Wichtige Erkenntnisse

  • Layer 1 bezieht sich auf ein Basis-Blockchain-Netzwerk, wie Bitcoin, BNB Chain oder Ethereum, das Transaktionen eigenständig validiert und abschließt, ohne auf ein anderes Netzwerk angewiesen zu sein.

  • Layer-1-Blockchains stehen vor einer grundlegenden Herausforderung: Die Skalierung zur Bewältigung hoher Transaktionsvolumina, während Sicherheit und Dezentralisierung aufrechterhalten werden.

  • Häufige Layer-1-Skalierungsansätze umfassen die Erhöhung der Blockgröße, die Änderung des Konsensmechanismus und die Implementierung von Sharding.

  • Layer-2-Protokolle werden auf Layer-1-Netzwerken aufgebaut, um deren Fähigkeiten zu erweitern, wobei die Basisschicht für Sicherheit und endgültige Abrechnung genutzt wird. Das Lightning Network von Bitcoin ist ein Beispiel dafür.

Einführung

Layer 1 ist der Begriff, der für ein Basis-Blockchain-Netzwerk verwendet wird, wie Bitcoin, Ethereum oder BNB Chain, das seine eigenen Transaktionen verarbeitet und abschließt. Das Verständnis von Layer 1 ist die Grundlage dafür, wie Blockchain-Ökosysteme strukturiert sind, einschließlich der Beziehung zwischen Netzwerken wie Ethereum und seinen Layer-2-Skalierungslösungen.

Layer 1 und Layer 2 sind Begriffe, die helfen, die Architektur verschiedener Blockchains, Projekte und Entwicklungstools zu beschreiben. Wenn Sie sich jemals gefragt haben, wie Polygon mit Ethereum verbunden ist oder warum einige Anwendungen auf separaten Netzwerken aufgebaut sind, anstatt direkt auf Bitcoin, wird dieser Artikel die Konzepte hinter der geschichteten Struktur erklären.

Was ist Layer 1?

Ein Layer-1-Netzwerk ist ein anderer Name für eine Basis-Blockchain. BNB Smart Chain (BNB), Ethereum (ETH), Bitcoin (BTC) und Solana sind alles Layer-1-Protokolle, da dies die Hauptnetzwerke innerhalb ihrer eigenen Ökosysteme sind. Ein Protokoll ist Layer 1, wenn es Transaktionen auf seiner eigenen Blockchain verarbeitet und abschließt, ohne auf ein anderes Netzwerk für Sicherheit oder Konsens angewiesen zu sein. Layer-1-Blockchains haben auch ihr eigenes natives Token, das zur Zahlung von Transaktionsgebühren verwendet wird.

Im Gegensatz dazu werden Layer-2-Lösungen auf diesen Basennetzwerken aufgebaut. Sie verlassen sich auf Layer-1 für die endgültige Abrechnung, während sie Transaktionen effizienter außerhalb der Hauptkette abwickeln.

Layer 1 Skalierung

Eine häufige Herausforderung für Layer-1-Netzwerke ist die Skalierbarkeit. Bitcoin und andere große Blockchains können Schwierigkeiten haben, Transaktionen schnell zu verarbeiten, wenn die Nachfrage hoch ist. Bitcoin verwendet Proof of Work (PoW), einen Konsensmechanismus, der erhebliche Rechenressourcen erfordert. Der Durchsatz von Bitcoin ist durch sein Blockintervall und die Blockkapazität begrenzt, sodass Transaktionen in Zeiten hoher Nachfrage länger im Mempool verbleiben können und Benutzer möglicherweise höhere Gebühren zahlen müssen, um schneller bestätigt zu werden.

Entwickler haben seit Jahren an Layer-1-Skalierungslösungen gearbeitet. Zu den gängigen Ansätzen gehören:

  • Die Erhöhung der Blockgröße, um mehr Transaktionen pro Block zu verarbeiten.

  • Die Änderung des Konsensmechanismus, wie Ethereums Übergang von Proof of Work zu Proof of Stake (PoS), der im September 2022 (The Merge) abgeschlossen wurde.

  • Die Implementierung von Sharding, einer Form der Datenbankpartitionierung, die die Arbeitslast des Netzwerks auf mehrere parallele Segmente aufteilt.

Layer-1-Verbesserungen erfordern erhebliche Koordination im Netzwerk. In vielen Fällen werden nicht alle Teilnehmer einer Änderung zustimmen, was zu Spaltungen in der Gemeinschaft oder Hard Forks führen kann. Bitcoin Cash entstand beispielsweise aus einem Hard Fork im Jahr 2017 über Meinungsverschiedenheiten hinsichtlich der Blockgröße.

SegWit

Ein Beispiel für eine Layer-1-Skalierungslösung ist Bitcoins SegWit (Segregated Witness). SegWit hat die Durchsatzrate von Bitcoin erhöht, indem es die Struktur der Blockdaten neu organisiert hat und digitale Signaturen aus dem Transaktionseingabefeld entfernt hat. Dies hat Platz für mehr Transaktionen pro Block geschaffen, ohne die Sicherheit zu verringern, und wurde als rückwärtskompatibles Soft Fork implementiert, was bedeutet, dass ältere Nodes weiterhin Transaktionen verarbeiten konnten.

Was ist Layer-1 Sharding?

Sharding ist eine Layer-1-Skalierungstechnik, die ein Blockchain-Netzwerk in kleinere Segmente, sogenannte Shards, aufteilt. Jeder Shard verarbeitet einen Teil der Transaktionen des Netzwerks und verwaltet seine eigenen Nodes und Blöcke, wodurch die Arbeitslast verteilt wird, anstatt dass jede Node jede Transaktion verarbeiten muss.

Mit Sharding müssen einzelne Nodes keine vollständige Kopie der gesamten Blockchain speichern. Stattdessen meldet jede Node die in ihrem Shard erledigte Arbeit an die Hauptkette zurück und teilt ihren lokalen Status, einschließlich Kontostände und wichtiger Kennzahlen. Dies kann den Transaktionsdurchsatz erheblich erhöhen, ohne dass jeder Teilnehmer sein Hardware aufrüsten muss.

Layer 1 vs. Layer 2

Nicht alle Verbesserungen können auf Layer 1 vorgenommen werden. Aufgrund technischer Einschränkungen und der Herausforderung, einen netzwerkweiten Konsens zu erreichen, sind einige Änderungen schwierig oder langsam auf einer Basis-Blockchain umzusetzen. Ethereums Übergang zu Proof of Stake (PoS) benötigte Jahre der Entwicklung, bevor er im September 2022 abgeschlossen wurde. Seitdem hat Ethereum weiterhin Layer-1-Upgrades durchgeführt, einschließlich Dencun (März 2024), das kostengünstigere Datenverfügbarkeit für Layer-2-Rollups einführte, und Pectra (Mai 2025), das die Staking-Limits erhöhte und die Kontofunktionalität verbesserte.

Einige Anwendungsfälle können nicht nur mit Layer 1 arbeiten. Ein Blockchain-Spiel könnte beispielsweise nicht realistisch im Bitcoin-Netzwerk betrieben werden, aufgrund langsamer Transaktionszeiten und anderer Einschränkungen wie absichtlich eingeschränkter Funktionalität von Smart Contracts. Die Lösung besteht darin, auf einem Layer-2-Protokoll aufzubauen, das von der Sicherheit der Basisschicht profitiert, während es Transaktionen effizienter abwickelt.

Lightning Network

Das Lightning Network ist eine bekannte Layer-2-Lösung, die auf Bitcoin aufgebaut ist. Bei hohem Traffic können Bitcoin-Transaktionen lange dauern, um bestätigt zu werden. Das Lightning Network ermöglicht es Nutzern, schnelle, kostengünstige Zahlungen außerhalb der Hauptkette zu tätigen, wobei der endgültige Saldo später wieder auf Bitcoin gebucht wird. Dies bündelt effektiv viele Transaktionen in einem einzigen On-Chain-Datensatz, spart Zeit und senkt die Gebühren.

Beispiele für Layer-1-Blockchains

Es gibt eine Vielzahl von Layer-1-Blockchains, jede mit unterschiedlichen Ansätzen zur Blockchain-Trilemma von Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit. Im Folgenden sind einige Beispiele aufgeführt.

MultiversX (ehemals Elrond)

MultiversX (umbenannt von Elrond im November 2022) ist ein Layer-1-Netzwerk, das Sharding verwendet, um die Leistung zu verbessern. Die beiden Hauptmerkmale sind Secure Proof of Stake (SPoS) und Adaptive State Sharding, bei dem Shards sich aufteilen und zusammenführen, während das Netzwerk wächst oder schrumpft, und Validatoren zwischen Shards rotieren, um das Risiko koordinierter Angriffe zu verringern. Das native Token, EGLD, wird für Transaktionsgebühren, den Einsatz dezentraler Anwendungen (DApps) und die Belohnung von Netzwerk-Validatoren verwendet.

THORChain

THORChain ist ein Layer-1-Netzwerk, das auf dem Cosmos SDK aufgebaut ist und als dezentrales Cross-Chain-Exchange konzipiert wurde. Es ermöglicht Nutzern, Vermögenswerte über verschiedene Blockchains hinweg zu tauschen, ohne sie zu verpacken oder zu peggen, wodurch einige der treuhänderischen Risiken, die mit traditionellen Brücken verbunden sind, verringert werden. Sein automatisiertes Market Maker (AMM)-Modell verwendet das native RUNE-Token als Basis-Paar für alle Liquiditätspools. RUNE wird auch für Transaktionsgebühren und Netzwerksicherheit verwendet.

Kava

Kava ist eine Layer-1-Blockchain, die das Cosmos SDK mit einer Ethereum Virtual Machine (EVM)-Co-Chain kombiniert. Diese Dual-Chain-Architektur ermöglicht es Entwicklern, dezentrale Anwendungen zu erstellen, die sowohl im Cosmos- als auch im Ethereum-Ökosystem funktionieren. Kava verwendet Tendermint Proof of Stake und bietet Anreize für Entwickler on-chain, die von der KavaDAO finanziert werden. Das native KAVA-Token wird für Gebühren, Staking und Governance verwendet, zusammen mit einem USD-gekoppelten Stablecoin, USDX.

IoTeX

IoTeX ist ein Layer-1-Netzwerk, das sich darauf konzentriert, Blockchain mit dem Internet der Dinge (IoT) zu kombinieren. Es ermöglicht Nutzern, die von ihren verbundenen Geräten erzeugten Daten über ein System namens MachineFi zu steuern und zu monetarisieren. IoTeX unterstützt mehrere Layer-2-Protokolle für spezifische IoT-Anwendungen und verwendet sein natives IOTX-Token für Gebühren, Staking, Governance und Netzwerkvalidierung.

FAQ

Was ist der Unterschied zwischen Layer 1 und Layer 2?

Layer 1 ist die Basis-Blockchain, wie Bitcoin oder Ethereum, die ihre eigenen Transaktionen verarbeitet und abschließt. Layer 2 ist ein Protokoll, das auf einem Layer-1-Netzwerk aufgebaut ist und Transaktionen außerhalb der Hauptkette abwickelt und dann den endgültigen Status zurück zu Layer 1 bringt. Layer-2-Lösungen verbessern die Geschwindigkeit und senken die Kosten, während sie auf das zugrunde liegende Layer-1-Netzwerk für Sicherheit angewiesen sind.

Was ist Sharding in der Blockchain?

Sharding ist eine Layer-1-Skalierungstechnik, die ein Blockchain-Netzwerk in kleinere Segmente aufteilt, die Shards genannt werden. Jeder Shard verarbeitet einen Teil der Transaktionen des Netzwerks parallel, anstatt dass jede Node jede Transaktion verarbeitet. Dies kann den gesamten Transaktionsdurchsatz des Netzwerks erheblich erhöhen.

Warum ist Layer-1-Skalierung schwierig?

Layer-1-Skalierung erfordert Änderungen am Basisprotokoll, was bedeutet, dass ein Konsens unter einer großen und verteilten Gruppe von Netzwerkteilnehmern, einschließlich Node-Betreibern, Minern oder Validatoren und Entwicklern, erreicht werden muss. Meinungsverschiedenheiten können zu Hard Forks führen. Selbst wenn eine Änderung vereinbart wird, kann die sichere Umsetzung ohne Kompromisse bei Sicherheit oder Dezentralisierung Jahre an Entwicklung und Tests in Anspruch nehmen.

Was ist das Blockchain-Trilemma?

Das Blockchain-Trilemma ist die Herausforderung, gleichzeitig alle drei Eigenschaften, Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit, zu erreichen. Eine Optimierung für eine Eigenschaft geht typischerweise auf Kosten einer anderen. Zum Beispiel kann die Erhöhung des Durchsatzes (Skalierbarkeit) leistungsfähigere Hardware erfordern (was die Dezentralisierung verringert) oder weniger Validatoren (was die Sicherheit verringert). Die meisten Layer-1-Blockchains treffen bewusste Handelsentscheidungen zwischen diesen drei Eigenschaften.

Ist Ethereum nach The Merge immer noch eine Layer-1-Blockchain?

Ja. Ethereum bleibt nach The Merge (September 2022), der den Übergang des Netzwerks von Proof of Work zu Proof of Stake vollzog, eine Layer-1-Blockchain. The Merge war eine Änderung der Konsensschicht und hat Ethereums Rolle als Basisnetzwerk nicht verändert. Ethereum dient weiterhin als Abrechnungsschicht für zahlreiche Layer-2-Rollup-Netzwerke, einschließlich Arbitrum, Optimism und Base.

Schlussfolgerungen

Das Layer-1-Ökosystem hat sich in den letzten Jahren erheblich weiterentwickelt. Als eines der größeren Layer-1-Blockchains hat Ethereums Übergang zu PoS und die anschließenden Upgrades seine Position als Basisschicht für eine wachsende Anzahl von Layer-2-Rollups gestärkt. In der Zwischenzeit erkunden alternative Layer-1-Netzwerke weiterhin verschiedene Ansätze zur Skalierungsherausforderung, von Sharding über Co-Chain-Architekturen bis hin zur Interoperabilität zwischen Blockchains.

Das Verständnis des Unterschieds zwischen Layer 1 und Layer 2 ist für Investoren nützlich, wenn sie Blockchain-Projekte bewerten, insbesondere solche, die sich auf Netzwerkinteroperabilität und Cross-Chain-Lösungen konzentrieren. Wenn ein Netzwerk architektonische Entscheidungen trifft, kann dies oft spezifische Handelsentscheidungen zwischen Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit widerspiegeln.

Weiterführende Literatur

  • Was ist eine Blockchain?

  • Was ist das Blockchain-Trilemma?

  • Was ist Sharding?

  • Was ist das Lightning Network?

  • Layer 1 vs. Layer 2 Blockchain-Skalierungslösungen

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