Inhalt

• Einführung

• Das Problem der Blockchain-Skalierbarkeit

• Was sind Off-Chain-Skalierbarkeitslösungen?

• Eine Einführung in Sidechains

  • Was ist eine Sidechain?

  • Wie funktioniert eine Sidechain?

  • Warum werden Sidechains verwendet?

• Eine Einführung in Zahlungskanäle

  • Was ist ein Zahlungskanal?

  • Wie funktioniert ein Zahlungskanal?

  • Zahlungsweg

• Schlussbetrachtungen

Einführung

Unter Skalierbarkeit versteht man im Allgemeinen die Fähigkeit eines Systems, zu wachsen, um einer steigenden Nachfrage gerecht zu werden. Im Computerbereich können Sie die Leistung Ihrer Maschine steigern, indem Sie die Hardware verbessern, sodass bestimmte Aufgaben schneller ausgeführt werden können. Wenn wir über Skalierbarkeit in Blockchains sprechen, meinen wir die Erhöhung ihrer Kapazität zur Abwicklung von mehr Transaktionen.

Protokolle wie Bitcoin haben viele Stärken, aber Skalierbarkeit gehört nicht dazu. Wenn Bitcoin auf einer zentralisierten Datenbank laufen würde, wäre es für einen Administrator relativ einfach, die Geschwindigkeit und den Durchsatz zu erhöhen. Aber der Vorschlag von Bitcoin (wie die Zensurresistenz) erfordert, dass viele Netzwerkteilnehmer eine Kopie der Blockchain synchronisieren.

Das Problem der Blockchain-Skalierbarkeit

Der Betrieb eines Bitcoin-Knotens ist relativ günstig und selbst mit einfachen Geräten möglich. Aber da Tausende von uns miteinander auf dem Laufenden bleiben müssen, gibt es gewisse Einschränkungen bei seinen Fähigkeiten.

Die Anzahl der Transaktionen, die in der Kette verarbeitet werden können, ist begrenzt, um zu verhindern, dass die Datenbank sehr große Ausmaße erreicht. Wenn es schnell zu groß wird, können die Knoten mit dieser Expansion nicht mithalten. Wenn die Blöcke außerdem zu groß sind, können sie nicht schnell über das Netzwerk weitergeleitet werden.

Wir befinden uns also mitten in einem Engpass. Eine Blockchain kann als Zugtransportdienst betrachtet werden, der in definierten Abständen abfährt. Die Anzahl der Sitzplätze in jedem Waggon ist begrenzt. Um ein Ticket zu erhalten, müssen Reisende ein Gebot abgeben, um sich einen Sitzplatz zu sichern. Wenn alle gleichzeitig versuchen, den Zug zu erreichen, ist der Preis höher. Ebenso erfordert ein Netzwerk, das mit ausstehenden Transaktionen überlastet ist, dass Benutzer höhere Gebühren zahlen müssen, um ihre Transaktionen rechtzeitig einzubinden.

Eine mögliche Lösung wäre die Vergrößerung der Waggons. Dies würde zu mehr Sitzplätzen, größerer Transferkapazität und niedrigeren Ticketpreisen führen. Eine Garantie dafür, dass die Sitze nicht wie bisher alle besetzt sind, gibt es aber nicht. Die Kapazität von Autos kann nicht unendlich skaliert werden, ebenso wie Blöcke und die Gasbegrenzung von Blöcken nicht unendlich skaliert werden können. Letzteres macht die verbleibenden Knoten im Netzwerk zu einem teureren Prozess, da sie teurere Hardware benötigen, um synchron zu bleiben.

Der Erfinder von Ethereum, Vitalik Buterin, hat das Skalierbarkeitstrilemma entwickelt, um die Herausforderung zu beschreiben, vor der Blockchains stehen. In seiner Theorie stellt er fest, dass Protokolle ein Gleichgewicht zwischen Skalierbarkeit, Sicherheit und Dezentralisierung erreichen müssen. Diese Eigenschaften sind etwas aus dem Gleichgewicht geraten – wenn man sich zu sehr auf zwei von ihnen konzentriert, wird die dritte eine schlechte Leistung erbringen.

Aus diesem Grund betrachten viele Skalierbarkeit als etwas, das außerhalb der Kette erreicht werden muss, während Sicherheit und Dezentralisierung auf der Blockchain selbst maximiert werden müssen.

Was sind Off-Chain-Skalierbarkeitslösungen?

Unter Off-Chain-Skalierbarkeit versteht man Ansätze, die die Ausführung von Transaktionen ermöglichen, ohne die Blockchain zu überlasten. Protokolle stellen eine Verbindung zur Kette her und ermöglichen Benutzern das Senden und Empfangen von Geldern, ohne dass Transaktionen in der Hauptkette stattfinden. Lassen Sie uns tiefer auf zwei der wichtigsten Fortschritte eingehen: Sidechains und Zahlungskanäle.

Eine Einführung in Sidechains

Was ist eine Sidechain?

Eine Sidechain ist eine separate Blockchain. Es handelt sich jedoch nicht um eine unabhängige Plattform, da sie in irgendeiner Weise mit der Hauptkette verbunden ist. Die Hauptkette und die Seitenkette sind interoperabel, was bedeutet, dass Vermögenswerte frei von einer zur anderen fließen können.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um sicherzustellen, dass Gelder transferiert werden können. In einigen Fällen werden Vermögenswerte von der Hauptkette verschoben und an einer speziellen Adresse hinterlegt. Sie werden nicht tatsächlich gesendet – sie werden an der Adresse gesperrt und ein entsprechender Wert wird auf der Sidechain ausgegeben. Eine direktere (wenn auch zentralisierte) Option besteht darin, Gelder an eine Depotbank zu senden, die die Einzahlung gegen Gelder in der Sidechain eintauscht.

Wie funktioniert eine Sidechain?

Angenommen, unsere Freundin Alice hat fünf Bitcoins. Sie möchte sie gegen fünf gleichwertige Einheiten auf einer Bitcoin-Sidechain eintauschen – nennen wir sie Sidecoins. Die betreffende Sidechain verwendet eine bidirektionale Verbindung, was bedeutet, dass Benutzer ihre Vermögenswerte von der Hauptkette auf die Seitenkette und umgekehrt übertragen können.

Denken Sie daran, dass die Sidechain eine separate Blockchain ist. Es wird also unterschiedliche Blöcke, Knoten und Validierungsmechanismen geben. Um ihre Sidecoins zu erhalten, sendet Alice fünf Bitcoins an eine andere Adresse. Bei dieser Adresse könnte es sich um jemanden handeln, der nach Erhalt der Bitcoins 5 Sidecoins an Alices Sidechain-Adresse sendet. Alternativ kann es eine Konfiguration geben, die das Vertrauensbedürfnis verringert und bei der Sidecoins automatisch gutgeschrieben werden, wenn die Software die Zahlung erkennt.

Alice hat ihre Coins nun in Sidecoins umgewandelt, sie kann den Vorgang jedoch jederzeit umkehren, um ihre Bitcoins zurückzubekommen. Nachdem es nun in die Sidechain gelangt ist, ist es frei, auf dieser separaten Blockchain Transaktionen durchzuführen. Es kann Sidecoins senden oder von anderen empfangen, genau wie in der Hauptkette.

Sie könnte Bob zum Beispiel einen Sidecoin für einen Binance-Hoodie zahlen. Wenn sie zu Bitcoin zurückkehren möchte, kann sie die verbleibenden vier Sidecoins an eine spezielle Adresse senden. Nachdem die Transaktion bestätigt wurde, würden vier Bitcoins entsperrt und an eine Alice-Adresse in der Hauptkette geliefert.

Warum werden Sidechains verwendet?

Sie fragen sich vielleicht, was der Grund dafür ist. Warum nutzt Alice nicht einfach die Bitcoin-Blockchain?

Die Antwort ist, dass die Sidechain zu Dingen fähig sein kann, die Bitcoin nicht kann. Blockchains sind sorgfältig konzipierte Kompromisssysteme. Obwohl Bitcoin die sicherste und dezentralste Kryptowährung ist, ist sie hinsichtlich der Übertragungsgebühren 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 Raten können erheblich steigen, wenn das Netzwerk überlastet ist.

Für kleine, alltägliche Zahlungen ist dieses Maß an Sicherheit wahrscheinlich nicht erforderlich. Wenn Alice für einen Kaffee bezahlt, wartet sie nicht auf die Bestätigung der Transaktion. Sie stellte sich an und ihr Kaffee war kalt, als er geliefert wurde.

Sidechains folgen nicht denselben Regeln. Tatsächlich müssen sie nicht einmal einen Arbeitsnachweis verwenden, um zu funktionieren. Sie können einen beliebigen Konsensmechanismus verwenden, einem einzelnen Validator vertrauen oder beliebige Parameter anpassen. Sie könnten Upgrades hinzufügen, die in der Hauptkette nicht vorhanden sind, größere Blöcke erzeugen und den Prozess beschleunigen.

Interessanterweise können Sidechains sogar kritische Fehler verursachen, ohne die zugrunde liegende Kette zu beeinträchtigen. Dadurch können sie als Plattformen für Experimente und die Bereitstellung von Funktionen genutzt werden, die andernfalls den Konsens der Mehrheit des Netzwerks erfordern würden.

Solange die Benutzer mit den Kompromissen zufrieden sind, können Sidechains einen wichtigen Schritt hin zu einer effektiveren Skalierung darstellen. Es gibt keine Anforderungen an Mainchain-Knoten, alle Transaktionen aus der Sidechain zu speichern. Alice könnte mit einer einzigen Bitcoin-Transaktion in die Sidechain eintreten, Hunderte von Sidecoin-Transaktionen durchführen und dann die Sidechain verlassen. Aus Sicht der Bitcoin-Blockchain hätte sie nur zwei Transaktionen durchgeführt – eine zum Eintritt und eine zum Austritt.

Das Plasma-Protokoll von Ethereum ist ähnlich, weist jedoch einige wichtige Unterschiede auf. Lesen Sie mehr zum Thema: Was ist Ethereum Plasma?

Eine Einführung in Zahlungskanäle

Was ist ein Zahlungskanal?

Bezahlkanäle haben hinsichtlich der Skalierbarkeit das gleiche Ziel wie Sidechains, unterscheiden sich jedoch grundlegend. Wie Sidechains verlagern sie Transaktionen von der Hauptkette, um eine Überlastung der Blockchain zu verhindern. Im Gegensatz zu Sidechains benötigen sie jedoch keine separate Blockchain, um zu funktionieren.

Ein Zahlungskanal verwendet einen Smart Contract, um Benutzern die Durchführung von Transaktionen zu ermöglichen, ohne ihre Transaktionen in der Blockchain zu veröffentlichen. Dies geschieht über einen softwaregestützten Vertrag zwischen zwei Teilnehmern.

Wie funktioniert ein Zahlungskanal?

Bei Modellen wie dem beliebten Lightning Network hinterlegten zwei Parteien Münzen an einer Adresse, die ihnen gemeinsam gehörte. Diese Art von Multisignatur-Adresse erfordert zwei Unterschriften, damit Gelder ausgegeben werden können. Wenn also Alice und Bob diese Adresse erstellt hätten, könnten die Gelder nur mit ihrer Zustimmung verschoben werden.

Nehmen wir an, jeder hat 10 BTC an eine Adresse eingezahlt, die jetzt 20 BTC enthält. Es wäre einfach, eine Tabelle zu führen, die den Kontostand aufzeichnet und zeigt, dass Alice und Bob jeweils 10 BTC haben. Wenn Alice Bob eine Münze geben wollte, könnte sie die Tabelle so aktualisieren, dass sie zeigt, dass Alice 9 BTC und Bob 11 BTC hat. Sie müssten keine Veröffentlichungen in der Blockchain veröffentlichen, da sie den Überblick über die Salden behalten.

Nehmen wir an, Alice hat zu einem beliebigen Zeitpunkt 5 BTC und Bob hat 15 BTC. Sie könnten eine Transaktion erstellen, die diese Salden an die entsprechenden Adressen jeder Partei sendet, sie signiert und übermittelt.

Alice und Bob hätten zehn, hundert oder sogar tausend Transaktionen in der Bilanz verzeichnen können. Aber was die Blockchain betrifft, führten sie nur zwei On-Chain-Vorgänge durch: einen für die erste Transaktion und einen zur Konsolidierung der aktualisierten Salden. Abgesehen von diesen beiden sind alle anderen Transaktionen kostenlos und nahezu augenblicklich, da sie außerhalb der Kette stattfinden. Es fallen keine Mining-Gebühren an und Sie müssen nicht auf Blockbestätigungen warten.

Offensichtlich erfordert das oben diskutierte Beispiel die Zusammenarbeit beider Parteien, was für Benutzer, die sich nicht kennen, keine ideale Situation ist. Es können jedoch spezielle Mechanismen eingesetzt werden, um Betrugsversuche zu ahnden, sodass die Parteien ohne Vertrauen sicher miteinander interagieren können.

Zahlungsweg

Offensichtlich sind Zahlungskanäle praktisch für zwei Parteien, die mit einem hohen Transaktionsvolumen rechnen. Aber nicht nur das. Ein Netzwerk dieser Kanäle kann aufgebaut werden, sodass Alice eine Partei bezahlen kann, die nicht direkt mit ihr verbunden ist. Wenn Bob einen offenen Kanal mit Carol hat, kann Alice sie bezahlen, solange genügend Kapazität vorhanden ist. Sie wird Gelder an Bobs Kanal überweisen, der sie wiederum an Carols Kanal sendet. Wenn Carol mit einem anderen Teilnehmer verbunden ist, kann der gleiche Vorgang durchgeführt werden.

Dieses Netzwerk entwickelt sich zu einer verteilten Topologie, in der sich jeder mit mehreren Peers verbindet. Oft gibt es mehrere Routen zum selben Ziel und Benutzer können die effizienteste Route auswählen.

Schlussbetrachtungen

Wir diskutieren zwei Skalierbarkeitsansätze, die es ermöglichen, Transaktionen durchzuführen, ohne die entsprechende Blockchain zu überlasten. Sidechains und Zahlungskanaltechnologie sind noch nicht ausgereift, werden aber zunehmend von Benutzern genutzt, die den Ärger von Basisschichttransaktionen umgehen möchten.

Da mit der Zeit immer mehr Benutzer Teil des Netzwerks werden, ist es wichtig, die Dezentralisierung aufrechtzuerhalten. Dies ist nur möglich, indem das Wachstum der Blockchain begrenzt wird, sodass neue Knoten problemlos beitreten können. Befürworter von Off-Chain-Lösungen für Skalierbarkeitsprobleme glauben, dass die Hauptkette im Laufe der Zeit nur noch zur Abwicklung hochwertiger Transaktionen oder zum Koppeln/Entkoppeln von Seitenketten und zum Öffnen/Schließen von Kanälen verwendet wird.