Zusammenfassung

Stateless-Ausführung: Validatoren speichern nicht den gesamten Zustand, sondern verifizieren lediglich Transaktionen durch kryptografische Beweise.

Stateful-Ausführung: Jeder Validator speichert und aktualisiert den gesamten Systemzustand (das traditionelle Modell des Ethereum-Hauptnetzes).

Stateless basiert auf kompakten Beweisen (Verkle-Bäume, STARKs) und einer leistungsstarken Datenverfügbarkeitsschicht (DA).

Vorteile: Deutlich geringere Hardwarekosten + Höhere Dezentralisierung im Vergleich zu Größe der Beweise und höherer Bandbreite.

Realität 2025: Das rein Stateless-Modell ist nach wie vor selten; die meisten Modulkonstrukte verwenden eine Kombination aus Stateless-Execution und DA/Zustand (hybrides Modell).

Typisches Beispiel: Ethereum Verge (Verkle), Polygon AggLayer, Rollups auf Celestia und Lazy Bridges

Warum ist das Ausführungsmodell wichtig?

Wie Blockchain-Nodes auf den Zustand zugreifen und diesen aktualisieren, ist nicht mehr nur eine Implementierungsdetails; es wird eines der Hauptinstrumente zur Skalierung und zur Erreichung von Souveränität im Modulkonstruktion. Wenn Rollups, Appchains und souveräne L2s wachsen, müssen Architekten entscheiden, ob die Validatoren Terabytes an historischer Daten mitführen müssen oder ob sie den Zustand über einen Zustand ohne Speicherung verifizieren können.

Die Wahl zwischen Stateless und Stateful wirkt sich direkt auf die Dezentralität, die Hardwarebarrieren, die Kosten der Datenverfügbarkeit und die Interoperabilität aus.

Definition 2 Modelle

Stateful-Execution – Traditionelles Modell

Im Stateful-Modell hält jeder vollständige Node eine vollständig aktualisierte Kopie des gesamten Systemzustands (Kontostände, Speicherung von Smart Contracts, Hash-Codes usw.). Wenn ein Block vorgeschlagen wird:

Der Blockproduzent umfasst Transaktionen und den neuen Zustand-Root.

Jeder Validator führt jede Transaktion auf einer lokalen Zustandskopie erneut aus.

Wenn der resultierende Zustand-Root mit dem Root im Block übereinstimmt, wird der Block akzeptiert.

Ethereum, Solana, BNB Chain und die meisten L1-monolithischen Systeme funktionieren auf diese Weise. Der Vorteil ist die Einfachheit und die sofortige Zustandbestätigung: Jeder Node kann die Frage "Wie hoch ist das Guthaben von Adresse X?" beantworten, ohne mit jemand anderem kommunizieren zu müssen.

Offensichtliche Nachteile im Jahr 2025: Ein vollständiger Ethereum-Node übersteigt derzeit 14 TB und wächst weiter. Selbst beschnittene Nodes benötigen SSDs von ~1 TB und 32+ GB RAM, was die Betriebsfähigkeit der meisten einzelnen Nutzer ausschließt.

Stateless-Execution

Im Stateless-Modell speichern die Validatoren den Systemzustand nicht lokal. Stattdessen wird jede Transaktion (oder Charge) mit einem kryptographischen Beweis versehen, der bestätigt, dass die Transaktion Zugriff auf die erforderlichen Zustandsteile hat (z. B. Merkle-Zweig im Patricia-Baum oder Verkle-Beweis).

Der Verifizierungsprozess wird zu:

Der Blockproduzent fügt Beweis + Transaktion + neuen Zustand-Root hinzu.

Die Validatoren überprüfen die Gültigkeit des Beweises im Vergleich zum nächstgelegenen akzeptierten Zustand-Root.

Validatoren führen Transaktionen nur mit den bereitgestellten Beweisdaten erneut aus.

Wenn der berechnete Zustand-Root mit der Aussage im Block übereinstimmt, wird er akzeptiert.

Kein Node speichert mehr als einige wenige kürzlich zustandsbezogene Blöcke. Die Belastung verschiebt sich von der Speicherung auf die Bandbreite und die kryptographische Verifizierung.

Technische Überlegungen bei der Skalierung

Hardware-Anforderungen und Dezentralität

Stateless hat in dieser Hinsicht eindeutig die Oberhand. Ein Ethereum Stateless-Client wird derzeit im Testnetz Verge getestet und kann reibungslos auf einem Mini-PC für 300 USD oder sogar auf einem hochmodernen Raspberry Pi 5 Cluster betrieben werden. Währenddessen erfordert der Betrieb eines Stateful-Execution-Nodes auf den meisten L1/L2 Unternehmenshardware.

Reale Beweise: Die leichten DA-Nodes von Celestia haben Stateless mit <8 GB RAM betrieben, während die Ethereum-Execution-Nodes mit dem Problem der Zustandsexpansion kämpfen.

Bandbreite und Größe

Der Hauptnachteil der reinen Stateless-Execution ist immer das Problem der Beweisexpansion. Mit dem klassischen Merkle-Patricia-Baum von Ethereum erfordert eine einzelne ERC-20-Transaktion oft ~1–3 KB Beweisdaten. Selbst bei 1.000 Transaktionen/Sekunde summiert sich dies auf mehrere Dutzend Megabit/Sekunde nur für Beweise, was die praktische Obergrenze für Stateless-Clients überschreitet.

Das ist der Grund, warum das gesamte Ökosystem darauf drängt, Verkle-Bäume und STARK-Rekursion zu verwenden: beide reduzieren die Beweisgröße um 20–30× und machen Stateless-Clients in der Praxis möglich.

Sichere Datenverfügbarkeit

Client Stateless ist nur so sicher wie die verfügbare Schicht der zugrunde liegenden Daten. Wenn der Blockproduzent einen Teil des Beweises oder des Delta-Zustands verbirgt, kann der Stateless-Validator Betrug nicht ohne die vollständigen Daten erkennen.

Das ist der Grund, warum Stateless-Execution fast immer mit einer speziellen DA-Schicht (Celestia, Ethereum DAS nach Prag, Avail) kombiniert wird. Die DA-Schicht bleibt Stateful, was bedeutet, dass Daten gespeichert und bereitgestellt werden müssen, aber die Validatoren der Execution bleiben leicht und Stateless.

Synchronisierbare Verträge & Asynchronität

Stateful Rollups (z. B. Arbitrum One vor Atlas, OP Stack-Chain) bieten synchronisierbare Verträge: ein Token auf diesem Rollup kann in einem anderen Rollup im selben Block verwendet werden, wenn sie eine gemeinsame Zahlungsschicht teilen.

Das Stateless-Design neigt dazu, asynchrone Kompatibilität zu fördern, da die Erstellung und Verbreitung des Zustandbeweises Zeit in Anspruch nimmt. Projekte wie Polygon AggLayer und die SP1-Brücke von Succinct adressieren dies durch Vorabverifizierung und eine allgemeine Stateless-Brücke.

Praktische Implementierung

Ethereum – Verkle-Bäume

Das bevorstehende Ethereum-Update "Verge" ersetzt den Patricia-Merkle-Baum durch Verkle-Bäume, wodurch die Beweisgröße von Kilobytes auf ~30–50 Bytes pro Speicherzelle reduziert wird. EIP-6800 und EIP-7691 legen die Grundlagen für einen vollständig Stateless-Client bis 2026–2027. Bei der Implementierung kann jeder einen vollständigen Verifizierungsnode auf einem Laptop betreiben, während er die gesamte Kette weiterhin verifiziert.

Celestia + Rollups – DA Stateless, Hybride Execution

Celestia ist vollständig Stateless für die Probenahme der Datenverfügbarkeit. Die Rollups, die sich bei Celestia anmelden (z. B. Doma, Movement), betreiben derzeit Stateful-Execution-Nodes, aber Projekte wie Eclipse und Citrus (Rollup SVM auf Celestia) wechseln zu Stateless SVM-Clients mit STARK-Beweisen und DA Celestia.

Polygon AggLayer – Multicross-Stateless-Brücke

AggLayer implementiert eine allgemeine Stateless-Beweisaggregator-Schicht. Einzelne Ketten können internen Zustand beibehalten, aber interchain-Nachrichten werden durch ZK Stateless basierend auf dem gemeinsamen Zustand-Root bewiesen. Dies bietet die Sicherheit einer gemeinsamen Zahlungsschicht, ohne dass jeder Validator den Zustand jeder Kette speichern muss.

Hybride Methoden – Praktische Lösungen

Reine Stateless-Execution ist immer noch selten in der Produktion. Die meisten Teams wenden eines von drei hybriden Modellen an:

Stateful-Execution + Stateless-Verifizierung (z. B. der Boojum-Prover von zkSync Era erzeugt Beweise, die von jedem Stateless-Node verifiziert werden können)

Client Stateless + DA/Zustand Basis (Ethereum + Celestia Modell)

Die Stateless-Brücke auf der Stateful-Chain (AggLayer, Near Chain-Signatur)

Diese hybriden Modelle erfassen die meisten Vorteile der Dezentralität, während sie die Kosten für Beweise kontrollieren.

Bereitstellung in der Zukunft

Bis 2027 könnte die Standardannahme in der Modulkonstruktion "Stateless-Execution, Datenverfügbarkeit und minimal Stateful-Zahlungen" sein. Fortschritte in Verkle-Bäumen, STARK-Rekursion und verteilte Beweisverteilung (z. B. Portal-Netzwerk, leichte Helios-Clients) überwinden die letzten großen Hürden.

Für die Builder, die heute ein Ausführungsmodell wählen:

Wenn maximale Dezentralität und langfristige Souveränität Priorität hat → von Anfang an Stateless wählen (in Kombination mit Celestia/Avail/Ethereum DAS)

Wenn Synchronisation erforderlich ist und höhere Hardwareanforderungen akzeptiert werden → Stateful-Execution mit stark beschnittenen Daten und einem Übergangsplan zu Stateless

Das Stateless-Modell ist keine Allzwecklösung, aber es wird zur Voraussetzung für jede Kette, die Neutralität und globale Zugänglichkeit aufrechterhalten möchte, während der Zustand unbegrenzt wächst.

Die Zukunft von Blockchain-Erweiterungen und Souveränität ist ein Ort, an dem keine Entität, egal wie stark finanziert, die gesamte Kettenhistorie speichern muss, um am Konsens teilzunehmen. Diese Zukunft wird gerade aufgebaut.