TL;DR
Die Popularität von Kryptowährungen und Blockchain wächst exponentiell, ebenso wie die Zahl der Nutzer und Transaktionen. Es ist zwar leicht zu erkennen, wie revolutionär Blockchain ist, aber die Skalierbarkeit – die Fähigkeit eines Systems, zu wachsen und gleichzeitig die steigende Nachfrage zu bewältigen – war schon immer eine Herausforderung. Öffentliche Blockchain-Netzwerke, die stark dezentralisiert und sicher sind, haben oft Schwierigkeiten, einen hohen Durchsatz zu erreichen.
Dies wird oft als das Blockchain-Trilemma beschrieben, das besagt, dass es für ein dezentrales System praktisch unmöglich ist, gleichzeitig ein hohes Maß an Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit zu erreichen. Realistischerweise können Blockchain-Netzwerke nur zwei der drei Faktoren aufweisen.
Glücklicherweise arbeiten jedoch Tausende von Enthusiasten und Experten an Skalierungslösungen. Einige dieser Lösungen zielen darauf ab, die Architektur der Haupt-Blockchain (Layer 1) zu optimieren, während andere auf Layer-2-Protokolle abzielen, die auf dem zugrunde liegenden Netzwerk arbeiten.
Einführung
Bei der großen Anzahl von Blockchains und Kryptowährungen, die es gibt, wissen Sie vielleicht nicht, ob Sie eine Layer-1- oder eine Layer-2-Kette verwenden. Es hat seine Vorteile, die Komplexität einer Blockchain zu verbergen, aber es lohnt sich, ein System zu verstehen, in das Sie investieren oder das Sie nutzen wollen. In diesem Artikel werden Sie die Unterschiede zwischen Layer-1- und Layer-2-Blockchains und verschiedenen Skalierbarkeitslösungen verstehen.
Was ist eine Blockchain Layer 1 vs. Layer 2?
Der Begriff Ebene 1 bezieht sich auf die Basisebene einer Blockchain-Architektur. Es ist die Hauptstruktur eines Blockchain-Netzwerks. Bitcoin, Ethereum und BNB Chain sind Beispiele für Blockchains der Schicht 1. Layer 2 bezieht sich auf Netzwerke, die auf anderen Blockchains aufbauen. Wenn Bitcoin also eine Schicht 1 ist, ist die Lightning Netzwerk das darauf läuft, ist ein Beispiel für eine Schicht 2.
Blockchain-Netzwerk Skalierbarkeit Verbesserungen können in Layer-1- und Layer-2-Lösungen kategorisiert werden. Bei einer Layer-1-Lösung werden die Regeln und Mechanismen der ursprünglichen Blockchain direkt geändert. Bei einer Layer-2-Lösung wird ein externes, paralleles Netzwerk verwendet, um Transaktionen abseits der Mainchain zu ermöglichen.
Warum ist die Skalierbarkeit der Blockchain wichtig?
Stellen Sie sich eine neue Autobahn vor, die zwischen einer Großstadt und ihrem schnell wachsenden Vorort gebaut wird. Da das Verkehrsaufkommen auf der Autobahn zunimmt und Staus an der Tagesordnung sind – vor allem während der Hauptverkehrszeiten – kann sich die durchschnittliche Zeit, um von A nach B zu gelangen, erheblich verlängern. Kein Wunder, wenn man bedenkt, dass die Kapazität der Straßeninfrastruktur begrenzt ist und die Nachfrage immer weiter steigt.
Was können die Behörden nun tun, damit mehr Pendler auf dieser Strecke schneller vorankommen? Eine Lösung wäre, die Autobahn selbst zu verbessern, indem auf beiden Seiten der Straße zusätzliche Fahrspuren angelegt werden. Dies ist jedoch nicht immer praktikabel, da es sich um eine teure Lösung handelt, die für die Verkehrsteilnehmer, die die Autobahn bereits nutzen, mit erheblichen Problemen verbunden wäre. Eine Alternative besteht darin, kreativ zu werden und verschiedene Ansätze in Betracht zu ziehen, die nicht mit Änderungen an der Hauptinfrastruktur verbunden sind, wie z. B. der Bau zusätzlicher Anliegerstraßen oder sogar die Einführung einer Stadtbahnlinie entlang der Autobahn.
In der Welt der Blockchain-Technologie wäre die primäre Autobahn ein Layer 1 (das Hauptnetz), während die zusätzlichen Servicestraßen Layer-2-Lösungen wären (sekundäres Netz zur Verbesserung der Gesamtkapazität).
Bitcoin, Ethereum, und Polkadot werden alle als Layer-1-Blockchains betrachtet. Sie sind die Basis-Blockchains, die Transaktionen für ihr jeweiliges Ökosystem verarbeiten und aufzeichnen und über eine eigene Kryptowährung verfügen, die in der Regel zur Zahlung von Gebühren und zur Bereitstellung eines breiteren Nutzens verwendet wird. Polygon ist ein Beispiel für eine Layer-2-Skalierungslösung für Ethereum. Das Polygon-Netzwerk übermittelt regelmäßig Checkpoints an das Ethereum-Hauptnetz, um es über seinen Status zu informieren.
Die Durchsatzfähigkeit ist ein wesentliches Element einer Blockchain. Sie ist ein Maß für Geschwindigkeit und Effizienz, das angibt, wie viele Transaktionen innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens verarbeitet und aufgezeichnet werden können. Wenn die Zahl der Nutzer und die Zahl der gleichzeitigen Transaktionen steigt, kann eine Layer-1-Blockchain langsam und teuer in der Nutzung werden. Dies gilt insbesondere für Layer-1-Blockchains, die eine Proof of Work Mechanismus im Gegensatz zu Proof of Stake.
Aktuelle Probleme der Schicht 1
Bitcoin und Ethereum sind gute Beispiele für Layer-1-Netzwerke mit Skalierungsproblemen. Beide sichern das Netzwerk durch ein verteiltes Konsensmodell. Dies bedeutet, dass alle Transaktionen von mehreren Personen überprüft werden. Knotenpunkten bevor sie validiert werden. Die sogenannte Bergbau Knoten miteinander konkurrieren, um ein komplexes Rechenpuzzle zu lösen, und die erfolgreichen Miner werden mit der Kryptowährung des Netzwerks belohnt.
Mit anderen Worten: Alle Transaktionen müssen von mehreren Knoten unabhängig voneinander überprüft werden, bevor sie bestätigt werden. Dies ist ein effizienter Weg, um korrekte, verifizierte Daten in der Blockchain zu protokollieren und aufzuzeichnen und gleichzeitig das Risiko von Angriffen durch schlechte Akteure zu verringern. Sobald jedoch ein Netzwerk so populär ist wie Ethereum oder Bitcoin, wird der Durchsatzbedarf zu einem immer größeren Problem. In Zeiten der Überlastung des Netzwerks werden die Nutzer mit langsameren Bestätigungszeiten und höheren Transaktionsgebühren konfrontiert.
Wie funktionieren Skalierungslösungen auf Layer 1?
Es gibt mehrere Optionen für Layer-1-Blockchains, die den Durchsatz und die Gesamtkapazität des Netzwerks erhöhen können. Im Falle von Blockchains, die Proof of Work verwenden, könnte ein Übergang zu Proof of Stake eine Option sein, um die Transaktionen pro Sekunde (TPS) zu erhöhen und gleichzeitig die Bearbeitungsgebühren zu senken. Dennoch gibt es in der Krypto-Community gemischte Ansichten über die Vorteile und langfristigen Auswirkungen von Proof of Stake.
Skalierungslösungen für Layer-1-Netzwerke werden in der Regel vom Entwicklungsteam des Projekts eingeführt. Je nach Lösung muss die Gemeinschaft Hard Fork oder Soft Fork des Netzwerks. Einige kleine Änderungen sind abwärtskompatibel, wie z.B. Bitcoin’s SegWit Update.
Größere Änderungen, wie die Erhöhung der Bitcoin’s Blocks Größe auf 8MB zu erhöhen, erfordern einen Hard Fork. Dabei werden zwei Versionen der Blockchain erstellt, eine mit und eine ohne die Aktualisierung. Eine weitere Möglichkeit, den Durchsatz eines Netzwerks zu erhöhen, ist das Sharding. Dabei werden die Operationen einer Blockchain auf mehrere kleinere Abschnitte aufgeteilt, die die Daten gleichzeitig statt sequentiell verarbeiten können.
Wie funktionieren Layer-2-Skalierungslösungen?
Wie bereits erwähnt, stützen sich Layer-2-Lösungen auf sekundäre Netzwerke, die parallel oder unabhängig von der Hauptkette arbeiten.
Aufrollungen
Null-Wissen Rollups (die gebräuchlichste Art) bündeln Off-Chain-Layer-2-Transaktionen und reichen sie als eine Transaktion auf der Hauptkette ein. Diese Systeme verwenden Gültigkeitsnachweise, um die Integrität von Transaktionen zu prüfen. Die Vermögenswerte werden auf der ursprünglichen Kette mit einem Überbrückungs-Smart-Contract gehalten, und die Smart Contract bestätigt, dass das Rollup wie vorgesehen funktioniert. Dies bietet die Sicherheit des ursprünglichen Netzwerks mit den Vorteilen eines weniger ressourcenintensiven Rollups.
Sidechains
Sidechains sind unabhängige Blockchain-Netzwerke mit ihren eigenen Validatoren. Das bedeutet, dass der überbrückende Smart Contract auf der Hauptkette die Gültigkeit des Sidechain-Netzwerks nicht verifiziert. Daher müssen Sie darauf vertrauen, dass die Sidechain korrekt funktioniert, da sie in der Lage ist, Vermögenswerte auf der ursprünglichen Kette zu kontrollieren.
Statuskanäle
Ein State-Channel ist eine Zwei-Wege-Kommunikationsumgebung zwischen den transagierenden Parteien. Die Parteien sperren einen Teil der zugrunde liegenden Blockchain ab und verbinden ihn mit einem Off-Chain-Transaktionskanal. Dies geschieht in der Regel über einen vorab vereinbarten Smart Contract oder einen Multi-Signatur. Die Parteien führen dann eine Transaktion oder einen Stapel von Transaktionen außerhalb der Blockchain aus, ohne die Transaktionsdaten sofort an das zugrunde liegende verteilte Hauptbuch (d. h. die Hauptkette) zu übermitteln. Sobald alle Transaktionen des Satzes abgeschlossen sind, wird der endgültige “Zustand” des Kanals zur Validierung an die Blockchain übermittelt. Dieser Mechanismus ermöglicht es, die Transaktionsgeschwindigkeit zu verbessern und die Gesamtkapazität des Netzes zu erhöhen. Lösungen wie das Bitcoin Lightning Netzwerk und Ethereums Raiden arbeiten auf der Grundlage von State Channels.
Verschachtelte Blockchains
Diese Lösung beruht auf einer Reihe sekundärer Blockchains, die auf der Hauptblockchain, der “parent”, aufsetzen. Verschachtelte Blockchains arbeiten nach den Regeln und Parametern, die von der Hauptkette festgelegt wurden. Die Hauptkette ist nicht an der Ausführung von Transaktionen beteiligt und ihre Rolle beschränkt sich auf die Beilegung von Streitigkeiten, wenn dies erforderlich ist. Die alltägliche Arbeit wird an “untergeordnete” Ketten delegiert, die die verarbeiteten Transaktionen nach Abschluss der Hauptkette an die Hauptkette zurückgeben. OmiseGO’Das Plasma-Projekt von OmiseGO ist ein Beispiel für eine verschachtelte Blockchain-Lösung der Schicht 2.
Grenzen der Skalierung von Layer-1- und Layer-2-Lösungen
Sowohl Schicht-1- als auch Schicht-2-Lösungen haben einzigartige Vor- und Nachteile. Die Arbeit mit Layer 1 kann die effektivste Lösung für groß angelegte Protokollverbesserungen bieten. Dies bedeutet jedoch auch, dass die Validierer davon überzeugt werden müssen, die Änderungen durch einen Hard Fork zu akzeptieren.
Ein mögliches Beispiel, bei dem die Validierer dies nicht tun wollen, ist der Wechsel von Proof of Work zu Proof of Stake. Miner würden durch diesen Wechsel zu einem effizienteren System Einkommensverluste erleiden, was sie davon abhält, die Skalierbarkeit zu verbessern.
Layer 2 bietet einen viel schnelleren Weg zur Verbesserung der Skalierbarkeit. Je nach der verwendeten Methode kann jedoch ein Großteil der Sicherheit der ursprünglichen Blockchain verloren gehen. Die Nutzer vertrauen Netzwerken wie Ethereum und Bitcoin wegen ihrer Widerstandsfähigkeit und ihrer Sicherheitsbilanz. Wenn man Aspekte aus der Schicht 1 herausnimmt, muss man sich in Bezug auf Effizienz und Sicherheit oft auf das Schicht-2-Team und das Netzwerk verlassen.
Was kommt nach Layer 1 und Layer 2?
Eine wichtige Frage ist, ob wir Layer-2-Lösungen überhaupt noch benötigen, da Layer-1-Lösungen immer besser skalierbar sind. Bei bestehenden Blockchains gibt es Verbesserungen, und es werden bereits neue Netzwerke mit guter Skalierbarkeit geschaffen. Es wird jedoch lange dauern, bis große Systeme ihre Skalierbarkeit verbessern, und es ist nicht garantiert. Die wahrscheinlichste Option ist, dass sich die Layer 1 auf die Sicherheit konzentrieren und es den Layer-2-Netzen ermöglichen, ihre Dienste auf spezifische Anwendungsfälle zuzuschneiden.
In naher Zukunft werden große Chains wie Ethereum aufgrund ihrer großen Nutzer- und Entwicklergemeinde wahrscheinlich weiterhin dominieren. Die große, dezentralisierte Validierungsmenge und der vertrauenswürdige Ruf von Ethereum bilden jedoch eine solide Basis für gezielte Layer-2-Lösungen.
Abschließende Gedanken
Seit den Anfängen der Kryptowährungen hat das Streben nach besserer Skalierbarkeit zu einem zweigleisigen Ansatz mit Layer-1-Verbesserungen und Layer-2-Lösungen geführt. Wenn Sie über ein breit gefächertes Krypto-Portfolio verfügen, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass Sie bereits sowohl mit Layer-1- als auch mit Layer-2-Netzwerken zu tun haben. Jetzt kennen Sie die Unterschiede zwischen den beiden sowie die verschiedenen Ansätze zur Skalierung, die sie bieten.
