartesi-Protokoll den Berechnungsvorgang in kleinere Schritte aufteilen, die separat in der Kette überprüft werden können. Dieser Prozess stellt sicher, dass jeder inkorrekte Ergebnisse erkannt und korrigiert werden kann, ohne die gesamte Berechnung erneut in der Kette durchzuführen.

Verifizierbare Berechnung

Die Ergebnisse der Cartesi-Maschine werden durch verschlüsselte Beweise an die Blockchain gebunden. Diese Beweise ermöglichen es jeder Partei, die Korrektheit der Berechnung zu überprüfen, ohne dem ursprünglichen Ausführenden zu vertrauen.

Rollups

Cartesi verwendet die Rollup-Technologie, um mehrere Transaktionen oder Berechnungen zu einer einzigen On-Chain-Transaktion zu aggregieren. Dies reduziert die Last auf der Blockchain und ermöglicht einen höheren Durchsatz. Rollups tragen dazu bei, die Sicherheit des Basis-Layers, wie z. B. Ethereum, aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die Rechenarbeit auf die Cartesi-Maschine auszulagern.

Cartesi unterstützt optimistische Rollups und Zero-Knowledge-Rollups (ZK). Optimistische Rollups gehen davon aus, dass alle Transaktionen gültig sind und nur im Streitfall on-chain validiert werden. ZK Rollup verwendet kryptografische Beweise, um die Gültigkeit jedes Transaktionsstapels sicherzustellen. Beide Rollup-Technologien bieten eine Lösung für das Skalierbarkeitsproblem, indem sie die Menge der auf der Kette verarbeiteten und gespeicherten Daten reduzieren.

Höhepunkt

• Cartesi Machine: Emuliert eine RISC-V-CPU mit einem Linux-Betriebssystem und ermöglicht es Entwicklern, Off-Chain-Berechnungen mit Standard-Programmiersprachen und -Tools durchzuführen.
• Deterministische Ausführung: Gewährleistung der Reproduzierbarkeit von Berechnungen, ermöglicht verifizierbare und vertrauenswürdige Ergebnisse.
• Interaktionen zwischen Off-Chain und On-Chain: Smart Contracts verwalten die Übermittlung von Daten und Berechnungsergebnissen, um Gasnutzung und Effizienz zu optimieren.
• Noether Sidechain: Verwaltung der Datenverfügbarkeit über ein dezentrales Netzwerk zur Optimierung der temporären Datenspeicherung und Kostensenkung.
• Rollups: Unterstützung für optimistische Rollups und Zero-Knowledge-Rollups, die die Skalierbarkeit verbessern, indem mehrere Transaktionen zu einer einzigen On-Chain-Transaktion zusammengefasst werden.