Polkadots JAM: Neudefinition der Blockchain-Architektur mit RISC-V
Im April 2025 schlug Vitalik Buterin etwas vor, das ein Jahr zuvor noch als ketzerisch gegolten hätte: den Ersatz der EVM von Ethereum durch RISC-V. Der Vorschlag löste sofortige Debatten aus. Doch was die meisten Kommentatoren übersahen, war, dass Polkadot bereits seit über einem Jahr an genau dieser Architektur gearbeitet hatte – und nur noch Monate von der Einführung in die Produktion entfernt war.
Polkadots JAM (Join-Accumulate Machine) ist nicht einfach nur ein weiteres Blockchain-Upgrade. Es stellt ein grundlegendes Überdenken dessen dar, was eine „Blockchain“ überhaupt bedeutet. Während sich das Weltbild von Ethereum um eine globale virtuelle Maschine dreht, die Transaktionen verarbeitet, eliminiert JAM das Transaktionskonzept auf seiner Kernebene vollständig und ersetzt es durch ein Rechenmodell, das eine Datenverfügbarkeit von 850 MB/s verspricht – das 42-fache der bisherigen Kapazität von Polkadot und das 650-fache der 1,3 MB/s von Ethereum.
Die Auswirkungen gehen weit über Performance-Benchmarks hinaus. JAM ist vielleicht die bisher klarste Formulierung eines Post-Ethereum-Paradigmas für die Blockchain-Architektur.
Das Gray Paper: Gavin Woods dritter Akt
Dr. Gavin Wood schrieb 2014 das Ethereum Yellow Paper und lieferte damit die formale Spezifikation, die Ethereum erst möglich machte. 2016 folgte das Polkadot White Paper, das heterogenes Sharding und Shared Security einführte. Im April 2024 veröffentlichte er auf der Token2049 in Dubai das JAM Gray Paper – und vervollständigte damit eine Trilogie, die die gesamte Geschichte programmierbarer Blockchains umspannt.
Das Gray Paper beschreibt JAM als „eine globale, zustandslose (singleton), erlaubnisfreie Objektumgebung – ähnlich der Smart-Contract-Umgebung von Ethereum – gepaart mit sicherer Sideband-Berechnung, die über ein skalierbares Knotennetzwerk parallelisiert wird.“ Doch das untertreibt den konzeptionellen Wandel.
JAM verbessert nicht nur bestehende Blockchain-Designs. Es stellt die Frage: Was wäre, wenn wir aufhören würden, Blockchains ausschließlich als virtuelle Maschinen zu betrachten?
Das Transaktionsproblem
Traditionelle Blockchains – einschließlich Ethereum – sind im Kern Transaktionsverarbeitungssysteme. Benutzer senden Transaktionen, Validatoren ordnen und führen sie aus, und die Blockchain zeichnet Zustandsänderungen auf. Dieses Modell hat gute Dienste geleistet, bringt jedoch inhärente Einschränkungen mit sich:
- Sequenzielle Engpässe: Transaktionen müssen geordnet werden, was Durchsatzbeschränkungen schafft.
- Globaler Statuskonflikt (State Contention): Jede Transaktion berührt potenziell den gemeinsamen Status.
- Ausführungskopplung: Konsens und Berechnung sind eng miteinander verknüpft.
JAM entkoppelt diese Bereiche durch das, was Wood das „Refine-Accumulate“-Paradigma nennt. Das System arbeitet in zwei Phasen:
Refine: Die Berechnung erfolgt parallel im gesamten Netzwerk. Die Arbeit wird in unabhängige Einheiten unterteilt, die gleichzeitig und ohne Koordination ausgeführt werden können.
Accumulate: Ergebnisse werden gesammelt und im globalen Status zusammengeführt. Nur diese Phase erfordert einen Konsens über die Reihenfolge.
Das Ergebnis ist ein „transaktionsloses“ Kernprotokoll. JAM selbst verarbeitet keine Transaktionen – das erledigen die auf JAM aufgebauten Anwendungen. Diese Trennung ermöglicht es dem Base Layer, sich rein auf sichere, parallele Berechnungen zu konzentrieren.
PolkaVM: Warum RISC-V wichtig ist
Das Herzstück von JAM ist PolkaVM, eine spezialisierte virtuelle Maschine, die auf dem RISC-V-Befehlssatz basiert. Diese Wahl hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Blockchain-Berechnung.
Die architektonischen Schulden der EVM
Die EVM von Ethereum wurde 2013–2014 entworfen, noch bevor viele moderne Annahmen über die Blockchain-Ausführung verstanden wurden. Ihre Architektur spiegelt diese Ära wider:
- Stack-basierte Ausführung: Operationen schieben Werte auf einen unbegrenzten Stack und nehmen sie wieder herunter, was eine komplexe Nachverfolgung erfordert.
- 256-Bit-Wortbreite: Aus kryptografischer Bequemlichkeit gewählt, aber für die meisten Operationen verschwenderisch.
- Eindimensionales Gas: Eine einzige Kennzahl versucht, völlig unterschiedliche Rechenressourcen zu bepreisen.
- Nur Interpretation: EVM-Bytecode kann nicht effizient in nativen Code kompiliert werden.
Diese Designentscheidungen waren als erste Schritte sinnvoll, führen jedoch zu anhaltenden Leistungseinbußen.
Die Vorteile von RISC-V
PolkaVM verfolgt einen grundlegend anderen Ansatz:
Registerbasierte Architektur: Wie moderne CPUs verwendet PolkaVM einen begrenzten Satz an Registern für die Argumentübergabe. Dies entspricht der tatsächlichen Hardware und ermöglicht eine effiziente Übersetzung in native Befehlssätze.
64-Bit-Wortbreite: Moderne Prozessoren arbeiten mit 64 Bit. Die Verwendung einer passenden Wortbreite eliminiert den Overhead bei der Emulation von 256-Bit-Operationen für den Großteil der Berechnungen.
Mehrdimensionales Gas: Verschiedene Ressourcen (Berechnung, Speicherung, Bandbreite) werden unabhängig voneinander bepreist, was die tatsächlichen Kosten besser widerspiegelt und Angriffe durch falsche Preisgestaltung verhindert.
Duale Ausführungsmodi: Code kann zur sofortigen Ausführung interpretiert oder für eine optimierte Leistung JIT-kompiliert (Just-In-Time) werden. Das System wählt den geeigneten Modus basierend auf den Merkmalen der Arbeitslast.
Auswirkungen auf die Performance
Die architektonischen Unterschiede schlagen sich in echten Performance-Gewinnen nieder. Benchmarks zeigen, dass PolkaVM bei arithmetikintensiven Contracts Verbesserungen von mehr als dem 10-fachen gegenüber WebAssembly erzielt – und die EVM ist noch langsamer. Bei komplexen Interaktionen zwischen mehreren Contracts vergrößert sich der Abstand weiter, da die JIT-Kompilierung die Setup-Kosten amortisiert.
Was vielleicht noch wichtiger ist: PolkaVM unterstützt jede Sprache, die nach RISC-V kompiliert werden kann. Während EVM-Entwickler auf Solidity, Vyper und eine Handvoll spezialisierter Sprachen beschränkt sind, PolkaVM öffnet die Tür für Rust, C++ und letztlich jede von LLVM unterstützte Sprache. Dies erweitert den potenziellen Entwicklerkreis drastisch.
Aufrechterhaltung der Developer Experience
Trotz der architektonischen Überholung bewahrt PolkaVM die Kompatibilität mit bestehenden Workflows. Der Revive-Compiler bietet vollständige Solidity-Unterstützung, einschließlich Inline-Assembler. Entwickler können weiterhin Hardhat, Remix und MetaMask verwenden, ohne ihre Prozesse ändern zu müssen.
Das Papermoon-Team demonstrierte diese Kompatibilität durch die erfolgreiche Migration des Uniswap V2-Contract-Codes in das PolkaVM-Testnetz – ein Beweis dafür, dass selbst komplexer, praxiserprobter DeFi-Code ohne Neuschreibungen migriert werden kann.
JAMs Leistungsziele
Die Zahlen, die Wood für JAM prognostiziert, sind nach heutigen Blockchain-Standards atemberaubend.
Datenverfügbarkeit (Data Availability)
JAM strebt eine Datenverfügbarkeit von 850 MB / s an – etwa das 42-Fache der ursprünglichen Polkadot-Kapazität vor den jüngsten Optimierungen und das 650-Fache der 1,3 MB / s von Ethereum. Zum Vergleich: Dies nähert sich dem Durchsatz von Enterprise-Datenbanksystemen an.
Rechenkapazität (Computational Throughput)
Das Gray Paper schätzt, dass JAM bei voller Auslastung etwa 150 Milliarden Gas pro Sekunde erreichen kann. Die Umrechnung von Gas in Transaktionen ist unpräzise, aber der theoretische maximale Durchsatz erreicht basierend auf dem Ziel der Datenverfügbarkeit über 3,4 Millionen TPS.
Validierung in der Praxis
Dies sind keine rein theoretischen Zahlen. Stresstests haben die Architektur bestätigt:
- Kusama (August 2025): Erreichte 143.000 TPS bei nur 23 % Auslastung
- Polkadot „Spammening“ (2024): Erreichte 623.000 TPS in kontrollierten Tests
Diese Zahlen stellen den echten Transaktionsdurchsatz dar, nicht optimistische Prognosen oder Testnetzbedingungen, die keine Produktionsumgebungen widerspiegeln.
Entwicklungsstand und Zeitplan
Die JAM-Entwicklung folgt einem strukturierten Meilensteinsystem, wobei 43 Implementierungsteams um einen Preispool von über 60 Millionen US-Dollar (10 Millionen DOT + 100.000 KSM) konkurrieren.
Aktueller Fortschritt (Ende 2025)
Das Ökosystem hat mehrere kritische Meilensteine erreicht:
- Mehrere Teams haben eine 100%ige Konformität mit den Testvektoren der Web3 Foundation erreicht.
- Die Entwicklung ist durch die Gray Paper Versionen 0.6.2 bis 0.8.0 vorangeschritten und nähert sich v1.0.
- Die Konferenz „JAM Experience“ in Lissabon (Mai 2025) brachte Implementierungsteams für eine tiefgreifende technische Zusammenarbeit zusammen.
- Universitätstouren erreichten über 1.300 Teilnehmer an neun globalen Standorten, darunter Cambridge, die Universität Peking und die Fudan-Universität.
Meilensteinstruktur
Die Teams durchlaufen eine Reihe von Meilensteinen:
- IMPORTER (M1): Bestehen von Konformitätstests für Zustandsübergänge (State Transitions) und Importieren von Blöcken.
- AUTHORER (M2): Volle Konformität einschließlich Blockproduktion, Networking und Off-Chain-Komponenten.
- HALF-SPEED (M3): Erreichen der Performance-Stufe von Kusama, mit Zugang zum „JAM Toaster“ für Tests in vollem Umfang.
- FULL-SPEED (M4): Performance-Stufe des Polkadot-Mainnets mit professionellen Sicherheitsaudits.
Mehrere Teams haben M1 abgeschlossen, wobei einige bereits auf M2 hinarbeiten.
Zeitplan bis zum Mainnet
- Ende 2025: Letzte Gray Paper Überarbeitungen, fortlaufende Meilenstein-Einreichungen, erweiterte Testnetz-Teilnahme.
- Q1 2026: JAM-Mainnet-Upgrade auf Polkadot nach Genehmigung durch die Governance via OpenGov-Referendum.
- 2026: Bereitstellung von CoreChain Phase 1, offizielles öffentliches JAM-Testnetz, vollständiger Netzwerkübergang.
Der Governance-Prozess hat bereits eine starke Unterstützung der Community gezeigt. Eine fast einstimmige Abstimmung der DOT-Inhaber im Mai 2024 genehmigte die Richtung des Upgrades.
JAM vs. Ethereum: Ergänzung oder Konkurrenz?
Die Frage, ob JAM ein „Ethereum-Killer“ ist, verkennt die architektonischen Nuancen.
Unterschiedliche Designphilosophien
Ethereum baut auf einem monolithischen Fundament auf. Die EVM bietet eine globale Ausführungsumgebung, und Skalierungslösungen – L2s, Rollups, Sharding – werden darauf aufgesetzt. Dieser Ansatz hat ein riesiges Ökosystem geschaffen, aber auch technische Schulden angehäuft.
JAM hat Modularität im Kern. Die Trennung der Phasen „Refine“ und „Accumulate“, die domänenspezifische Optimierung für die Handhabung von Rollups und der transaktionslose Base Layer spiegeln ein von Grund auf für Skalierbarkeit konzipiertes Design wider.
Konvergente technische Entscheidungen
Trotz unterschiedlicher Ausgangspunkte kommen die Projekte zu ähnlichen Schlussfolgerungen. Vitaliks RISC-V-Vorschlag vom April 2025 erkannte an, dass die Architektur der EVM die langfristige Performance einschränkt. Polkadot hatte die RISC-V-Unterstützung bereits Monate zuvor im Testnetz implementiert.
Diese Konvergenz bestätigt das technische Urteilsvermögen beider Projekte und verdeutlicht gleichzeitig die Lücke in der Ausführung: Polkadot liefert das, was Ethereum vorschlägt.
Realitäten des Ökosystems
Technische Überlegenheit führt nicht automatisch zur Dominanz des Ökosystems. Die Entwickler-Community von Ethereum, die Vielfalt der Anwendungen und die Liquiditätstiefe stellen beträchtliche Netzwerkeffekte dar, die nicht über Nacht repliziert werden können.
Das wahrscheinlichere Ergebnis ist kein Ersatz, sondern eine Spezialisierung. Die Architektur von JAM ist für bestimmte Workloads optimiert – insbesondere für Anwendungen mit hohem Durchsatz und Rollup-Infrastruktur – während Ethereum Vorteile bei der Reife des Ökosystems und der Kapitalbildung behält.
Im Jahr 2026 sehen sie weniger wie Konkurrenten aus, sondern eher wie komplementäre Layer eines Multi-Chain-Internets.
Was JAM für die Blockchain-Architektur bedeutet
Die Bedeutung von JAM geht über Polkadot hinaus. Es stellt die klarste Ausprägung eines Post-EVM-Paradigmas dar, das andere Projekte studieren und selektiv übernehmen werden.
Kernprinzipien
Rechen-Trennung: Die Entkoppelung von Ausführung und Konsens ermöglicht parallele Verarbeitung auf dem Base-Layer, nicht als nachträglicher Einfall.
Domänenspezifische Optimierung: Anstatt eine Allzweck-VM zu bauen und auf Skalierbarkeit zu hoffen, ist JAM gezielt für die Arbeitslasten konzipiert, die Blockchains tatsächlich ausführen.
Hardware-Ausrichtung: Die Verwendung von RISC-V und 64-Bit-Wörtern richtet die Architektur der virtuellen Maschine an physischer Hardware aus und eliminiert so den Emulations-Overhead.
Transaktionsabstraktion: Die Verlagerung der Transaktionsabwicklung auf die Anwendungsebene ermöglicht es dem Protokoll, sich auf Berechnung und Zustandsverwaltung zu konzentrieren.
Auswirkungen auf die Branche
Unabhängig davon, ob JAM kommerziell erfolgreich ist oder scheitert, werden diese architektonischen Entscheidungen das Blockchain-Design des nächsten Jahrzehnts beeinflussen. Das Gray Paper bietet eine formale Spezifikation, die andere Projekte studieren, kritisieren und selektiv implementieren können.
Ethereums RISC-V-Vorschlag zeigt bereits diesen Einfluss. Die Frage ist nicht, ob sich diese Ideen verbreiten werden, sondern wie schnell und in welcher Form.
Der Weg in die Zukunft
JAM stellt Gavin Woods ambitionierteste technische Vision seit Polkadot selbst dar. Der Einsatz entspricht der Ambition: Ein Erfolg würde einen völlig anderen Ansatz für die Blockchain-Architektur validieren, während ein Scheitern Polkadot im Wettbewerb mit neueren L1s ohne ein differenziertes technisches Narrativ zurücklassen würde.
Die nächsten 18 Monate werden zeigen, ob sich die theoretischen Vorteile von JAM in die Produktionsrealität übertragen lassen. Mit 43 Implementierungsteams, einem neunstelligen Preispool und einer klaren Roadmap zum Mainnet verfügt das Projekt über Ressourcen und Dynamik. Es bleibt abzuwarten, ob die Komplexität des Refine-Accumulate-Paradigmas Woods Vision eines „verteilten Computers, der fast jede Art von Aufgabe ausführen kann“, erfüllen kann.
Für Entwickler und Projekte, die Blockchain-Infrastruktur evaluieren, verdient JAM ernsthafte Aufmerksamkeit – nicht als Hype, sondern als technisch fundierter Versuch, Probleme zu lösen, mit denen jede große Blockchain konfrontiert ist. Das Blockchain-als-virtuelle-Maschine-Paradigma hat der Branche ein Jahrzehnt lang gute Dienste geleistet. JAM setzt darauf, dass das nächste Jahrzehnt etwas grundlegend anderes erfordert.
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