Technologien und Implikationen von Appchains

Web3.com Ventures Original-Forschungsanalyse

0xFishylosopher

Einführung

Ethereum ist großartig – zumindest für die meisten Leute. Aber eines der Hauptprobleme von Ethereum und anderen öffentlich zugänglichen Blockchains ist, dass es nicht so viele Anpassungsmöglichkeiten gibt. Natürlich können Sie Smart Contracts schreiben und bereitstellen, aber als einzelner Benutzer oder Unternehmen können Sie nicht wirklich viel an den Konsensmechanismen, Ausführungsmaschinen und der anderen zugrunde liegenden Architektur ändern. Schließlich sind Sie nicht der Einzige, der Ethereum verwendet, also können Sie die Regeln nicht wirklich diktieren.

Angenommen, Sie bauen eine dezentrale Cross-Chain-Börse auf, die Daten aus all diesen verschiedenen Chains aggregieren muss [1], oder Sie möchten ein On-Chain-Echtzeit-Strategiespiel [2], oder Sie sind ein Fortune 500-Unternehmen, das seine Lieferkette verfolgt. Fertige öffentliche Blockchains können die Anforderungen an Durchsatz, Datenaggregation oder Datenschutz, die diese Anwendungen benötigen, nicht wirklich erfüllen. Hier kommt das Konzept einer „Appchain“ ins Spiel. Appchains sind dezentrale, anwendungsspezifische Blockchain-Netzwerke, die darauf ausgelegt sind, bestimmte Anwendungsfälle zu unterstützen und bestimmte Anforderungen zu erfüllen. In diesem Essay werde ich drei beispielhafte Ansätze für die entstehende Appchain-Landschaft untersuchen: das Cosmos-Ökosystem, Hyperledger Fabric und Rollups-as-a-Service (RaaS), bevor ich die Auswirkungen des Aufstiegs von Appchains auf die Web3-Infrastrukturlandschaft insgesamt diskutiere.

Cosmos-Netzwerk

Das Cosmos-Netzwerk ist vielleicht eine der wichtigsten Appchain-Lösungen innerhalb von Web3. Das Cosmos-Netzwerk reicht bis ins Jahr 2016 zurück und zielt darauf ab, ein „Internet der Blockchains“ oder die Infrastruktur einer Multi-Chain-Welt zu schaffen. Im Wesentlichen bietet Cosmos ein Software Development Kit (SDK), das Entwicklern die Tools und Schnittstellen bietet, die sie benötigen, um problemlos ihre eigenen Blockchain-Anwendungen zu erstellen. Während das SDK einige vorgefertigte Standardarchitekturen enthält, wie z. B. das Tendermint PoS-Konsensprotokoll, haben Entwickler großen Spielraum, diese Standardarchitekturen zu überschreiben und eine Blockchain mit eigenem benutzerdefinierten Konsensmechanismus, Token-Standards und Smart-Contract-Plattformen zu entwerfen.

Innerhalb des Cosmos-Netzwerks gibt es zwei verschiedene Arten von Blockchains: „Hubs“ und „Zonen“ [3]. „Zonen“ sind relativ einfach zu verstehen – dies sind lediglich die anwendungsspezifischen Ketten, auf denen die Anwendung (wie eine dezentrale Börse oder ein On-Chain-Spiel) selbst ausgeführt wird. „Hubs“ hingegen dienen dazu, diese „Zonen“ und andere „Hubs“ miteinander zu verbinden, um die Kommunikation zwischen den Ketten über das „Inter-Blockchain Communication Protocol“ (IBC) zu ermöglichen.

Im Zentrum des Cosmos-Netzwerks steht der „Cosmos Hub“, die erste „Hub“-Kette, die auf dem Cosmos-Netzwerk aufgebaut wurde, und fungiert im Wesentlichen als „Grand Central Station“ für alle anderen Hubs und Zonen. Wie im obigen Diagramm gezeigt, müssen „Hubs“ jedoch nicht unbedingt mit dem Cosmos Hub verbunden sein. Ein privates Unternehmen könnte sich beispielsweise dafür entscheiden, einen eigenen privaten Hub zu starten, der seine eigenen privaten Zonen verbindet.

Tatsächlich legt das Cosmos SDK den Schwerpunkt auf Anpassbarkeit und Interoperabilität, und Entwicklern wird ein großer Spielraum gegeben, ihrer Fantasie freien Lauf zu lassen. Innerhalb des Cosmos-Ökosystems gibt es einige wichtige allgemeine L1-Ketten, wie die EVM-kompatible BNB-Kette (ursprünglich Binance Smart Chain) [4]. Für einen Appchain-Builder ist die Interoperabilität des Cosmos-Netzwerks unglaublich beflügelnd, da sie es der Appchain ermöglicht, über den IBC auf Daten aus einer Vielzahl von Ketten zuzugreifen. Dies ist einer der Gründe, warum viele mit dem Cosmos-Netzwerk erstellte Appchains Orakel, Multi-Chain-DEXs und andere Dienste sind, die die Aggregation von Daten aus einer Vielzahl verschiedener Ketten erfordern.

Hyperledger-Stoff

Eine weitere Möglichkeit, Appchains zu implementieren, ist Hyperledger Fabric, eine Open-Source-Blockchain-Plattform zum Erstellen von Anwendungen und Lösungen auf Unternehmensebene. Es ist eines der Projekte unter dem Dach von Hyperledger, das von der Linux Foundation gehostet wird [5].

Wie das Cosmos SDK ist auch Hyperledger Fabric darauf ausgelegt, eine modulare Blockchain-Netzwerkarchitektur zu unterstützen und Flexibilität beim Erstellen und Bereitstellen blockchainbasierter Anwendungen zu bieten. Es bietet eine Plug-and-Play-Architektur, mit der Komponenten wie Konsens, Mitgliedschaftsdienste und Smart Contract Execution (Chaincode) einfach hinzugefügt oder ersetzt werden können. Der wichtigste Unterschied zwischen dem Cosmos SDK und Hyperledger Fabric ist jedoch die Zielgruppe: Das Cosmos SDK richtet sich an Web3-native Benutzer und Entwickler, während Hyperledger Fabric auf institutionelle Kunden der Enterprise-Klasse abzielt. Während sich das Cosmos SDK auf den Aufbau eines dezentralen, interoperablen Systems konzentriert, konzentriert sich Hyperledger Fabric auf den Aufbau privater und autorisierter Netzwerke, bei denen die Teilnehmer ausdrücklich autorisiert werden müssen, dem Netzwerk beizutreten und daran teilzunehmen.

Tatsächlich funktionieren Appchains auf Unternehmensebene ganz anders als Web3-native Appchains. Während sich Web3-native Appchains oft auf die Tokenomics konzentrieren und die Blockchain-Struktur verwenden, um ihre Produkte zu finanzieren, konzentrieren sich Appchains auf Unternehmensebene darauf, die Blockchain als effiziente Methode zur Aufzeichnung und Verwaltung von Daten zu verwenden. Grundsätzlich nutzen diese Appchains auf Unternehmensebene die Tatsache, dass Blockchains manipulationssichere, überprüfbare, nur anfügbare Datenstrukturen sind, die Datenschreiber über verschiedene Zeiträume und geografische Standorte verteilt haben können. Im Wesentlichen versucht eine auf Hyperledger Fabric basierende Appchain lediglich, die verstaubten, ineffizienten Datenbanken zu ersetzen, die Unternehmen seit Jahrzehnten unterhalten.

Wie im obigen Diagramm dargestellt, sind im Wesentlichen alle „berechtigten Knoten“ der Hyperledger Fabric-Blockchain Mitarbeiter in verschiedenen Teilen der Lieferkette, die die Blockchain als Möglichkeit verwenden, verschiedene Datenzustände synchron aufzuzeichnen – beispielsweise, wenn ein Produkt in eine Fabrik oder ein Geschäft gelangt ist. Die Vernetzung zwischen verschiedenen Blockchains steht weit weniger im Mittelpunkt, und anders als bei Cosmos gibt es bei Hyperledger Fabric keine native Unterstützung für die Inter-Blockchain-Konnektivität. Stattdessen gibt es Daten-APIs und Schnittstellen für die Integration mit anderen Blockchain-Netzwerken oder -Systemen. Dies bedeutet, dass es möglich ist, Inter-Blockchain-Kommunikationslösungen mit Hyperledger Fabric zu erstellen, aber dies erfordert eine benutzerdefinierte Entwicklung und Integration, anders als das integrierte Hub-and-Zone-Design des Cosmos-Ökosystems. Intuitiv macht dies Sinn: Als Appchain der Enterprise-Klasse sind Blockchains, die mit Hyperledger Fabric erstellt werden, normalerweise von der Außenwelt isoliert – schließlich möchten Sie nicht, dass die Öffentlichkeit Ihre Lieferkettendaten manipuliert.

Eine Fallstudie zu Hyperledger Fabric in Aktion betrifft die Verwaltung der Walmart-Lieferkette. Walmarts Appchain, auch bekannt als „Walmart Food Traceability Platform“, ist ein Blockchain-basiertes System zur Rückverfolgbarkeit von Lebensmitteln, das die Lebensmittelsicherheit und Transparenz in der Lieferkette verbessern soll [6]. Die Walmart-Appchain ermöglicht die Verfolgung und Rückverfolgung von Lebensmitteln vom Bauernhof bis in die Ladenregale und hilft so, potenzielle Probleme mit der Lebensmittelsicherheit schnell zu identifizieren und zu isolieren. In jeder Phase des Prozesses mussten die Lieferanten Etiketten und Echtheitszertifikate über eine Weboberfläche auf die Blockchain hochladen, wo sie für alle relevanten Beteiligten dauerhaft zugänglich waren. Da die Blockchain als einzige „Grundwahrheit“ der Informationen diente, reduzierte sich die Zeit für die Aufzeichnung und Verfolgung von Problemen mit der Lebensmittelqualität, wie z. B. durch Lebensmittel übertragene Krankheiten, erheblich:

Das für beide Produkte entwickelte Blockchain-basierte Lebensmittelrückverfolgungssystem Hyperledger Fabric funktionierte. Für Schweinefleisch in China ermöglichte es das Hochladen von Echtheitszertifikaten in die Blockchain und brachte so mehr Vertrauen in ein System, in dem dies früher ein ernstes Problem darstellte. Und für Mangos in den USA verkürzte sich die Zeit, die zur Rückverfolgung ihrer Herkunft benötigt wurde, von 7 Tagen auf … 2,2 Sekunden! — Hyperledger Foundation [6]

Hyperledger demonstriert also die Verwendung von Appchains in einem ganz anderen Umfeld als Cosmos – in großen, unternehmensweiten Anwendungsfällen, in denen die Blockchain als Alternative zu herkömmlichen Datenaufzeichnungs- und -verfolgungsmethoden verwendet wird. Natürlich kann man argumentieren, dass dieser Anwendungsfall von Appchains „nicht wirklich Web3“ ist, einfach weil er Tokenomics, Dezentralisierung und kryptonative Prinzipien nicht auf die gleiche Weise nutzt. Aber die unternehmensweite Einführung von Appchains kann nicht ignoriert werden – die zugrunde liegende Technologie ist dieselbe und es ist ein entscheidender Schritt, um das öffentliche Vertrauen in Blockchain-Technologien zu gewinnen und eine Masseneinführung zu ermöglichen. Und auf lange Sicht ist es viel einfacher, Unternehmen wie Walmart, die eine Appchain eingerichtet haben, in die „Web3-native“ Welt zu integrieren.

Rollups als Service

Ein neuerer alternativer Ansatz zum Erstellen von Appchains ist die Verwendung von Rollups, insbesondere durch „Rollups-as-a-Service“ (RaaS). Rollups-as-a-Service ist eine Art Blockchain-Skalierungslösung, die Off-Chain-Berechnungen und -Speicherung ermöglicht und gleichzeitig die Sicherheit und das Vertrauen der zugrunde liegenden Blockchain aufrechterhält. Sie funktionieren, indem eine große Anzahl von Transaktionen in einer einzigen komprimierten Transaktion zusammengefasst wird, die dann in einer zugrunde liegenden L1-Blockchain, am häufigsten Ethereum, aufgezeichnet wird.

Rollups können für Appchains verwendet werden, da sie eine Möglichkeit bieten, die Verarbeitung und Speicherung von Transaktionen für auf diesen Chains basierende dApps zu skalieren, ohne die Sicherheit und das Vertrauen der zugrunde liegenden Blockchain zu beeinträchtigen. Zwar muss der Entwickler im Vergleich zu einer Cosmos-basierten Lösung möglicherweise einige Anpassungsmöglichkeiten in der zugrunde liegenden Konsensschicht opfern, aber die Verwendung eines Rollups als Service für eine anwendungsspezifische Blockchain anstelle einer vollständigen Chain bietet mehrere Vorteile.

Der vielleicht wichtigste Vorteil ist, dass Entwickler keinen Validator-Satz erstellen müssen. Da Konsens und Abwicklung an ein zugrunde liegendes L1 ausgelagert werden, ergibt sich nicht nur eine günstigere Appchain-Lösung, sondern auch eine robustere, da sie durch das zugrunde liegende L1 gesichert ist. Da Rollups vertikale Lösungen mit modularer Struktur sind, sind sie zudem nicht auf ein einzelnes Blockchain-Framework beschränkt und können Daten und Funktionen auf mehreren Blockchains nutzen.

Im Wesentlichen werden L1-Ketten im Rollup-Appchain-Modell zum Äquivalent von „Hubs“, die eine Fülle von Daten und Sicherheit enthalten. Eine Gaming-Appchain könnte beispielsweise eine Rollup-basierte Lösung verwenden, bei der die Sicherheit von Ethereum für Konsens und Abwicklung genutzt wird und die hohe Durchsatzleistung von Solana für die Ausführungsgeschwindigkeit genutzt werden kann [7].

Rollups-as-a-Service-Unternehmen stellen die Infrastruktur und Dienste bereit, die Appchain-Entwickler benötigen, um ihre benutzerdefinierte Appchain-Rollup-Lösung zu implementieren. Verschiedene RaaS abstrahieren dieses Toolkit auf unterschiedliche Ebenen: Einige Projekte, wie der Op Stack [8], sind SDK-basiert, sodass der Entwickler das Rollup relativ umfassend anpassen kann, andere Projekte wie Constellation konzentrieren sich auf eine vollständige No-Code-Bereitstellungslösung „White Glove“, sodass sich Appchain-Entwickler auf den „App“-Teil der Entwicklung konzentrieren können, anstatt auf den „Chain“-Teil der Entwicklung [9].

Die Auswirkungen von Appchains

Das Aufkommen und der Aufstieg dieser Appchain-Lösungen haben mehrere tiefgreifende Auswirkungen auf die gesamte Web3-Infrastrukturlandschaft. Appchains leiten einen Paradigmenwechsel in der Beziehung zwischen „Ketten“ und „Apps“ von einem angebotsorientierten Modell zu einem nachfrageorientierten Modell ein.

Früher, als Infrastrukturlösungen noch ausgereift waren und sich viele moderne Infrastrukturkonzepte wie Proof of Stake, Sharding und Rollups noch in der Proof-of-Concept-Phase befanden, wurden Infrastrukturprojekte oft umgesetzt, um die Machbarkeit dieser technischen Lösungen zu untersuchen. Dies ist am häufigsten bei „Blockchains der dritten Generation“ wie Avalanche, Cardano, NEAR und Solana der Fall. Das Angebot dieser Ketten (ihr Durchsatz und ihre technischen Implementierungen) trieb die Nachfrage nach diesen Ketten an. Mit anderen Worten: Das Design der „Ketten“ bestimmte das Design der „Apps“.

Der Aufstieg der Appchains markiert jedoch eine deutliche vierte Generation von Blockchains, bei der die Nachfrage nach Blockchains das Angebot dieser Blockchains bestimmt. Alle oben vorgestellten technischen Ansätze, das Cosmos-Netzwerk, Hyperledger Fabric und Rollups-as-a-Service, stellen Plug-and-Play-Lösungen für die Blockchain-Bereitstellung dar, die einfach, anpassbar und kostengünstig sind. Es war noch nie so einfach, eine eigene Blockchain zu entwerfen, anzupassen und bereitzustellen. Aus diesem Grund ist es jetzt umgekehrt: Das Design der „Apps“ bestimmt das Design der „Chains“.

Ein wahrscheinliches Ergebnis davon ist, dass es wahrscheinlich eine konzentriertere L1-Szene geben wird, mit einer Verschiebung von einer monopolistischen Wettbewerbsszene (wo sich verschiedene L1s leicht voneinander unterscheiden) zu einer oligopolistischen Szene, die von einigen wenigen Schlüsselketten mit enormen Ökosystemen und Liquidität dominiert wird. Dies liegt daran, dass es mit dem Aufkommen von Appchains weniger Gründe für Top-Level-DApps gibt, auf kleineren L1s zu implementieren, anstatt ihre eigene Kette (mit unendlich anpassbaren Funktionen) zu betreiben oder ein Appchain-Rollup auf einer großen, etablierten L1 zu implementieren. Kleinere L1-Ketten können in Bezug auf Flexibilität, Anpassung, Sicherheit und Support einfach nicht mit der Kombination aus großen L1s und Appchains konkurrieren.

Darüber hinaus sind Appchains auch ein wichtiger Mechanismus für die institutionelle Einbindung in Web3. Wie bereits erwähnt, werden Enterprise Chains wie Hyperledger zwar normalerweise von unserer typischen Vorstellung von Web3 ausgeschlossen, nutzen jedoch dieselben zugrunde liegenden Blockchain-Technologien, um mehr Transparenz in der Logistik und im Versorgungsmanagement zu erreichen. Warum kann dies also nicht auch auf Zahlungen und darüber hinaus ausgeweitet werden? Daher glaube ich, dass es nur eine Frage der Zeit sein wird, bis diese Blockchains auf Unternehmensebene stärker in native Web3-DeFi-, Zahlungs- und NFT-Projekte integriert werden. Es gibt bereits einige Untersuchungen zur Machbarkeit einer Ausweitung des Cosmos IBC über Cosmos-Appchains hinaus, der Verbindung von Plattformen wie Hyperledger Fabric und der Ausrichtung auf andere Blockchain-Lösungen auf Unternehmensebene [10].

Abschluss

Heute ist klar, dass es nie eine Einheits-Blockchain gegeben hat und auch nie geben wird. Ob durch Cosmos SDK, Hyperledger Fabric oder Rollups-as-a-Service – die Reife und einfache Bereitstellung von benutzerdefinierten Appchains wird den Web3-Infrastrukturbereich in ein App-First-, User-First-Erlebnis verwandeln – ein Zeichen für die zunehmende Reife von Web3. Die Zukunft des Web3-Bereichs ist eine Multichain-Galaxie, und angesichts ihrer Anpassbarkeit, Effektivität und einfachen Bereitstellung werden Appchains in diesem Universum eine immer wichtigere Rolle spielen und wie Sterne in einer Galaxie der Dezentralisierung leuchten.

🐦 @0xfishylosopher

📅 6. Februar 2023

Verweise

[1] Osmosis, ein kettenübergreifender DEX: https://osmosis.zone/

[2] Curio.gg, On-Chain-Gaming-Unternehmen: https://www.curio.gg/

[3] https://newsletter.banklesshq.com/p/a-beginners-guide-to-cosmos

[4] Siehe BNB Chain Whitepaper: https://github.com/bnb-chain/whitepaper/blob/master/WHITEPAPER.md

[5] https://www.ibm.com/products/blockchain-platform-hyperledger-fabric

[6] Walmart-Fallstudie: https://www.hyperledger.org/learn/publications/walmart-case-study

[7] Beispiel von https://messari.vercel.app/article/the-rollups-as-a-service-ecosystem

[8] Siehe https://www.optimism.io/op-stack

[9] Siehe https://constellation-labs.gitbook.io/constellation-labs-documentation/getting-started/overview

[10] https://medium.com/the-interchain-foundation/expanding-the-interchain-taking-ibc-beyond-cosmos-appchains-b0f9bebb4405

Haftungsausschluss: Die oben dargestellten Informationen dienen ausschließlich zu Bildungszwecken, stellen keine Finanzberatung dar und spiegeln ausschließlich die Ansichten des Autors wider.

Vielen Dank an meine Freunde bei Constellation Labs für ihre aufschlussreichen Gespräche zu Rollups-as-a-Service.