Smart contracts in a DAG ledger : Blockchain 5.0

Abstract

Cryptocurrencies generated a lot of hype in the recent years. Following this hype lots of different cryptocurrency projects were started, each of them promising awesome novel features. We look at what those offer from a pure technical perspective. From our experience, it seems that smart contract platforms are getting especially popular, and rightly so they open up a vast amount of new possibilities how users can interact with cryptocurrencies. We will look into how different platforms try to advance this field. A current trend in blockchain research is coming up with solutions for improving the at this time still limited transaction throughput of blockchains, which arguably prevents more widespread use. We will look into proposals for increased scalability. One of the most promising solutions for better scalability is challenging the entire structure of organizing transactions in a blockchain. This bottleneck can be replaced with a directed acyclic graph, which has better properties for transaction throughput. Although this comes with the disadvantage that smart contract engines are more difficult to implement on such ledger structures. In this thesis, we researched how this apparent contradiction can be resolved to combine “Blockchain 2.0” technologies, that are smart contracts, and “Blockchain 3.0” technologies, how DAG ledgers are sometimes called, to bring the best of both worlds together. Such a unification could then fittingly be termed “Blockchain 5.0”.

Um Kryptowährungen enstand in den letzten Jahren ein enormer Hype. Das kann unter anderem auch an den zahlreichen Lehrveranstaltungen unserer Universität beobachtet werden, die innerhalb kurzer Zeit aufgekommen sind. Im Zuge dieser Hype-Phase entsprang eine schier unübersichtliche Anzahl an Projekten im Kryptowährungs-Umfeld, und jede einzelne davon mit scheinbar vielversprechenderen Funktionalitäten als die zuvorgekommenden. Wir wollen mit dieser Arbeit zumindest wieder ein wenig Ordnung in diesen Bereich bringen. Dafür vergleichen wir die wichtigsten Plattformen auf einer technischen Ebene, und analysieren welche der Versprechungen sie wirklich halten können. Unsere Erfahrung zeigt, dass derzeit besonders Plattformen mit Unterstützung für “Smart Contracts” besonders beliebt sind. Das ist auch nicht wirklich verwunderlich, da diese neue Möglichkeiten zu Interaktionen innerhalb der Blockchains bieten. Ein weiterer Trend in der Blockchain-Forschung beschäftigt sich mit der Frage nach nachhaltigen Lösungen, um die bestehenden Probleme der Skalierung von Blockchains, die mit anderen Technologien verglichen nur einen äußerst geringen Durchsatz an Transaktionen schaffen, in den Griff zu bekommen. Dazu werden wir in dieser Arbeit einige Vorschläge besprechen. Einer davon stellt sogar die Struktur von Blockchains an sich in Frage. Diese stelle einen Engpass dar und daher sollte statt einer Kette (Chain) besser ein gerichteter Graphen ohne Zyklus (Directed acyclic graph, DAG) verwendet werden. Dieser hat zwar bessere Eigenschaften in Bezug auf die Skalierbarkeit, hat stattdessen aber den Nachteil, dass “Smart Contracts” auf solchen Strukturen nur schwer zu implementieren sind.In dieser Arbeit versuchen wir dennoch beide dieser Ansätze “Blockchain 2.0”, also “Smart Contracts” und “Blockchain 3.0”, wie Kryptowährungen basierend auf einer DAG-Struktur manchmal genannt werden unter einen Hut zu bringen. Solch eine Verbindung könnte man dann als “Blockchain 5.0” bezeichnen.