Verkle Tree

Ein Verkle Tree verdankt seinen Namen der Kombination aus "Vector Commitment" und "Tree" (Baum) und wurde entwickelt, um ein konkretes Problem zu lösen: Da der Blockchain-State von Ethereum auf Hunderte Gigabyte anwächst, wird es immer aufwendiger zu beweisen, dass ein einzelner Kontostand oder Contract-Slot korrekt ist. Ein klassischer Merkle Tree, beziehungsweise der Merkle Patricia Trie, den Ethereum heute nutzt, verlangt, dass jeder Sibling-Hash entlang des Pfads vom Blatt bis zur Wurzel mitgeschickt wird, wodurch Beweise mit wachsendem Baum immer größer werden. Verkle Trees ersetzen diese Hash-Kette durch ein einziges, auf Polynomen basierendes Vector Commitment pro Knoten, sodass ein kompakter Beweis viele Datenpunkte gleichzeitig belegen kann.

Jeder Knoten legt mithilfe von Kryptografie wie KZG-Polynom-Commitments fest, was seine Kind-Knoten enthalten, sodass ein Witness, der die Zugehörigkeit eines Blatts beweist, nur eine Öffnung pro Ebene benötigt statt einer vollständigen Liste von Sibling-Hashes. Da der Baum von Ethereum einen hohen Verzweigungsgrad hat, lassen sich Beweise, die sonst mehrere Kilobyte groß wären, dadurch auf wenige hundert Bytes verkleinern, selbst bei einem State mit Milliarden Einträgen.

Das ist relevant für die Skalierbarkeit, weil Full Nodes heute den gesamten State lokal speichern müssen, um Blocks validieren zu können. Mit Verkle Trees könnte ein Stateless Client stattdessen einen Block zusammen mit einem kleinen kryptografischen Witness erhalten, diesen gegen den Root-Hash des Baums prüfen und den Block validieren, ohne jemals Gigabyte an Kontodaten vorhalten zu müssen. Das senkt die Hardware-Anforderungen für den Betrieb eines Nodes oder Solo-Validators und trägt dazu bei, das Netzwerk dezentral zu halten, während die Nutzung wächst.

Verkle Trees waren als Kernstück von Ethereums Verge-Upgrade geplant, doch dieser Plan ist inzwischen weniger sicher: Forscher haben Binary Hash Trees in Kombination mit SNARK-Beweisen als Alternative vorgeschlagen, da dieser Ansatz die Elliptische-Kurven-Kryptografie vermeidet, die Verkle-Commitments anfällig für künftige Quantencomputer machen würde. Mitte 2026 prüfen die Kernentwickler von Ethereum beide Ansätze noch auf Testnets, und eine endgültige Entscheidung darüber, was den heutigen State Trie ersetzt, ist noch nicht gefallen.