Wichtige Erkenntnisse
Das Blockchain-Trilemma hebt die Schwierigkeiten hervor, mit denen Blockchain-Netzwerke konfrontiert sind, wenn sie versuchen, Sicherheit, Dezentralisierung und Skalierbarkeit in Einklang zu bringen.
Es werden mehrere Skalierungslösungen untersucht, um solche Einschränkungen zu beheben. Einige konzentrieren sich auf die Hauptkette (Layer 1), während andere sich auf eine separate Kette (Layer 2) konzentrieren.
Layer 1-Skalierungslösungen beziehen sich auf Änderungen an der Haupt-Blockchain-Architektur und den Regeln, um deren Leistung zu verbessern (z.B. wie der Konsens funktioniert oder die Verwendung von Sharding).
Layer-2-Lösungen bestehen aus sekundären Frameworks, die auf einer Layer-1 aufgebaut sind, um die Arbeitslast zu verringern (z.B. durch die Verarbeitung von Transaktionen außerhalb der Hauptkette).
Die Zukunft der Blockchain wird wahrscheinlich auf einer Mischung aus beiden Systemen beruhen, wobei Layer 1 für Sicherheit und Abwicklung verwendet wird, während Layer 2 für höhere Geschwindigkeiten und niedrigere Kosten verantwortlich ist.
Einführung
Die Beliebtheit von Kryptowährungen wächst weiterhin, was einen Zustrom neuer Benutzer und Transaktionen mit sich bringt. Während die revolutionäre Natur der Blockchain klar ist, bleibt die Skalierbarkeit (die Fähigkeit eines Systems, eine steigende Nachfrage zu bewältigen) eine der wichtigsten Herausforderungen. Öffentliche Blockchains, die Dezentralisierung und Sicherheit priorisieren, haben oft Schwierigkeiten, hohe Durchsatzraten zu erzielen.
Diese Herausforderung ist als Blockchain-Trilemma bekannt, das besagt, dass es schwierig ist, dass ein dezentrales System gleichzeitig hohe Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit erreicht. Typischerweise priorisieren Netzwerke zwei auf Kosten des dritten.
Um dies zu lösen, haben Entwickler verschiedene Skalierungsansätze entwickelt. Einige Lösungen passen die Architektur der Hauptblockchain (Layer 1) an, während andere auf sekundären Protokollen basieren, die auf dem zugrunde liegenden Netzwerk (Layer 2) laufen.
Layer 1 vs. Layer 2
Der Begriff Layer 1 bezieht sich auf die grundlegende Ebene einer Blockchain-Architektur. Es ist das Hauptnetzwerk, in dem Transaktionen abgeschlossen werden. Beispiele sind Bitcoin, Ethereum, BNB Chain und Solana.
Layer 2 bezieht sich auf Netzwerke oder Protokolle, die auf diesen Layer-1-Blockchains aufgebaut sind. Zum Beispiel ist das Lightning Network eine Layer-2-Lösung für Bitcoin, und Arbitrum ist eine Layer-2-Lösung für Ethereum.
Skalierungsverbesserungen werden basierend auf ihrem Auftreten kategorisiert:
Eine Layer-1-Lösung ändert direkt die Regeln oder Mechanismen der Basis-Blockchain (z.B. Änderung des Konsensmechanismus).
Eine Layer-2-Lösung nutzt ein externes, paralleles Netzwerk, um Transaktionen von der Hauptkette aus zu erleichtern, um die Überlastung zu reduzieren.
Häufige Layer-1-Skalierungslösungen
1. Konsensmechanismus
Einige Blockchains wechseln von langsamen, energieintensiven Systemen wie Proof of Work (PoW) zu effizienteren wie Proof of Stake (PoS). Zum Beispiel ist Ethereum zu PoS gewechselt, um seine Fähigkeit zur Datenverarbeitung zu verbessern und umweltfreundlicher zu sein. Diese Methode verwendet Staking (das Einfrieren von Münzen) anstelle von Mining, um Transaktionen zu validieren.
2. Sharding
Sharding ist wie das Zerlegen einer großen Datenbank in kleinere, leichter zu verwaltende Teile, die "Shards" genannt werden. Anstatt dass jeder Computer im Netzwerk die gesamte Arbeit erledigt, wird die Arbeit aufgeteilt. Dies ermöglicht es der Blockchain, mehrere Transaktionen gleichzeitig zu verarbeiten und die Gesamt-effizienz zu erhöhen.
3. Blockgrößensteigerungen
Einige Blockchains erhöhen einfach die Größe der Blöcke. Dadurch können mehr Transaktionen in einen einzigen Block passen. Allerdings kann dies es erschweren, dass reguläre Computer als validierende Knoten im Netzwerk fungieren, was die Dezentralisierung beeinträchtigen könnte.
Häufige Layer-2-Skalierungslösungen
1. Rollups
Rollups sind derzeit die beliebteste Skalierungslösung für Ethereum. Sie "rollen" (bündeln) Hunderte von Off-Chain-Transaktionen in einem einzigen Batch, bevor sie an die Hauptkette übermittelt werden.
Optimistische Rollups: Genutzt von Netzwerken wie Optimism und Arbitrum, gehen diese davon aus, dass Transaktionen standardmäßig gültig sind. Sie bieten eine "Betrugsnachweis"-Phase, in der ungültige Transaktionen angefochten werden können.
Zero-Knowledge (ZK) Rollups: Genutzt von Netzwerken wie zkSync und Scroll, verwenden ZK Rollups kryptografische Nachweise, um die Gültigkeit von Transaktionen sofort zu überprüfen. Sie bieten hohe Sicherheit und Privatsphäre ohne die Notwendigkeit einer Streitphase.
2. Sidechains
Sidechains sind unabhängige Blockchains mit eigenen Satz von Validierern. Ein herausragendes Beispiel ist das Polygon PoS-Netzwerk. Im Gegensatz zu Rollups sind Sidechains für ihre eigene Sicherheit verantwortlich. Während sie oft schneller und günstiger sind, erben sie nicht direkt die Sicherheit der Haupt-Layer-1-Kette auf die gleiche Weise, wie es Rollups tun.
3. Zustandskanäle
Ein Zustandskanal ist eine Zwei-Wege-Kommunikationsumgebung zwischen den Teilnehmern. Benutzer führen Off-Chain-Transaktionen so oft durch, wie sie möchten, und nur die Eröffnungs- und Schlussbilanzen werden auf der Blockchain aufgezeichnet. Das Bitcoin Lightning Network funktioniert nach diesem Modell und ermöglicht sofortige, kostengünstige Bitcoin-Zahlungen.
4. Verschachtelte Blockchains
In diesem Setup gibt die Haupt-Blockchain Arbeiten an "Kind"-Ketten weiter. Die Kind-Ketten erledigen die Arbeit und senden die Ergebnisse zurück an die "Eltern"-Kette. Das Plasma-Framework auf Ethereum ist ein Beispiel dafür.
Layer 1 vs. Layer 2: Wichtige Unterschiede
Beide Schichten möchten das Netzwerk schneller machen, tun dies jedoch auf unterschiedliche Weise.
Einschränkungen von Skalierungslösungen
Layer 1: Das Upgrade der Hauptkette ist schwierig. Größere Änderungen, wie die Erhöhung der Blockgröße oder die Änderung des Konsenses, erfordern oft eine harte Gabelung, die die Gemeinschaft spalten kann.
Layer 2: Obwohl schnell, können L2s Komplexität hinzufügen. Benutzer müssen Gelder zwischen Netzwerken überbrücken, und die Liquidität kann über verschiedene L2s fragmentiert werden. Darüber hinaus verlassen sich einige L2s auf zentralisierte Sequenzierer, was einen potenziellen Ausfallpunkt im Vergleich zur dezentralisierten Hauptkette einführt.
Schlussgedanken
Die Blockchain-Welt wächst schnell. Um die Massenakzeptanz zu bewältigen, benötigen wir Netzwerke, die sowohl sicher als auch schnell sind. Layer-1-Upgrades wie Sharding sind langfristig wichtig. Layer-2-Lösungen bieten jedoch die Geschwindigkeit und niedrigen Kosten, die wir jetzt benötigen. In Zukunft wird es wahrscheinlich häufiger vorkommen, eine Mischung aus beidem zu sehen: eine starke Layer 1 für Sicherheit und flexible Layer 2-Netzwerke für alltägliche Transaktionen.
Weiterführende Literatur
Was ist das Blockchain-Trilemma?
Was sind Zk-Rollups? Die Layer-2-Skalierungstechnik
Was sind Bitcoin-Layer-2-Netzwerke?
Was ist Sharding und wie funktioniert es?
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