Architektur von Blockchain-Knoten
Letzte Aktualisierung der Seite: 26. Februar 2026
Ein Ethereum-Blockchain-Knoten besteht aus zwei Anwendungen: einem Ausführungs-Client und einem Konsens-Client. Damit ein Blockchain-Knoten einen neuen Block vorschlagen kann, muss er auch einen Validator-Client ausführen.
Als Ethereum noch Proof-of-Work verwendete, reichte ein Ausführungs-Client aus, um einen vollständigen Ethereum-Blockchain-Knoten zu betreiben. Seit der Implementierung von Proof-of-Stake muss der Ausführungs-Client jedoch zusammen mit einer weiteren Software, dem sogenannten Konsens-Client, verwendet werden.
Das folgende Diagramm zeigt die Beziehung zwischen den beiden Ethereum-Anwendungen. Die beiden Anwendungen verbinden sich mit ihren jeweiligen Peer-to-Peer-Netzwerken (P2P). Separate P2P-Netzwerke sind erforderlich, da die Ausführungs-Clients Transaktionen über ihr P2P-Netzwerk verbreiten (Gossip), was es ihnen ermöglicht, ihren lokalen Transaktionspool zu verwalten, während die Konsens-Clients Blöcke über ihr P2P-Netzwerk verbreiten, was den Konsens und das Wachstum der Chain ermöglicht.
Es gibt mehrere Optionen für den Ausführungs-Client, darunter Erigon, Nethermind und Besu.
Damit diese Zwei-Anwendungen-Struktur funktioniert, müssen Konsens-Clients Bündel von Transaktionen an den Ausführungs-Client weitergeben. Der Ausführungs-Client führt die Transaktionen lokal aus, um zu validieren, dass die Transaktionen nicht gegen Ethereum-Regeln verstoßen und dass die vorgeschlagene Aktualisierung des Ethereum-Zustands korrekt ist. Wenn ein Blockchain-Knoten als Blockproduzent ausgewählt wird, fordert seine Konsens-Client-Instanz Transaktionsbündel vom Ausführungs-Client an, um sie in den neuen Block aufzunehmen und auszuführen, um den globalen Zustand zu aktualisieren. Der Konsens-Client steuert den Ausführungs-Client über eine lokale RPC-Verbindung unter Verwendung der Engine API (opens in a new tab).
Was macht der Ausführungs-Client?
Der Ausführungs-Client ist verantwortlich für die Validierung, Handhabung und Verbreitung (Gossip) von Transaktionen sowie für die Zustandsverwaltung und die Unterstützung der Ethereum Virtual Machine (EVM). Er ist nicht verantwortlich für die Blockbildung, die Verbreitung von Blöcken oder die Handhabung der Konsenslogik. Diese fallen in den Aufgabenbereich des Konsens-Clients.
Der Ausführungs-Client erstellt Ausführungs-Payloads – die Liste der Transaktionen, den aktualisierten Zustands-Trie und andere ausführungsbezogene Daten. Konsens-Clients fügen den Ausführungs-Payload in jeden Block ein. Der Ausführungs-Client ist auch dafür verantwortlich, Transaktionen in neuen Blöcken erneut auszuführen, um sicherzustellen, dass sie gültig sind. Die Ausführung von Transaktionen erfolgt auf dem eingebetteten Computer des Ausführungs-Clients, bekannt als die Ethereum Virtual Machine (EVM).
Der Ausführungs-Client bietet auch eine Benutzeroberfläche für Ethereum durch RPC-Methoden, die es Benutzern ermöglichen, die Ethereum-Blockchain abzufragen, Transaktionen einzureichen und Smart Contracts bereitzustellen. Es ist üblich, dass RPC-Aufrufe von einer Bibliothek wie Web3js (opens in a new tab), Web3py (opens in a new tab) oder von einer Benutzeroberfläche wie einem Browser-Wallet verarbeitet werden.
Zusammenfassend ist der Ausführungs-Client:
- ein Benutzer-Gateway zu Ethereum
- das Zuhause der Ethereum Virtual Machine, des Ethereum-Zustands und des Transaktionspools.
Was macht der Konsens-Client?
Der Konsens-Client befasst sich mit der gesamten Logik, die es einem Blockchain-Knoten ermöglicht, mit dem Ethereum-Netzwerk synchron zu bleiben. Dies umfasst den Empfang von Blöcken von Peers und die Ausführung eines Fork-Choice-Algorithmus, um sicherzustellen, dass der Blockchain-Knoten immer der Chain mit der größten Ansammlung von Bestätigungen (gewichtet nach den effektiven Guthaben der Validatoren) folgt. Ähnlich wie der Ausführungs-Client haben Konsens-Clients ihr eigenes P2P-Netzwerk, über das sie Blöcke und Bestätigungen teilen.
Der Konsens-Client beteiligt sich nicht an der Bestätigung oder dem Vorschlagen von Blöcken – dies wird von einem Validator durchgeführt, einem optionalen Add-on für einen Konsens-Client. Ein Konsens-Client ohne Validator hält nur mit der Spitze der Chain Schritt, sodass der Blockchain-Knoten synchronisiert bleibt. Dies ermöglicht es einem Benutzer, mit Ethereum über seinen Ausführungs-Client zu interagieren, in der Gewissheit, dass er sich auf der richtigen Chain befindet.
Validatoren
Durch Staking und das Ausführen der Validator-Software wird ein Blockchain-Knoten berechtigt, ausgewählt zu werden, um einen neuen Block vorzuschlagen. Betreiber von Blockchain-Knoten können ihren Konsens-Clients einen Validator hinzufügen, indem sie 32 ETH in den Einzahlungsvertrag einzahlen. Der Validator-Client wird mit dem Konsens-Client gebündelt geliefert und kann einem Blockchain-Knoten jederzeit hinzugefügt werden. Der Validator kümmert sich um Bestätigungen und Blockvorschläge. Er ermöglicht es einem Blockchain-Knoten auch, Belohnungen anzusammeln oder ETH durch Strafen oder Slashing zu verlieren.
Vergleich der Komponenten eines Blockchain-Knotens
| Ausführungs-Client | Konsens-Client | Validator |
|---|---|---|
| Verbreitet Transaktionen über sein P2P-Netzwerk | Verbreitet Blöcke und Bestätigungen über sein P2P-Netzwerk | Schlägt Blöcke vor |
| Führt Transaktionen aus/erneut aus | Führt den Fork-Choice-Algorithmus aus | Sammelt Belohnungen/Strafen an |
| Verifiziert eingehende Zustandsänderungen | Verfolgt die Spitze der Chain | Nimmt Bestätigungen vor |
| Verwaltet Zustands- und Quittungs-Tries | Verwaltet den Beacon-Zustand (enthält Konsens- und Ausführungsinformationen) | Erfordert das Staking von 32 ETH |
| Erstellt Ausführungs-Payload | Verfolgt die angesammelte Zufälligkeit in RANDAO (ein Algorithmus, der überprüfbare Zufälligkeit für die Validator-Auswahl und andere Konsensoperationen bietet) | Kann von Slashing betroffen sein |
| Stellt JSON-RPC-API für die Interaktion mit Ethereum bereit | Verfolgt Rechtfertigung und Finalität |