Inhaltsverzeichnis
Einführung
Probleme mit der Skalierbarkeit der Blockchain
Was ist eine Off-Chain-Skalierungslösung?
Einführung in Seitenketten
Was ist eine Seitenkette?
Wie Sidechains funktionieren
Warum Sidechains verwenden?
Einführung des Zahlungskanals
Was sind Zahlungskanäle?
Wie Zahlungskanäle funktionieren
Zahlungsweg
Zusammenfassen
Einführung
Im Großen und Ganzen bezieht sich Skalierbarkeit auf die Fähigkeit eines Systems, sich als Reaktion auf wachsende Anforderungen kontinuierlich zu erweitern. Im Computerbereich können Sie durch Hardware-Upgrades die Leistung Ihres Computers verbessern und einige Aufgaben schneller ausführen. Wenn es um die Skalierbarkeit einer Blockchain geht, geht es im Allgemeinen darum, die Leistung zu verbessern, damit mehr Transaktionen verarbeitet werden können.
Protokolle wie Bitcoin haben viele Vorteile, aber es mangelt ihnen an Skalierbarkeit. Wenn Bitcoin auf einer zentralisierten Datenbank laufen würde, wäre es für Administratoren viel einfacher, die Verarbeitungsgeschwindigkeit und den Durchsatz zu erhöhen. Das Wertversprechen von Bitcoin (z. B. Zensurresistenz) erfordert jedoch, dass viele Teilnehmer zusammenarbeiten, um Kopien der Blockchain zu synchronisieren.
Probleme mit der Skalierbarkeit der Blockchain
Der Betrieb von Bitcoin-Knoten ist relativ günstig, und selbst Low-End-Geräte können diese Aufgabe erfüllen. Allerdings müssen Tausende von Knoten auf dem neuesten Stand gehalten werden, was zu einer begrenzten Kapazität führt.
Die Obergrenze eines Blocks wird im Allgemeinen auf die Anzahl der Transaktionen festgelegt, die in der Kette verarbeitet werden können, um zu verhindern, dass die Daten außer Kontrolle geraten. Wenn das Dateninkrement zu groß und die Wachstumsrate zu schnell ist, können die Knoten möglicherweise nicht mithalten. Wenn ein Block außerdem zu groß ist, wird es schwierig, ihn schnell über das Netzwerk weiterzuleiten.
Wenn das passiert, geraten wir in einen Engpass. Wir können uns Blockchain als einen Zugdienst mit festen Abfahrtsintervallen vorstellen. In jedem Wagen sind die Sitzplätze begrenzt und die Fahrgäste müssen ein Gebot abgeben, um sich ein Ticket zu sichern. Wenn alle in den Zug einsteigen wollen, erhöht sich natürlich der Fahrpreis. Ebenso würde ein Netzwerk, das mit unbestätigten Transaktionen überlastet ist, von den Benutzern verlangen, exorbitante Gebühren zu zahlen, damit ihre Transaktionen priorisiert werden.
Eine Lösung ist die Wagenerweiterung. Mit zunehmender Sitzplatzzahl nimmt der Passagierstrom zu und die Ticketpreise sinken. Allerdings dürften die Waggons weiterhin so voll sein wie zuvor. Waggons können nicht kontinuierlich erweitert werden, ebenso wenig wie die Begrenzung der Block- und Treibstoffgebühren unbegrenzt erhöht werden kann. Gasgebühren erhöhen die Kosten für die Aufrechterhaltung der Knoten im Netzwerk, da die Knoten nur durch Hardware-Upgrades synchronisiert bleiben können.
Vitalik Buterin, der Erfinder von Ethereum, schlug das „Trilemma“ der Skalierbarkeit vor, um die Herausforderungen der Blockchain zu diskutieren. Er glaubt, dass Protokolle Skalierbarkeit, Sicherheit und Dezentralisierung in Einklang bringen müssen. Die drei stehen im Widerspruch zueinander. Wenn zwei überstarkt sind, wird der dritte stark geschwächt.
Daher glauben viele, dass Skalierbarkeit außerhalb der Kette erreicht werden soll, während Sicherheit und Dezentralisierung auf der Blockchain selbst maximiert werden sollten.
Was ist eine Off-Chain-Skalierungslösung?
Unter Off-Chain-Erweiterung versteht man eine Methode, die die Ausführung von Transaktionen unterstützt, aber keine Erweiterung der Blockchain zulässt. Das On-Chain-Protokoll ermöglicht Benutzern das Senden und Empfangen von Geldern, Transaktionen werden jedoch nicht sofort in der Hauptkette angezeigt. In diesem Zusammenhang werden wir uns mit zwei der bemerkenswertesten Entwicklungen befassen: Sidechains und Zahlungskanäle.
Einführung in Seitenketten
Was ist eine Seitenkette?
Sidechains sind unabhängige Blockchains, aber keine unabhängigen Plattformen, und sind in gewissem Maße mit der Hauptkette verbunden. Die Hauptkette und die Seitenkette können zusammenarbeiten, d. h. Vermögenswerte können frei zwischen der Hauptkette und der Seitenkette fließen.
Es gibt viele Möglichkeiten, einen reibungslosen Geldtransfer sicherzustellen. In einigen Fällen können Gelder an einer speziellen Adresse eingezahlt und Vermögenswerte in der Hauptkette auf die Seitenkette übertragen werden. Zu diesem Zeitpunkt werden die Gelder nicht tatsächlich ausgezahlt, sondern sind in der Adresse gesperrt und die Seitenkette erhält den entsprechenden Betrag. Ein direkterer Ansatz (der die Zentralisierung begünstigen könnte) besteht darin, die Gelder an eine Depotbank zu senden, die die Marge verwendet, um Gelder für die Seitenkette auszutauschen.
Wie Sidechains funktionieren
Nehmen wir an, unsere Freundin Alice besitzt fünf Bitcoins. Sie hofft, es gegen fünf gleichwertige Währungen in der Bitcoin-Seitenkette eintauschen zu können (wir nennen sie „Side-Chain-Coins“). Die von uns besprochene Zwei-Wege-Verbindung der Seitenkette ermöglicht es Benutzern, ihre Vermögenswerte von der Hauptkette auf die Seitenkette und umgekehrt zu übertragen.
Vergessen Sie nicht, dass Sidechains unabhängige Blockchains mit unterschiedlichen Blöcken, Knoten und Verifizierungsmechanismen sind. Um Sidechain-Coins zu erhalten, schickt Alice ihr fünf Bitcoins an eine andere Adresse. Die Adresse gehört möglicherweise jemandem. Nach Erhalt der Bitcoins schreibt der Adressinhaber diese 5 Sidechain-Coins der Sidechain-Adresse von Alice gut. Darüber hinaus verfügt die Adresse möglicherweise über eine Art maximal vertrauenswürdiges Setup, wobei die Software die Sidechain-Münzen automatisch gutschreibt, wenn sie die Zahlung erkennt.
Alice hat ihre Bitcoin-Bestände in Sidechain-Coins umgewandelt. Sie kann auch umgekehrt vorgehen und Sidechain-Münzen in Bitcoin umwandeln. Nachdem sie den Vermögenswert in der Seitenkette besitzt, kann sie nun frei auf dieser unabhängigen Blockchain handeln. Genau wie die Hauptkette kann sie Sidechain-Münzen von anderen senden oder von ihnen empfangen.
Sie kann Bob beispielsweise eine Sidechain-Münze zahlen, um einen Binance-Hoodie zu kaufen. Wenn sie ihre Bitcoins zurücktauschen möchte, kann sie die restlichen vier Sidechain-Coins an eine spezielle Adresse senden. Nachdem die Transaktion bestätigt wurde, werden die vier Bitcoins entsperrt und an die von ihr kontrollierte Adresse in der Hauptkette übertragen.
Warum Sidechains verwenden?
Sie fragen sich vielleicht, warum Sie Sidechains verwenden sollten. Ist es für Alice nicht in Ordnung, einfach die Bitcoin-Blockchain zu verwenden?
Die Antwort ist, dass Sidechains möglicherweise Funktionen haben, die Bitcoin nicht hat. Blockchain ist ein sorgfältig konzipiertes Off-Chain-Transaktionssystem. Während Bitcoin die sicherste dezentrale Kryptowährung ist, ist es hinsichtlich des Durchsatzes noch nicht führend. Während Bitcoin-Transaktionen schneller sind als herkömmliche Methoden, ist die Geschwindigkeit im Vergleich zu anderen Blockchain-Systemen etwas langsamer. Blöcke können nur alle zehn Minuten abgebaut werden, und wenn das Netzwerk überlastet ist, können die Gebühren erheblich steigen.
Wir müssen jedoch zugeben, dass für tägliche Kleinzahlungen möglicherweise überhaupt kein so hohes Maß an Sicherheit erforderlich ist. Wenn Alice Kaffee kaufen geht, wird sie sicherlich nicht auf die Bestätigung der Transaktion warten. In diesem Fall befindet sich ihre Transaktion immer in der Warteschlange, und wenn die Transaktion bestätigt wird, ist ihr Kaffee bereits kalt.
Sidechains unterliegen nicht dieser Regel. Es funktioniert sogar ohne Arbeitsnachweis. Es steht Ihnen frei, den Konsensmechanismus zu wählen, einem einzelnen Validator zu vertrauen oder eine beliebige Anzahl von Parametern anzupassen. Sidechains können Upgrades implementieren, die auf der Hauptkette nicht verfügbar sind, größere Blöcke generieren und schnelle Abwicklungen durchführen.
Interessanterweise hat dies keinen Einfluss auf die Basiskette, selbst wenn die Seitenkette fürchterlich schief geht. Auf diese Weise können sie als experimentelle Plattformen zur Einführung von Funktionen dienen, die den Großteil des Konsens im Netzwerk dominieren dürften.
Wenn Benutzer mit Off-Chain-Transaktionen zufrieden sind, können Sidechains ein wesentlicher Schritt für eine effiziente Skalierung sein. Der Hauptkettenknoten muss nicht alle Transaktionen der Seitenkette speichern. Alice kann mit einer einzigen Bitcoin-Transaktion in die Sidechain eintreten, Hunderte von Sidechain-Währungstransaktionen durchführen und sie dann wieder verlassen. Was die Bitcoin-Blockchain betrifft, hat sie nur zwei Operationen abgeschlossen: eine rein und eine raus.
Ethereum Plasma ist ähnlich, es gibt jedoch erhebliche Unterschiede. Bitte lesen Sie „Was ist Ethereum Plasma (Plasma)?“ ",Erfahren Sie mehr:
Einführung des Zahlungskanals
Was sind Zahlungskanäle?
Zahlungskanäle dienen hinsichtlich der Skalierbarkeit demselben Zweck wie Sidechains, unterscheiden sich jedoch grundlegend. Ähnlich wie Sidechains trennen Zahlungskanäle Transaktionen von der Hauptkette und verhindern so eine unbegrenzte Erweiterung der Blockchain. Der Unterschied zu Sidechains besteht jedoch darin, dass sie nicht auf eine unabhängige Blockchain angewiesen sind.
Zahlungskanäle unterstützen Benutzertransaktionen durch intelligente Verträge, ohne dass Transaktionen in der Blockchain veröffentlicht werden müssen. Es funktioniert mithilfe von Software, um die Vereinbarung zwischen den beiden Teilnehmern durchzusetzen.
Wie Zahlungskanäle funktionieren
Beim beliebten Lightning Network-Modell hinterlegen beide Parteien zunächst Token an einer gemeinsamen Adresse. Dies ist eine Multi-Signatur-Adresse und erfordert zwei Unterschriften, um Geld auszugeben. Wenn Alice und Bob eine solche Adresse erstellen, können Gelder daher nur im gegenseitigen Einvernehmen überwiesen werden.
Nehmen wir an, dass beide Personen 10 Bitcoins an dieselbe Adresse einzahlen und der Saldo der Adresse 20 Bitcoins beträgt. Sie können leicht den Anfangssaldo ermitteln, der bedeutet, dass Alice und Bob jeweils 10 Bitcoins haben. Wenn Alice einen Token an Bob übertragen muss, kann das Hauptbuch wie folgt aktualisiert werden: Alice besitzt 9 Bitcoins und Bob besitzt 11 Bitcoins. Sie müssen keine Transaktionen in der Blockchain buchen, um ihre Salden zu aktualisieren.
Nachdem alle Transaktionen endgültig abgeschlossen sind, nehmen wir an, dass Alice 5 Bitcoins besitzt und Bob 15. Sie können Transaktionen erstellen, diese Salden an ihre jeweiligen Adressen senden, sie signieren und in der Kette verbreiten.
Alice und Bob hätten Dutzende, Hunderte oder sogar Tausende von Transaktionen im Hauptbuch erfassen können. Auf Blockchain-Ebene führten sie jedoch nur zwei On-Chain-Operationen durch: Eine war die anfängliche Finanzierungstransaktion und die andere verteilte den Restbetrag nach Abschluss der Transaktion neu. Mit Ausnahme der beiden oben genannten Punkte werden alle anderen Transaktionen außerhalb der Kette durchgeführt, ohne Bearbeitungsgebühren und fast sofort abgeschlossen. Beide Parteien müssen keine Miner-Gebühren zahlen oder auf Blockbestätigungen warten.
Selbstverständlich basieren die oben besprochenen Beispiele auf gegenseitigem Verständnis und enger Zusammenarbeit zwischen den Transaktionsparteien und sind nicht für Fremde geeignet. Allerdings können auch spezielle Mechanismen eingesetzt werden, um Betrug zu ahnden und unbekannten Parteien eine sichere Abwicklung zu ermöglichen.
Zahlungsweg
Für beide Parteien mit häufigen Transaktionen sind Zahlungskanäle offensichtlich bequemer und schneller. Auch dieser Ansatz verbessert sich von Tag zu Tag. Das Netzwerk dieser Kanäle kann kontinuierlich erweitert und optimiert werden, sodass Alice Zahlungsempfänger bezahlen kann, mit denen sie keinen direkten Kontakt hat. Wenn Bob und Carol einen Zahlungskanal eröffnen, kann Alice Carol über den Kanal bezahlen, solange die Kapazität ausreicht. Sie kann zunächst über Bobs Zahlungskanal bezahlen, und Bob überweist das Geld an Carols Kanal. Der gleiche Vorgang kann durchgeführt werden, wenn Carol mit einem anderen Teilnehmer, Dan, verbunden ist.
Diese Netzwerkstruktur entwickelte sich schließlich zu einer verteilten Topologie, in der sich jeder mit mehreren Peer-Knoten verbinden kann. Es gibt viele Zahlungskanäle und Benutzer können unabhängig voneinander den effektivsten Kanal auswählen.
Zusammenfassen
Oben haben wir zwei Skalierbarkeitsszenarien besprochen. Beide ermöglichen den Abschluss von Transaktionen, ohne die Belastung der zugrunde liegenden Blockchain zu erhöhen. Sidechains und Zahlungskanäle sind noch unausgereift, werden aber von einer wachsenden Zahl von Benutzern angenommen, die die Fallstricke von Basisschichttransaktionen umgehen möchten.
Im Laufe der Zeit, wenn Benutzer weiterhin dem Netzwerk beitreten, ist die Aufrechterhaltung der Dezentralisierung von entscheidender Bedeutung. Um das Ziel zu erreichen, kann das Wachstum der Blockchain-Kapazität begrenzt werden, sodass jederzeit neue Knoten hinzugefügt werden können. Befürworter von Off-Chain-Skalierbarkeitslösungen glauben, dass mit der Entwicklung der Technologie die Hauptkette in Zukunft nur noch hochwertige Transaktionen abwickeln oder nur noch für den Zugriff auf/die Trennung von Seitenketten und das Öffnen/Schließen von Zahlungskanälen verwendet werden wird.
