TL;DR

Die Popularität von Krypto und Blockchain wächst rasant, ebenso wie die Anzahl der Benutzer und Transaktionen. Blockchain ist in der Tat eine revolutionäre Sache. Allerdings ist die Skalierbarkeit, also die Fähigkeit des Systems, zu wachsen und gleichzeitig der steigenden Nachfrage gerecht zu werden, immer eine Herausforderung. Stark dezentrale und sichere öffentliche Blockchain-Netzwerke haben oft Schwierigkeiten, einen hohen Durchsatz zu erreichen.

Dies wird oft als Blockchain-Trilemma bezeichnet, das besagt, dass es für ein dezentrales System unmöglich ist, Dezentralisierung, Sicherheit und hohe Skalierbarkeit gleichermaßen zu erreichen. Tatsächlich kann ein Blockchain-Netzwerk nur zwei dieser drei Faktoren aufweisen.

Glücklicherweise arbeiten jedoch Tausende von Enthusiasten und Experten an Skalierungslösungen. Einige dieser Lösungen sind darauf ausgelegt, die Hauptarchitektur der Blockchain (Schicht 1) zu ändern, während andere sich auf Schicht-2-Protokolle konzentrieren, die auf dem zugrunde liegenden Netzwerk laufen.

Einführung

Aufgrund der großen Anzahl verfügbarer Blockchains und Kryptowährungen können Sie möglicherweise nicht erkennen, ob Sie eine Layer-1- oder Layer-2-Kette verwenden. Es ist wichtig, das System zu verstehen, das Sie verwenden oder in das Sie investieren. In diesem Artikel werden Sie die Unterschiede zwischen Layer-1- und Layer-2-Blockchains sowie verschiedene Skalierbarkeitslösungen verstehen.

Was ist Layer-1- vs. Layer-Blockchain? Schicht 2?

Der Begriff Layer 1 bezieht sich auf die Grundebene einer Blockchain-Architektur. Diese Schicht ist die Hauptstruktur eines Blockchain-Netzwerks. Bitcoin, Ethereum und BNB Chain sind Beispiele für Layer-1-Blockchains. Layer-2 sind Netzwerke, die auf anderen Blockchains aufbauen. Wenn also Bitcoin Layer 1 ist, dann ist das darüber operierende Lightning Network ein Beispiel für Layer 2.

Die Erhöhung der Skalierbarkeit von Blockchain-Netzwerken kann in Layer-1- und Layer-2-Lösungen eingeteilt werden. Layer-1-Lösungen werden die Regeln und Mechanismen der ursprünglichen Blockchain direkt verändern. Layer-2-Lösungen nutzen externe parallele Netzwerke, um Transaktionen außerhalb der Mainchain zu ermöglichen.

Warum ist die Skalierbarkeit der Blockchain wichtig?

Stellen Sie sich vor, es würde eine neue Autobahn zwischen einer Großstadt und ihren schnell wachsenden Vororten gebaut. Da das Verkehrsaufkommen auf der Autobahn zunimmt und insbesondere in der Hauptverkehrszeit Staus an der Tagesordnung sind, kann sich die durchschnittliche Zeit von A nach B erheblich verlängern. Dies liegt natürlich daran, dass die Kapazität der Straßeninfrastruktur begrenzt ist, während die Nachfrage weiterhin steigt.

Welche Maßnahmen können die Behörden also ergreifen, um mehr Pendlern zu helfen, schneller über diese Route zu reisen? Eine Lösung besteht darin, die Autobahn zu verbessern, indem auf jeder Seite Fahrspuren hinzugefügt werden. Dies ist jedoch nicht immer praktikabel, da diese Lösung teuer ist und für Menschen, die bereits die Autobahn nutzen, Probleme bereiten wird. Eine alternative Lösung besteht darin, kreativ zu denken und Ansätze in Betracht zu ziehen, die nichts mit Änderungen an der Kerninfrastruktur zu tun haben, wie etwa der Bau zusätzlicher Zufahrtsstraßen oder sogar die Einführung einer Stadtbahnlinie entlang der Autobahn.

Im Bereich der Blockchain-Technologie ist die Hauptautobahn Layer 1 (Hauptnetzwerk), während die zusätzlichen Zufahrtsstraßen Layer 2-Lösungen (sekundäre Netzwerke zur Erhöhung der Gesamtkapazität) sind.

Bitcoin, Ethereum und Polkadot gelten als Layer-1-Blockchains. Diese Blockchains sind die Basisschicht, die Transaktionen für ihre jeweiligen Ökosysteme mit nativen Kryptowährungen verarbeitet und aufzeichnet, die normalerweise zur Zahlung von Gebühren und zur Bereitstellung eines breiteren Nutzens verwendet werden. Polygon ist ein Beispiel für eine Layer-2-Skalierungslösung für Ethereum. Das Polygon-Netzwerk überprüft regelmäßig das Ethereum-Mainnet, um seinen Status zu aktualisieren.

Die Durchsatzfähigkeit ist ein wichtiges Element einer Blockchain. Dies ist ein Maß für Geschwindigkeit und Effizienz, das die Anzahl der Transaktionen angibt, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums verarbeitet und aufgezeichnet werden können. Da die Anzahl der Benutzer steigt und die Anzahl gleichzeitiger Transaktionen zunimmt, wird die Verwendung von Layer-1-Blockchains langsamer und teurer. Dies gilt insbesondere für Layer-1-Blockchains, die Proof-of-Work-Mechanismen anstelle von Proof-of-Stake verwenden.

Aktuelle Layer-1-Probleme

Bitcoin und Ethereum sind großartige Beispiele für Layer-1-Netzwerke mit Skalierungsproblemen. Beide sichern das Netzwerk durch ein verteiltes Konsensmodell. Dies bedeutet, dass alle Transaktionen vor der Validierung von mehreren Knoten überprüft werden. Alle diese Mining-Knoten konkurrieren um die Lösung komplexer Rechenrätsel. Erfolgreiche Miner erhalten Belohnungen in Form der nativen Kryptowährung des Netzwerks.

Mit anderen Worten: Alle Transaktionen erfordern eine unabhängige Überprüfung durch mehrere Knoten, bevor sie bestätigt werden. Dies ist eine effektive Möglichkeit, korrekte, verifizierte Daten in die Blockchain einzugeben und aufzuzeichnen und gleichzeitig das Risiko von Angriffen durch böswillige Akteure zu verringern. Sobald ein Netzwerk jedoch so beliebt wird wie Ethereum oder Bitcoin, werden die Durchsatzanforderungen zu einem zunehmenden Problem. In Zeiten einer Netzwerküberlastung müssen Benutzer mit langsameren Bestätigungszeiten und höheren Transaktionsgebühren rechnen.

Wie funktioniert die Layer-1-Skalierungslösung?

Für Layer-1-Blockchains stehen mehrere Optionen zur Verfügung, mit denen sich der Gesamtdurchsatz und die Kapazität des Netzwerks erhöhen lassen. Wenn die Blockchain Proof of Work verwendet, könnte der Übergang zu Proof of Stake eine Option sein, um die Transaktionen pro Sekunde (TPS) zu erhöhen und gleichzeitig die Verarbeitungskosten zu senken. Allerdings gibt es innerhalb der Krypto-Community unterschiedliche Ansichten über die Vorteile und langfristigen Auswirkungen von Proof of Stake.

Skalierungslösungen für Layer-1-Netzwerke werden in der Regel vom Projektentwicklungsteam eingeführt. Abhängig von der Lösung muss die Community das Netzwerk hart oder weich forken. Einige kleinere Änderungen sind abwärtskompatibel, beispielsweise das SegWit-Update von Bitcoin.

Größere Änderungen, wie die Erhöhung der Blockgröße von Bitcoin auf 8 MB, erfordern einen Hard Fork. Dadurch entstehen zwei Versionen der Blockchain, nämlich eine mit Updates und eine ohne Updates. Eine weitere Möglichkeit, den Netzwerkdurchsatz zu erhöhen, ist Sharding. Diese Aktion unterteilt Blockchain-Vorgänge in kleinere Teile, die Daten gleichzeitig statt nacheinander verarbeiten können.

Wie funktioniert die Layer-2-Skalierungslösung?

Wie bereits erwähnt, basieren Layer-2-Lösungen auf sekundären Netzwerken, die parallel oder unabhängig von der primären Kette funktionieren.

Aufrollen

Zero-Knowledge-Rollup (der häufigste Typ) bündelt Layer-2-Transaktionen außerhalb der Kette und sendet sie dann als einzelne Transaktion an die Hauptkette. Dieses System verwendet einen Gültigkeitsnachweis, um die Integrität von Transaktionen zu überprüfen. Vermögenswerte werden mit einem überbrückenden Smart-Vertrag in der ursprünglichen Kette gespeichert, und dann bestätigt der Smart-Vertrag, dass das Rollup wie beabsichtigt funktioniert. Auf diese Weise profitiert die native Netzwerksicherheit von Rollups, die nicht ressourcenintensiv sind.

Seitenkette

Sidechain ist ein unabhängiges Blockchain-Netzwerk mit eigenen Validatoren. Das bedeutet, dass Smart Contract Bridging auf der Hauptkette nicht die Gültigkeit des Sidechain-Netzwerks überprüft. Daher müssen Sie darauf vertrauen, dass die Sidechain ordnungsgemäß funktioniert, da sie die Assets in der Originalkette steuern kann.

Staatlicher Kanal

Ein Statuskanal ist eine bidirektionale Kommunikationsumgebung zwischen Transaktionsparteien. Die Parteien schließen einen Teil der zugrunde liegenden Blockchain und verbinden ihn mit einem Off-Chain-Transaktionskanal. Dies geschieht in der Regel durch einen vereinbarten Smart Contract oder mehrere Signaturen. Anschließend führen die Parteien die Transaktion oder den Transaktionsstapel außerhalb der Kette aus, ohne die Transaktionsdaten sofort an das zugrunde liegende verteilte Hauptbuch (d. h. die Hauptkette) zu senden. Sobald alle Transaktionen in der Kette abgeschlossen sind, wird der endgültige „Zustand“ des Kanals zur Validierung an die Blockchain gesendet. Dieser Mechanismus ermöglicht höhere Transaktionsgeschwindigkeiten und eine erhöhte Gesamtnetzwerkkapazität. Lösungen wie das Bitcoin Lightning Network und Raiden von Ethereum basieren auf staatlichen Kanälen.

Verschachtelte Blockchain

Diese Lösung basiert auf einer Reihe sekundärer Ketten, die auf der primären „übergeordneten“ Blockchain sitzen. Verschachtelte Blockchains basieren auf Regeln und Parametern, die von der übergeordneten Kette festgelegt werden. Die Hauptkette beteiligt sich nicht an der Ausführung von Transaktionen und ihre Rolle beschränkt sich auf die Beilegung von Streitigkeiten, falls erforderlich. Die tägliche Arbeit wird an „untergeordnete“ Ketten delegiert, die verarbeitete Transaktionen an die Hauptkette zurückgeben, nachdem sie außerhalb der Hauptkette abgeschlossen wurden. Das Plasma-Projekt von OmiseGO ist ein Beispiel für eine verschachtelte Layer-2-Blockchain-Lösung.

Einschränkungen von Layer-1- und Layer-2-Skalierungslösungen

Layer-1- und Layer-2-Lösungen haben einzigartige Vor- und Nachteile. Die Arbeit mit Layer 1 kann die effektivste Lösung für groß angelegte Protokoll-Upgrades bieten. Dies bedeutet jedoch auch, dass Validatoren dazu ermutigt werden müssen, Änderungen über einen Hard Fork zu akzeptieren.

Ein Beispiel dafür, dass Validatoren dies möglicherweise nicht tun möchten, ist der Wechsel von Proof of Work zu Proof of Stake. Bergleute werden durch diese Umstellung auf effizientere Systeme Einnahmen verlieren, was einen negativen Anreiz zur Verbesserung der Skalierbarkeit darstellt.

Layer 2 bietet eine schnellere Möglichkeit zur Erhöhung der Skalierbarkeit. Abhängig von der verwendeten Methode können Sie jedoch einen Großteil der Sicherheit der ursprünglichen Blockchain verlieren. Benutzer vertrauen Netzwerken wie Ethereum und Bitcoin aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit und Sicherheitsbilanz. Durch die Eliminierung von Aspekten der Schicht 1 müssen Sie sich in Bezug auf Effizienz und Sicherheit häufig auf Teams und Netzwerke der Schicht 2 verlassen.

Was kommt als nächstes nach Layer 1 und Layer 2?

Eine wichtige Frage ist, ob wir eine Layer-2-Lösung benötigen, da Layer 1 immer skalierbarer wird. Bestehende Blockchains wurden aktualisiert und neue Netzwerke mit guter Skalierbarkeit geschaffen. Es wird jedoch lange dauern, bis das Hauptsystem seine Skalierbarkeit erhöht, und dies ist nicht garantiert. Die wahrscheinlichste Option besteht darin, dass sich Layer 1 auf die Sicherheit konzentriert und Layer 2-Netzwerken die Möglichkeit gibt, ihre Dienste an bestimmte Verwendungszwecke anzupassen.

In naher Zukunft besteht die Möglichkeit, dass große Ketten wie Ethereum aufgrund ihrer großen Benutzer- und Entwicklergemeinschaften weiterhin dominieren werden. Das große Netzwerk dezentraler Validatoren und der vertrauenswürdige Ruf bilden jedoch eine solide Grundlage für gezielte Layer-2-Lösungen.

Schließen

Seit es Krypto gibt, hat die Suche nach erhöhter Skalierbarkeit zu einem zweigleisigen Ansatz mit Layer-1-Verbesserungen und Layer-2-Lösungen geführt. Wenn Sie über ein vielfältiges Krypto-Portfolio verfügen, sind Sie wahrscheinlich bereits mit Layer-1- und Layer-2-Netzwerken vertraut Verstehen Sie den Unterschied zwischen beiden und die verschiedenen Skalierungsansätze, die sie bieten.