Inhaltsverzeichnis

• Einführung

• Probleme mit der Skalierbarkeit der Blockchain

• Welche Off-Chain-Skalierbarkeitslösungen gibt es?

• Sidechains kennenlernen

  • Was sind Sidechains?

  • Wie funktioniert Sidechain?

  • Warum werden Sidechains verwendet?

• Lernen Sie Zahlungskanäle kennen

  • Was ist ein Zahlungskanal?

  • Wie funktioniert der Zahlungskanal?

  • Zahlungsweg

• Schließen

Einführung

Im Allgemeinen ist Skalierbarkeit die Fähigkeit des Systems, sich entsprechend der steigenden Nachfrage weiterzuentwickeln. Im Computerbereich können Sie die Leistungsfähigkeit Ihrer Maschine steigern, indem Sie das Erscheinungsbild der Hardware verbessern, sodass sie bestimmte Aufgaben schneller ausführen kann. Wenn wir über Skalierbarkeit in der Blockchain sprechen, meinen wir damit die Erweiterung der Kapazität zur Abwicklung von mehr Transaktionen.

Protokolle wie Bitcoin haben viele Vorteile, aber Skalierbarkeit gehört leider nicht dazu. Wenn Bitcoin in einer zentralen Datenbank ausgeführt würde, wäre es für Administratoren relativ einfach, die Geschwindigkeit der Ergebnisse zu erhöhen. Aber das Wertversprechen von Bitcoin (Beispiel: Zensurresistenz) erfordert, dass viele Teilnehmer Kopien der Blockchain synchronisieren.

Probleme mit der Skalierbarkeit der Blockchain

Der Betrieb eines Bitcoin-Knotens ist relativ günstig und selbst einfache Geräte können diese Aufgabe erfüllen. Da jedoch Tausende von Knoten untereinander auf dem neuesten Stand bleiben müssen, führt dies zu gewissen Einschränkungen ihrer Kapazität.

Die Anzahl der Transaktionen, die in der Kette verarbeitet werden können, ist begrenzt, um zu verhindern, dass die Datenbank unerwünschte Größen erreicht. Wenn es zu groß oder zu schnell ist, können die Knoten nicht mithalten. Wenn ein Block außerdem zu groß ist, kann er nicht über das Netzwerk weitergeleitet werden.

Dadurch befinden wir uns in einem Zustand, der als Engpass bezeichnet wird. Blockchain kann mit einem Zugdienst verglichen werden, der in vorgegebenen Abständen abfährt. In jedem Waggon gibt es eine begrenzte Anzahl an Sitzplätzen. Um Tickets zu bekommen, müssen Reisende feilschen, um sich einen Platz zu sichern. Wenn alle gleichzeitig versuchen, in den Zug einzusteigen, ist der Preis hoch. Ebenso erfordert ein Netzwerk, das aufgrund verzögerter Transaktionen verstopft ist, von den Benutzern höhere Gebühren, um ihre Transaktionen pünktlich abzuwickeln.

Eine Lösung besteht darin, größere Waggons zu bauen. Das bedeutet, dass es mehr Sitzplätze und günstigere Ticketpreise geben wird. Es gibt jedoch keine Garantie dafür, dass die Sitze leiser sind. Wagen können nicht kontinuierlich erweitert werden, ebenso wie Blöcke oder Gasblöcke nicht kontinuierlich erweitert werden können. Dies würde es für Knoten teurer machen, im Netzwerk zu bleiben, da teurere Hardware erforderlich wäre, um synchron zu bleiben.

Der Erfinder von Ethereum, Vitalik Buterin, hat das Skalierbarkeitstrilemma entwickelt, um die Herausforderungen zu erklären, denen sich die Blockchain gegenübersieht. Er geht davon aus, dass Protokolle zwischen Skalierbarkeit, Sicherheit und Dezentralisierung wählen müssen. Das ist eine heikle Situation – wenn man sich zu sehr auf zwei Eigenschaften konzentriert, wird die dritte sehr schwach sein.

Aus diesem Grund argumentieren viele, dass Skalierbarkeit außerhalb der Kette erreicht werden sollte, während Sicherheit und Dezentralisierung auf der Blockchain selbst maximiert werden sollten.

Welche Off-Chain-Skalierbarkeitslösungen gibt es?

Off-Chain-Erweiterung ist ein Ansatz, der die Ausführung von Transaktionen ermöglicht, ohne die Blockchain aufzublähen. Kettengebundene Protokolle ermöglichen Benutzern das Senden und Empfangen von Geldern, Transaktionen erscheinen jedoch nicht in der Hauptkette. Wir werden zwei wichtige Entwicklungen in diesem Sektor diskutieren: Sidechains und Zahlungskanäle.

Sidechains kennenlernen

Was sind Sidechains?

Sidechain ist eine separate Blockchain. Allerdings handelt es sich nicht um eine eigenständige Plattform, da sie in gewisser Weise mit der Hauptkette verknüpft ist. Hauptketten und Seitenketten können auf die gleiche Weise betrieben werden, was bedeutet, dass Vermögenswerte frei zu und von beiden Arten von Ketten fließen können.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um sicherzustellen, dass Gelder gesendet werden können. In bestimmten Fällen werden Vermögenswerte aus der Hauptkette verschoben, indem sie an einer speziellen Adresse hinterlegt werden. Diese Gelder werden nicht tatsächlich gesendet – sie sind innerhalb der Adresse gesperrt und der gleiche Betrag wird in der Sidechain ausgegeben. Eine einfachere Möglichkeit (aber es handelt sich um eine zentralisierte Option) besteht darin, Gelder an eine Depotbank zu senden, die die Einzahlung gegen Gelder in der Sidechain eintauscht.

Wie funktioniert Sidechain?

Stellen Sie sich vor, unsere Freundin Alice hätte fünf Bitcoins. Er möchte es gegen fünf gleichwertige Einheiten auf einer Bitcoin-Sidechain eintauschen – sagen wir, es heißt Sidecoin. Die betreffende Sidechain verwendet bidirektionale Verbindungen, was bedeutet, dass Benutzer ihre Vermögenswerte von der Hauptchain auf die Sidechain und umgekehrt übertragen können.

Bitte denken Sie daran, dass Sidechains separate Blockchains sind. Diese Ketten haben also unterschiedliche Blöcke, Knoten und Validierungsmechanismen. Um ihre Sidecoins zu erhalten, sendet Alice fünf Bitcoins an eine andere Adresse. Diese Adresse könnte jemandem gehören, der Alices Sidechain-Adresse fünf Sidecoins gutschreiben würde, wenn er die Bitcoins erhalten hätte. Oder alternativ verfügt das System über eine Einrichtung, bei der Sidecoins automatisch gutgeschrieben werden, sobald die Software eine Zahlung erkennt.

Nun hat Alice ihre Coins in die Sidechain getauscht, sie kann aber jederzeit den umgekehrten Vorgang durchführen, um die Bitcoins zurückzubekommen. Da es in die Sidechain gelangt ist, ist es nun frei, auf dieser separaten Blockchain Transaktionen durchzuführen. Es kann Sidecoins genauso einfach senden oder empfangen wie auf der Hauptkette.

Jetzt kann er Bob beispielsweise eine Sidecoin für den Kauf eines Binance-Hoodies zahlen. Wenn er zu Bitcoin zurückkehren möchte, kann er vier Sidecoins an eine spezielle Adresse senden. Sobald die Transaktion bestätigt ist, werden vier Bitcoins freigegeben und an seine eigene kontrollierte Adresse in der Hauptkette gesendet.

Warum werden Sidechains verwendet?

Vielleicht fragen Sie sich, was der eigentliche Sinn ist. Warum nutzt Alice nicht einfach die Bitcoin-Blockchain?

Die Antwort ist, dass Sidechains zu Dingen fähig sind, die Bitcoin nicht kann. Blockchain ist ein sorgfältig zusammengestelltes System von Kompromissen. Auch wenn Bitcoin die sicherste und zentralisierte Kryptowährung ist, ist Bitcoin im Hinblick auf den Durchsatz nicht die beste. Obwohl Bitcoin-Transaktionen schneller sind als herkömmliche Methoden, sind sie im Vergleich zu anderen Blockchain-Systemen immer noch relativ langsam. Blöcke werden alle zehn Minuten abgebaut und die Gebühren können erheblich steigen, wenn das Netzwerk überlastet ist.

Tatsächlich benötigen vielleicht kleine, alltägliche Zahlungen dieses Maß an Sicherheit nicht. Wenn Alice für den Kaffee bezahlt, den sie gekauft hat, möchte sie nicht herumstehen und auf die Bestätigung der Transaktion warten. Wenn das passiert, hält er die Leitung hoch und das Getränk wird vor dem Trinken kalt.

Für Sidechains gelten nicht dieselben Regeln. Tatsächlich ist kein Arbeitsnachweis erforderlich, damit es funktioniert. Sie können einen beliebigen Konsensmechanismus verwenden, einem einzelnen Validator vertrauen oder eine beliebige Anzahl von Parametern ändern. Sie können Verbesserungen hinzufügen, die es in der Hauptkette nicht gibt, größere Blöcke generieren und Transaktionen schnell abschließen.

Interessanterweise können Sidechains sogar kritische Defekte/Bugs aufweisen, ohne dass sich dies auf die zugrunde liegende Kette auswirkt. Dies ermöglicht es, Sidechains als Plattformen für Experimente und die Einführung von Funktionen zu nutzen, die möglicherweise den Konsens der Mehrheit des Netzwerks erfordern.

Wenn den Benutzern die Kompromisse nichts ausmachen, können Sidechains ein wesentlicher Schritt in Richtung effektiver Skalierbarkeit sein. Es besteht keine Verpflichtung für den Hauptkettenknoten, Transaktionen aus der Seitenkette zu speichern. Alice kann mit einer Bitcoin-Transaktion in die Sidechain eintreten, Hunderte von Sidecoin-Transaktionen durchführen und dann die Sidechain verlassen. Was die Bitcoin-Blockchain betrifft, macht sie nur zwei Dinge – nämlich das An- und Abmelden.

Es ähnelt Ethereum Plasma, es gibt jedoch einige große Unterschiede. Lesen Sie mehr über: Was ist Ethereum Plasma?

Lernen Sie Zahlungskanäle kennen

Was ist ein Zahlungskanal?

Zahlungskanäle dienen hinsichtlich der Skalierbarkeit demselben Zweck wie Sidechains, unterscheiden sich jedoch grundlegend. Wie Sidechains fördern Zahlungskanäle die Durchführung von Transaktionen außerhalb der Hauptkette, um ein Aufblähen der Blockchain zu verhindern. Doch im Gegensatz zu Sidechains benötigen Zahlungskanäle keine separate Blockchain.

Zahlungskanäle nutzen Smart Contracts, um Benutzern Transaktionen zu ermöglichen, ohne ihre Transaktionen in der Blockchain zu veröffentlichen. Dies geschieht mithilfe einer softwaregestützten Einwilligung zwischen zwei Teilnehmern.

Wie funktioniert der Zahlungskanal?

Bei Modellen wie dem beliebten Lightning Network würden zwei Parteien zunächst Münzen an eine Adresse einzahlen, die ihnen gemeinsam gehört. Dies ist eine Multisignatur-Adresse, die zwei Unterschriften erfordert, damit Gelder ausgegeben werden können. Wenn also Alice und Bob eine solche Adresse erstellen, können die Gelder nur mit ihrer Zustimmung überwiesen werden.

Nehmen wir an, jeder zahlt 10 BTC an eine Adresse ein, die jetzt 20 BTC enthält. Es wäre für sie einfach, eine Bilanz zu führen, die damit beginnt, dass Alice und Bob jeweils 10 BTC haben. Wenn Alice Bob Münzen geben möchte, können sie es so aktualisieren, dass es lautet: Alice hat 9 BTC, Bob hat 11 BTC. Sie müssen es nicht in der Blockchain veröffentlichen, da der Kontostand ständig aktualisiert wird.

Wenn es soweit ist, nehmen wir an, Alice hat 5 BTC und Bob 15 BTC. Sie können dann eine Transaktion erstellen, die diesen Saldo an eine Adresse sendet, die den Parteien gehört, sie unterschreiben und buchen.

Alice und Bob verzeichnen möglicherweise zehn, hundert oder tausend Transaktionen in ihrer Bilanz. Was Blockchains betrifft, führen sie jedoch nur zwei Vorgänge in der Kette aus: einen für die anfängliche Finanzierungstransaktion und einen für die Neuzuweisung des Guthabens nach Abschluss. Abgesehen von diesen beiden sind alle anderen Transaktionen kostenlos und nahezu sofort möglich, da sie außerhalb der Kette erfolgen. Es müssen keine Miner-Gebühren gezahlt und keine Blockbestätigungen abgewartet werden.

Das oben besprochene Beispiel erfordert sicherlich die Zusammenarbeit beider Parteien. Diese Situation ist nicht ideal für Parteien, die sich nicht kennen. Es können jedoch spezielle Mechanismen eingesetzt werden, um Betrugsversuche zu ahnden, sodass alle Parteien sicher interagieren können, ohne sich gegenseitig vertrauen zu müssen.

Zahlungszeile

Es ist ganz klar, dass Zahlungskanäle für zwei Parteien mit hohem Transaktionsvolumen sehr vorteilhaft sind. Es gibt noch bessere Neuigkeiten: Das Netzwerk dieser Kanäle kann verfeinert werden, sodass Alice Parteien bezahlen kann, die nicht direkt mit ihr verbunden sind. Wenn Bob eine offene Leitung mit Carol hat, kann Alice Carol bezahlen, sofern genügend Kapazität vorhanden ist. Er wird die Gelder auf Bobs Kanal übertragen. Dann wird Bob sie auf Carols Kanal übertragen. Wenn Carol mit einem anderen Teilnehmer, beispielsweise Dani, verbunden ist, kann dasselbe erfolgen.

Netzwerke wie dieses entwickeln sich zu einer verteilten Topologie, in der jede Person mit vielen Kollegen verbunden ist. Oft gibt es mehrere Wege oder Routen zu einem einzigen Ziel, und Benutzer können den effektivsten auswählen.

Schließen

Wir haben zwei Skalierbarkeitsansätze diskutiert, die es ermöglichen, Transaktionen durchzuführen, ohne die zugrunde liegende Blockchain zu überlasten. Sidechain- und Zahlungskanaltechnologien sind noch relativ jung, werden aber zunehmend von Nutzern nachgefragt, die Transaktionsdefizite auf der Basisschicht vermeiden wollen.

Wenn mit der Zeit immer mehr Benutzer dem Netzwerk beitreten, sollte das Ziel der Dezentralisierung erreicht werden. Dies kann nur erreicht werden, indem das Blockchain-Wachstum begrenzt wird, sodass neue Knoten problemlos beitreten können. Befürworter von Off-Chain-Skalierbarkeitslösungen glauben, dass die Hauptkette mit der Zeit nur noch zur Abwicklung hochwertiger Transaktionen oder zur Verarbeitung von Sidechain-In-/Out-Links und zum Öffnen/Schließen von Kanälen verwendet wird.