Zusammenfassung

Die Popularität von Kryptowährungen und Blockchains wächst rasant, ebenso wie die Zahl der Nutzer und Transaktionen. Obwohl es leicht zu erkennen ist, wie innovativ Blockchains sind, war die Skalierbarkeit – die Fähigkeit des Systems, zu wachsen und gleichzeitig der steigenden Nachfrage gerecht zu werden – 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 dreidimensionale Dilemma von Blockchains beschrieben, das besagt, dass es realistischerweise unmöglich ist, dass ein dezentrales System gleichzeitig ein gleichermaßen hohes Maß an Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit erreicht. Tatsächlich können Blockchain-Netzwerke nur zwei dieser drei Faktoren erreichen.

Aber glücklicherweise arbeiten Tausende von Enthusiasten und Experten an Lösungen zur Skalierung. Einige dieser Lösungen zielen darauf ab, die Struktur der Hauptblockchain (Schicht 1) zu ändern, während andere auf Schicht-2-Protokolle abzielen, die auf dem Kernnetzwerk laufen.

die Einleitung

Aufgrund der großen Anzahl verfügbarer Blockchains und Kryptowährungen wissen Sie möglicherweise nicht, ob Sie eine Layer-1- oder Layer-2-Kette verwenden. Es hat Vorteile, die Komplexität der Blockchain zu verbergen, aber es lohnt sich, das System zu verstehen, in das Sie investieren oder das Sie verwenden. Durch diesen Artikel werden Sie die Unterschiede zwischen Layer-1- und Layer-2-Blockchains und die vielen verschiedenen Skalierungslösungen verstehen.

Was sind Layer-1- und Layer-2-Blockchains?

Schicht 1 bezieht sich auf die Grundebene der Blockchain-Struktur; Es ist die Grundstruktur des Blockchain-Netzwerks. Bitcoin, Ethereum und die BNB-Kette sind Beispiele für Layer-One-Blockchains. Die zweite Schicht bezieht sich auf die Netzwerke, die über anderen Blockchain-Ketten existieren. Wenn also Bitcoin die erste Schicht ist, ist das darüber liegende Lightning Network ein Beispiel für die zweite Schicht.

Skalierbarkeitsverbesserungen für Blockchain-Netzwerke können in Layer-1-Lösungen und Layer-2-Lösungen eingeteilt werden. Layer-1-Lösungen verändern direkt die Regeln und Mechanismen der ursprünglichen Blockchain. Layer-2-Lösungen nutzen ein paralleles externes Netzwerk, um Transaktionen abseits der Hauptkette zu ermöglichen.

Warum ist die Skalierbarkeit der Blockchain wichtig?

Stellen Sie sich den Bau einer neuen Autobahn zwischen einer Großstadt und ihrem schnell wachsenden Vorort vor. Durch den zunehmenden Verkehr auf dieser Autobahn und das häufige Auftreten von Verkehrsstaus – insbesondere während der Hauptverkehrszeiten – kann sich die durchschnittliche Zeit, um von Punkt A nach Punkt B zu gelangen, dramatisch verlängern. Dies ist nicht verwunderlich, da die Kapazität der Straßeninfrastruktur begrenzt ist und die Nachfrage ständig steigt.

Was können die Behörden tun, damit sich mehr Menschen schneller auf dieser Route fortbewegen können? Eine Lösung besteht darin, die Autobahn selbst zu verbessern, indem auf jeder Seite mehr Fahrspuren hinzugefügt werden. Dies ist jedoch keine dauerhafte praktische Lösung; Weil es teuer ist und für diejenigen, die die Straße tatsächlich benutzen, große Unannehmlichkeiten verursachen kann. Eine Alternative besteht darin, auf innovative Lösungen zurückzugreifen und mehrere Ansätze in Betracht zu ziehen, die nicht mit Änderungen in der Basisinfrastruktur zusammenhängen, wie etwa die Einrichtung zusätzlicher Zufahrtsstraßen oder die Einführung einer Stadtbahnlinie entlang der Autobahn.

In der Welt der Blockchain-Technologie ist die Hauptstraße die erste Schicht (das Hauptnetzwerk), während die zusätzlichen Servicerouten die Lösungen der zweiten Schicht (das sekundäre Netzwerk, das die Gesamtkapazität verbessert) sind.

Bitcoin, Ethereum und Polkadot sind Layer-One-Blockchains. Dies bedeutet, dass es sich um Blockchains der Basisschicht handelt, die Transaktionen für ihr Ökosystem verarbeiten und aufzeichnen und eine native digitale Währung enthalten – typischerweise zur Zahlung von Gebühren und zur Bereitstellung eines umfassenderen Dienstes. Polygon ist ein Beispiel für eine Layer-2-Skalierungslösung für das Ethereum-Netzwerk. Das Polygon-Netzwerk stellt dem Ethereum-Mainnet regelmäßig Kontrollpunkte zur Verfügung, um dessen Status zu aktualisieren.

Die Durchsatzkapazität ist ein wesentlicher Bestandteil jeder Blockchain. Es ist ein Maß für Geschwindigkeit und Effizienz, das zeigt, wie viele Transaktionen innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens verarbeitet und aufgezeichnet werden können. Wenn die Anzahl der Benutzer und die Anzahl gleichzeitiger Transaktionen zunimmt, kann die Verwendung der First-Layer-Blockchain langsam und teuer werden. Dies gilt insbesondere für Blockchains der ersten Schicht, die einen Proof-of-Work-Mechanismus verwenden, im Gegensatz zu solchen, die einen Proof-of-Stake verwenden.

Aktuelle erstklassige Probleme

Bitcoin und Ethereum sind gute Beispiele für Layer-1-Netzwerke, die Skalierungsprobleme haben. Beide sichern das Netzwerk durch ein verteiltes Konsensmodell. Das bedeutet, dass alle Transaktionen vor der Prüfung von mehreren Knoten überprüft werden. Alle sogenannten Mining-Knoten konkurrieren um die Lösung eines komplexen Computerrätsels, und Miner, denen es gelingt, es zu lösen, erhalten Belohnungen in der nativen digitalen Währung des Netzwerks.

Mit anderen Worten: Alle Transaktionen erfordern eine unabhängige Authentifizierung von mehreren Knoten, bevor sie bestätigt werden können. Dies ist eine effektive Möglichkeit, gültige und verifizierte Daten in die Blockchain aufzunehmen und aufzuzeichnen und gleichzeitig das Risiko eines Angriffs durch böswillige Personen zu verringern. Doch sobald das Netzwerk so populär wird wie Ethereum oder Bitcoin, wird die Nachfrage nach Durchsatz zu einem wachsenden Problem. In Zeiten hoher Netzwerkbelastung kommt es für Benutzer zu langsameren Bestätigungszeiten und höheren Transaktionsgebühren.

Wie funktionieren Layer-1-Erweiterungslösungen?

Es gibt viele Lösungen für Layer-1-Blockchains, die den Durchsatz und die Gesamtkapazität des Netzwerks erhöhen können. Bei Blockchains, die Proof of Work verwenden, kann die Umstellung auf Proof of Stake eine Option sein, um die Transaktionen pro Sekunde (TPS) zu erhöhen und gleichzeitig die Bearbeitungsgebühren zu senken. Allerdings gibt es in der Kryptowährungs-Community unterschiedliche Meinungen über die Vorteile und langfristigen Auswirkungen von Proof of Stake.

Erweiterungslösungen für Layer-1-Netzwerke werden in der Regel vom Projektentwicklungsteam bereitgestellt. Abhängig von der Lösung muss die Community entweder einen Chain Fork oder ein Protokoll-Upgrade durchführen. Einige kleine Änderungen sind abwärtskompatibel, beispielsweise das SegWit-Update.

Größere Änderungen, wie beispielsweise die Erhöhung der Bitcoin-Blockgröße auf 8 MB, erfordern einen Chain Fork. Dadurch werden zwei Kopien der Blockchain erstellt, eine mit und eine ohne Update. Eine weitere Möglichkeit, den Netzwerkdurchsatz zu erhöhen, ist die Segmentierung. Beim Hashing werden Blockchain-Vorgänge in mehrere kleine Partitionen unterteilt, die Daten gleichzeitig statt nacheinander verarbeiten können.

Wie funktionieren Layer-2-Erweiterungslösungen?

Wie bereits erwähnt, basieren Layer-2-Lösungen auf sekundären Netzwerken, die parallel zur Hauptkette oder unabhängig davon arbeiten.

Versammlungen

Zero-Knowledge-Pools (der häufigste Typ) sammeln Layer-2-Transaktionen außerhalb der Kette und senden sie als einzelne Transaktion an die Hauptkette. Diese Systeme verwenden Echtheitsnachweise, um die Gültigkeit von Transaktionen zu überprüfen. Vermögenswerte werden in der ursprünglichen Kette mit einem Smart-Peg-Vertrag gehalten, der bestätigt, dass der Pool ordnungsgemäß funktioniert. Dies bietet Mainnet-Sicherheit mit den Vorteilen einer weniger ressourcenintensiven Aggregation.

Seitenketten

Sidechains sind unabhängige Blockchain-Netzwerke, die über eigene Gruppen von Validatoren verfügen. Das bedeutet, dass der Smart Contract auf der Hauptkette nicht die Authentizität des Sidechain-Netzwerks bestätigt. Daher sollten Sie sicherstellen, dass die Sidechain ordnungsgemäß funktioniert, da sie Assets im ursprünglichen Netzwerk steuern kann.

Statuskanäle

Ein Statuskanal ist eine bidirektionale Kommunikationsumgebung zwischen Handelsparteien. Die Parteien sperren einen Teil der zugrunde liegenden Blockchain und verbinden ihn mit einem Off-Chain-Transaktionskanal. Dies erfolgt in der Regel über eine Mehrfachsignatur oder einen vorab vereinbarten Smart Contract. Die Parteien führen dann eine Transaktion oder eine Reihe von Transaktionen außerhalb der Kette aus, ohne die Transaktionsdaten direkt an das zugrunde liegende verteilte Finanzbuch (d. h. die Hauptkette) zu senden. Sobald alle Transaktionen in der Gruppe abgeschlossen sind, wird der endgültige „Status“ des Kanals auf der Blockchain übertragen, um seine Gültigkeit zu überprüfen. Dieser Mechanismus ermöglicht eine Verbesserung der Transaktionsgeschwindigkeit und erhöht die Gesamtkapazität des Netzwerks. Lösungen wie das Lightning Network von Bitcoin und Raiden von Ethereum basieren auf staatlichen Kanälen.

Überlappende Blockchains

Diese Lösung basiert auf einer Reihe von Sekundärketten, die sich über der Hauptblockchain befinden. Überlappende Blockchains funktionieren auf der Grundlage von Regeln und Standards, die von der Hauptkette festgelegt werden. Die Hauptkette ist nicht an der Ausführung von Transaktionen beteiligt, sondern ihre Rolle beschränkt sich auf die Beilegung von Streitigkeiten, wenn dies erforderlich ist. Die tägliche Arbeit wird an Unterketten delegiert, die verarbeitete Transaktionen an die Hauptkette zurückgeben, wenn sie außerhalb dieser abgeschlossen werden. Das Plasma-Projekt des OmiseGo-Netzwerks ist ein Beispiel für eine Layer-2-Cross-Chain-Lösung.

Nachteile von Erweiterungslösungen der ersten und zweiten Schicht

Sowohl Layer-1- als auch Layer-2-Lösungen haben ihre eigenen Vor- und Nachteile. Die Arbeit mit Layer 1 kann die effektivste Lösung für umfassende Protokollverbesserungen bieten. Das bedeutet aber auch, dass Validatoren durch eine Netzwerkaufteilung davon überzeugt werden müssen, Änderungen zu akzeptieren.

Ein Beispiel für eine Situation, in der Prüfer dies möglicherweise nicht tun möchten, ist der Wechsel vom Proof of Work zum Proof of Stake. Durch diese Umstellung auf ein effizienteres System werden Bergleute Einnahmen verlieren, was sie davon abhält, die Skalierbarkeit zu verbessern.

Layer 2 bietet eine schnellere Möglichkeit zur Verbesserung der Skalierbarkeit. Abhängig von der verwendeten Methode können Sie jedoch einen erheblichen Teil der Sicherheit der ursprünglichen Blockchain verlieren. Benutzer vertrauen Netzwerken wie Ethereum und Bitcoin aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit und Erfolgsbilanz in Sachen Sicherheit. Da einige Aspekte der ersten Schicht entfernt wurden, sind Sie häufig gezwungen, sich in Bezug auf Effizienz und Sicherheit auf das Team und Netzwerk der zweiten Schicht zu verlassen.

Was kommt nach der ersten und der zweiten Schicht?

Eine wichtige Frage ist, ob wir Layer-2-Lösungen benötigen, wenn Layer 1 skalierbarer wird. Bestehende Blockchains erfahren Verbesserungen, während neue Netzwerke auf eine wirklich gute Skalierbarkeit ausgelegt sind. Allerdings wird es bei großen Systemen lange dauern, bis sie ihre Skalierbarkeit verbessern, und dies ist nicht garantiert. Die wahrscheinliche Option besteht darin, dass die ersten Schichten auf Sicherheit setzen, während die Netzwerke der zweiten Schicht die Anpassung ihrer Dienste an bestimmte Anwendungsfälle ermöglichen.

In naher Zukunft besteht eine gute Chance, dass große Ketten wie Ethereum aufgrund ihrer großen Benutzer- und Entwicklergemeinschaft weiterhin dominant bleiben. Aber der große, dezentrale Pool an Validatoren und der gute Ruf dieser Ketten schaffen eine Basis für gezielte Layer-2-Lösungen.

Abschließende Gedanken

Seit dem Aufkommen von Kryptowährungen hat die Suche nach verbesserter Skalierbarkeit zu einem dualen Ansatz in Verbesserungen der ersten Ebene und Lösungen der zweiten Ebene geführt. Wenn Sie über ein diversifiziertes Kryptowährungs-Investitionsportfolio verfügen, sind Sie wahrscheinlich bereits mit Layer-1- und Layer-2-Netzwerken vertraut. Sie verstehen jetzt die Unterschiede zwischen den beiden sowie die unterschiedlichen Erweiterungsansätze, die sie bieten.