Autor: Zyniker

TL;DR

1. Von Layer1 zu Layer2

• Wie erreicht man eine technische Erweiterung? Ethereum betrachtet Rollup als die einzige Layer-2-Lösung, da es die Erweiterung von Ethereum erreicht, ohne Dezentralisierung und Sicherheit zu verlieren. Aus modularer Sicht ist Schicht 2 für die Ausführung verantwortlich, während die Abwicklung, der Konsens und die Datenverfügbarkeit von Schicht 1 übernommen werden.

2. Von Layer2 zu Layer3

• Was ist der Unterschied zwischen Layer2-Layer3 und Layer1-Layer2? Obwohl die Rollup-Technologie den Rechenengpass von Ethereum löst, löst sie nicht das Problem der Datenverfügbarkeit. Die obere Schicht muss die Transaktionsdaten komprimieren, um sie an die untere Schicht weiterzuleiten. Die Komprimierung kann jedoch nicht wiederholt werden und die Leistung von Schicht2-Schicht3 kann keine wesentliche Verbesserung bewirken.

• Wenn Layer 2 bereits vorhanden ist, warum brauchen wir dann Layer 3? Layer 2 sorgt für die Dezentralisierung und dient als allgemeine Rechenschicht, die für die Zusammensetzbarkeit sorgt. Layer 3 hingegen dient als anwendungsspezifische Kette, um die individuellen Anforderungen verschiedener Anwendungen wie Kompatibilität, Effizienz und Datenschutz zu erfüllen.

• Da es sich bei beiden um Anwendungsketten-Ökosysteme handelt, stellt sich die Frage, was die Unterschiede zwischen Layer 3 und Cosmos sind. Layer 3 basiert auf dem Ethereum-Ökosystem und erleichtert so die Gewinnung von Nutzern und Geldern. Durch die enge Verbindung mit Ethereum verliert es jedoch auch einige Souveränität, beispielsweise bei der Werterfassung von Token.

3. Von Layer3 zu LayerX?

• Aktueller Stand der Layer3-Entwicklung: Arbitrum hat am 22. Juni Orbit Chain veröffentlicht; zkSync hat am 26. Juni angekündigt, dass es in einigen Wochen ZK Stack auf den Markt bringen wird; Madara aus dem Starknet-Ökosystem hat einem Projekt geholfen, während eines Hackathons innerhalb von 24 Stunden eine Starknet Layer3-Anwendungskette bereitzustellen.

• Sind Layer 4 und Layer 5 mit Layer 3 weit zurück? LK Venture ist der Ansicht, dass Layer 3 aus technischer Sicht durch einfaches Stacking keine Leistungssteigerungen mehr erzielen kann. Zwar sind die Ökosysteme der Layer 1, 2 und 3 eng miteinander verknüpft (wie im Ethereum-Ökosystem) und ihre Interoperabilität ist höher als bei herkömmlichen heterogenen Chains (Cross-Chain-Operationen sind günstiger), doch fehlt ihnen immer noch eine vollständige Ökosystemvererbung. Ethereums Skalierungsgeschichte könnte mit Layer 3 enden.

Von Layer 1 zu Layer 2: Kapazitätserweiterung

Die Blockchain-Technologie steht vor einem unlösbaren Problem: Sicherheit, Dezentralisierung und Skalierbarkeit lassen sich nicht gleichzeitig erreichen. Ethereum hat sich für Ersteres entschieden, unterstützt Letzteres jedoch nicht ausreichend. Ein typischer Swap in Ethereum kostet 3 bis 4 US-Dollar an Gasgebühren. In einem Bullenmarkt mit hohem Handelsvolumen kann ein einzelner Swap jedoch fast 100 US-Dollar an Gasgebühren kosten, was zu erheblichen Engpässen führt.

Ethereum stützt sich auf das riesige Ökosystem, das auf seinem First-Mover-Vorteil aufbaut, und nimmt trotz des kontinuierlichen Aufkommens vieler neuer öffentlicher Ketten, die sich auf Skalierbarkeit konzentrieren, seit 2018 immer noch eine absolute beherrschende Stellung auf dem Markt ein. Daher richtet sich die Aufmerksamkeit der Menschen auf Erweiterungslösungen, die auf Ethereum basieren.

Die drei am häufigsten verwendeten Lösungen sind Sidechains, Validium und Rollup, die unterschiedliche Vertrauensannahmen haben.

• Sidechains sind unabhängige Blockchains, die unabhängig von Layer 1 arbeiten und über eine bidirektionale Brücke mit dem Ethereum-Mainnet verbunden sind. Sidechains können über eigene Blockparameter und Konsensalgorithmen verfügen, was eine effiziente Transaktionsverarbeitung ermöglicht, verfügen jedoch nicht über die Sicherheitseigenschaften von Ethereum.

• Validium nutzt die Datenverfügbarkeit und Berechnung außerhalb der Kette, um Transaktionen außerhalb der Kette zu verarbeiten und so den Durchsatz zu erhöhen, und veröffentlicht Zero-Knowledge-Beweise an die Kette, um Off-Chain-Transaktionen auf Ebene 1 aus Sicherheitsgründen zu verifizieren.

• Rollup führt Berechnungen außerhalb der Kette durch, verwendet jedoch Layer 1 als Datenverfügbarkeitsebene. Es übernimmt die Sicherheit von Ethereum, indem es Betrugs- oder Gültigkeitsnachweise in der Kette veröffentlicht und diese in Smart Contracts auf Layer 1 überprüft.

Ethereum betrachtet Rollup als die einzige Layer-2-Lösung, da es die Skalierung von Ethereum ohne Einbußen bei Dezentralisierung oder Sicherheit ermöglicht. Aus modularer Sicht ist Layer 2 für die Ausführung verantwortlich, während Abwicklung, Konsens und Datenverfügbarkeit von Layer 1 übernommen werden.

Je nach Einreichungsnachweis kann Rollup in Optimistic Rollup und ZK Rollup unterteilt werden.

Beim optimistischen Rollup führt Rollup Transaktionen stapelweise aus und sendet die gestapelten Transaktionen sowie den Status vor und nach der Ausführung an den auf Ebene 1 bereitgestellten Rollup-Vertrag. Ebene 1 überprüft den Statusübertragungsprozess nicht. Solange der von Rollup übermittelte Anfangsstatus mit dem im Ebene-1-Vertrag gespeicherten übereinstimmt, wird der Status optimistisch in den von Rollup übermittelten neuen Status übertragen. Betrugsnachweise gewährleisten die Betrugsprävention. Während eines Streitzeitraums können andere Prüfer die Statuswurzel anfechten und Betrugsnachweise an den Ebene-1-Rollup-Vertrag senden. Dadurch wird der Rollup-Status in den endgültigen Status vor dem Streit zurückgesetzt, der Rechtsstatus neu berechnet und der Prüfer basierend auf dem Ergebnis bestraft. In der Praxis kommt es selten zu Betrug, sodass durch die optimistische Statusübertragung tatsächlich viele Prüfressourcen gespart werden.

Der Unterschied zwischen ZK Rollup und Optimistic Rollup besteht darin, dass die Statusübertragung nicht durch den Layer 1 Rollup-Vertrag, sondern durch die Überprüfung des Gültigkeitsnachweises im Vertrag verifiziert werden muss. Nach Abschluss der Verifizierung wird die Statusübertragung sofort abgeschlossen, ohne dass eine Streitzeit von bis zu einer Woche abgewartet werden muss.

Zu den Projekten, die die Optimistic Rollup-Technologie nutzen, zählen Arbitrum und Optimism, die beide bereits Mainnets gestartet haben. Arbitrum hat Betrugsnachweise implementiert, allerdings nur für Whitelist-Einreichungen, während sich die Betrugsnachweise von Optimism noch in der Entwicklung befinden. Beide streben aktiv nach Dezentralisierung, einschließlich der Dezentralisierung von Sequenzern und Validatoren. Laut L2Beat-Daten hatten Arbitrum One und Optimism am 26. Juni 2023 TVLs von 5,81 Mrd. USD bzw. 2,25 Mrd. USD. Weitere Projekte, die die Optimistic Rollup-Technologie nutzen, sind Boba Network, Zora Network, Layer2.finance, Fuel, BNBOP und Coinbase, von denen einige mit dem vom Optimism-Team entwickelten Open-Source-OP-Stack entwickelt wurden.

Zu den Projekten, die die ZK Rollup-Technologie nutzen, zählen vor allem zkSync Era, StarkWare und Polygon zkEVM, die bereits im Mainnet gestartet sind und TVLs von 618 Mio. USD, 68,11 Mio. USD bzw. 42,65 Mio. USD aufweisen. Zu den Projekten, die nur bestimmte Transaktionstypen unterstützen, gehören dydx, Loopring und zkSync Lite mit TVLs von 350 Mio. USD, 98,47 Mio. USD bzw. 97,69 Mio. USD. Die aktuelle Entwicklungsrichtung von ZK Rollup ist die Verbesserung der Ethereum-Kompatibilität. Derzeit befinden sich zkEVM-Projekte wie Taiko, Scroll und Linea in der Entwicklung.

Von Layer 2 zu Layer 3: Anpassung

Schicht 2: 100x, Schicht 3: 100x²=10000x?

Die Kosten für den Aufbau von Schicht 3 von Schicht 1 zu Schicht 2 werden auf 1/1000 reduziert. Daher liegt die Annahme nahe, dass die gleichen Operationen auf Schicht 2 zum Aufbau von Schicht 3 die Kosten auf 1/10.000 reduzieren würden. Leider lautet die Antwort nein.

Rollup löst die Rechenprobleme von Ethereum, indem die Ausführung außerhalb der Kette erfolgt: L1-Knoten müssen nicht mehr jede Transaktion in einem Stapel ausführen, um die Richtigkeit von Zustandsübergängen zu überprüfen. Dank kryptografischer rekursiver Beweise können Berechnungen kontinuierlich rekursiv durchgeführt werden, um eine unbegrenzte Leistung zu erreichen. Die Datenverfügbarkeit lässt sich jedoch nicht stapeln. Layer 2 muss verpackte Transaktionsdaten als Calldata an Ethereum-Smart Contracts übergeben. Obwohl verpackte Transaktionsdaten komprimiert sind, können die Daten nicht zweimal auf die gleiche Weise komprimiert werden. Auch Layer-3-Transaktionsdaten müssen letztendlich an Layer 1 übermittelt werden (ansonsten wird die Sicherheit nicht übernommen), der Komprimierungsgrad lässt sich jedoch nicht verringern, sodass die Kostensenkung der Datenverfügbarkeit nicht durch Stapeln erreicht werden kann.

Daher kann Layer 3 nicht einfach gestapelt werden. Das StarkWare-Team schlug eine maßgeschneiderte Lösung vor, bei der Layer 3 und Layer 2 unterschiedliche Funktionen übernehmen können.

Warum brauchen wir neben Layer 2 noch Layer 3?

Ethereum bietet Sicherheit und Dezentralisierung, Layer 2 sorgt für Skalierbarkeit. Man kann sagen, dass es das Blockchain-Trilemma löst. Warum wird Layer 3 weiterhin benötigt?

Das Konzept von Layer 3 wurde erstmals vom StarkWare-Team in seinem Artikel (Fractal Scaling: From L2 to L3) vorgeschlagen. Das StarkWare-Team ist davon überzeugt, dass diese Schichtstruktur und das Konzept der Kapselung die Kernprinzipien sind, die die Informatik lebendig halten. Darüber hinaus bleibt Layer 2 der virtuellen Maschine dezentralisiert und dient als universelle Rechenschicht und ermöglicht Kompositierbarkeit, während Layer 3 als anwendungsspezifische Kette dient, um die individuellen Anforderungen verschiedener Anwendungen zu erfüllen. Die Turing-Vollständigkeit bildet eine solide Grundlage für die Schichtung; sobald diese erreicht ist, kann theoretisch jede denkbare Anwendung darauf aufbauen.

In der Realität muss Layer 2 zwangsläufig Kompromisse eingehen, um seine Vielseitigkeit zu erhalten, und kann nicht alle Anforderungen erfüllen. Das direkteste Beispiel ist die Entwicklung der Cairo-Sprache und von CairoVM durch StarkWare zur effizienteren Generierung von Beweisen, die mit Ethereum inkompatibel sind. Hier kann eine Layer-3-Kette für Sicherheit sorgen.

Mögliche Anwendungsfälle für Layer 3 sind:

• Kompatibilität: Durch die Implementierung eines Interpreters für andere Sprachen auf der Layer2-virtuellen Maschine ist diese mit anderen virtuellen Maschinen kompatibel.

• Effizienz: Wenn die Anwendung ultrahohe TPS anstrebt (wie etwa Spiele und soziale Netzwerke), kann sie in Erwägung ziehen, auf einige Sicherheiten zu verzichten und die Validum-Lösung für die Abwicklung auf Layer 2 zu verwenden. Die Anwendung kann das Transaktionsformat auch ihren eigenen Bedürfnissen entsprechend anpassen, um eine höhere Komprimierungsrate zu erreichen.

• Datenschutz: Eine private Kette wird speziell für die Abwicklung auf Ebene 2 erstellt, kann jedoch nicht öffentlich beobachtet werden.

Da Anwendungsketten dediziert und von anderen Anwendungen nicht beeinflusst werden, bleiben Leistung und Kosten der Kette relativ stabil. Darüber hinaus müssen Bridge-Transaktionen nicht direkt auf Layer 1 gesendet werden, was zu geringeren Kosten und günstigeren L2-L3- und L3-L3-Brücken führt. Layer 3 bietet zudem einen erheblichen Vorteil bei der Stapelverarbeitung von Transaktionen. Der für die Übermittlung eines Transaktionsstapels benötigte feste Gasverbrauch ist geringer, sodass nicht auf die gleichzeitige Übermittlung mehrerer Transaktionen gewartet werden muss, um den durchschnittlichen Gasverbrauch zu senken. Dies entschärft das Dilemma zwischen Bestätigungszeit und Kosten, das auf Layer 2 besteht, erheblich.

Beides sind Anwendungsketten-Ökosysteme. Was sind die Unterschiede zwischen Layer3 und Cosmos?

Cosmos ist wohl das erste Projekt, das das Konzept von Anwendungsketten vorschlägt. Mit dem Cosmos SDK können Benutzer ihre eigenen Anwendungsketten einfach anpassen und starten. Cosmos IBC ist ein Benchmark für das TCP/IP-Protokoll des Internets und bietet native Interoperabilität für Anwendungsketten, die mit dem Cosmos SDK erstellt wurden. Vereinfacht ausgedrückt ist die Vision von Cosmos der Aufbau eines Blockchain-Universums, in dem Tausende von Ketten miteinander verbunden sind.

Layer 3 hat ebenfalls stark in die Interoperabilität investiert. Dank der gemeinsamen technischen Architektur und der niedrigen Transaktionskosten sind kettenübergreifende Transaktionen zwischen Layer-3-Ketten vertrauenslos, schnell und kostengünstig. Daher lässt sich argumentieren, dass die Liquidität zwischen Layer-3-Ketten geteilt wird. Aus Interoperabilitätssicht bieten Layer 3 und Cosmos nahezu identische Funktionalität.

Das Investment-Research-Team von LK Venture ist der Ansicht, dass der größte Unterschied zwischen Layer 3 und Cosmos in der Anbindung an das Ethereum-Ökosystem liegt, was sowohl ein Vorteil als auch ein Nachteil ist.

Zu den größten Vorteilen zählen die enorme Liquidität und die große Nutzerbasis des Ethereum-Ökosystems.

Trotz seiner leistungsstarken Technologie und der Tatsache, dass Cosmos die bevorzugte Blockchain vieler Blockchain-Giganten ist, leidet Cosmos immer noch unter seinem geringen Marktanteil. Laut DeifLlma-Daten betrug der TVL von Ethereum am 26. Juni 2023 26,2 Milliarden US-Dollar, während das gesamte Cosmos-Ökosystem zusammen nur knapp eine Milliarde US-Dollar erreichte. Das Ethereum-Ökosystem ist entscheidend für den Erfolg von Layer 3.

Der Hauptnachteil besteht darin, dass es stark an Ethereum gebunden ist und etwas an Souveränität verloren hat.

Für Projekte, die die Cosmos Chain verwenden, ist das Token-Modell vollständig an die Projektanforderungen anpassbar, was zu einer starken Token-Empowerment führt. Der native Token einer Layer-3-Chain unterliegt jedoch den Einschränkungen von Ethereum. Projekte können zwar native Token als Gas-Token zur Empowerment verwenden, es ist jedoch unbestreitbar, dass bei der Übermittlung von Transaktionsdaten an Ethereum letztendlich ETH verbraucht werden. Handelt es sich bei dem verwendeten Gas-Token also nicht um ETH, sondern um einen vom Projekt ausgegebenen nativen Token, muss das Projekt den nativen Token für die Übermittlung kontinuierlich in ETH umwandeln, und letztendlich wird die Empowerment weiterhin in ETH übertragen.

Ein weiteres Merkmal von Layer3 besteht darin, dass alles, was auf Layer3 getan wird, tatsächlich auf Layer2 migriert werden kann, was nur von der Wahl des DA-Layers abhängt.

Wenn auf Layer 2, auf den sich Layer 3 zur Abwicklung stützt, eine Sicherheitslücke auftritt oder die Aktivität nachlässt, kann Layer 3 kostengünstig auf einen anderen Layer 2 migrieren oder sich für DA und Abwicklung sogar direkt auf Layer 1 verlassen und so zu einem Layer 2 werden. Aufgrund der engen Integration mit dem Ethereum-Ökosystem sind auf Layer 3 viele innovative Spielmöglichkeiten möglich.

Ausblick von Layer 3 bis LayerX

Aktueller Entwicklungsstand von Layer3

Am 22. Juni veröffentlichte Offchain Labs Tools zur Ausgabe der Arbitrum Orbit Chain. Orbit Chain ist eine Layer-3-Plattform, die auf Arbitrums Layer 2 aufbaut. Für die Abwicklung kann eine von drei Layer-2-Plattformen genutzt werden: Arbitrum One, Arbitrum Nova und Arbitrum Goerli. Nutzer können zwischen Rollup- und Anytrust-Technologie wählen. Der Unterschied besteht darin, dass Anytrust einen DAC verwendet, anstatt Transaktionsdaten an die Kette zu übermitteln, was günstiger, aber weniger sicher ist. Zu den Vorteilen der Orbit Chain gehören der einfache Startvorgang, die Interoperabilität mit dem Arbitrum-Ökosystem, sofortige Updates von Nitro und die EVM+-Kompatibilität von Stylus (unterstützt Rust, C und C++ und läuft auf der virtuellen WASM-Maschine). Nutzer können jede beliebige Orbit Chain ohne Einschränkungen ausgeben, die Abwicklung muss jedoch auf Arbitrums Layer 2 erfolgen. Andernfalls müssen sie sich zur Autorisierung an Offchain Labs oder die Arbitrum DAO wenden.

Am 26. Juni kündigte zkSync an, seinen bestehenden Open-Source-Code in den kommenden Wochen zu überarbeiten und ZK Stack zu starten. Damit können Nutzer ihre eigenen ZK-Superchains individuell gestalten und erstellen. Im Gegensatz zur Orbit Chain von Arbitrum legt ZK Stack Wert auf Souveränität und Interoperabilität und ermöglicht Nutzern eine vollständige Anpassung an ihre Bedürfnisse. Mit ZK Stack erstellte Chains ermöglichen brückenlose Interoperabilität. ZK Stack kann sowohl für Layer 2 als auch für Layer 3 verwendet werden, ohne offizielle Einschränkungen oder Anforderungen für die Abwicklung auf zkSync. In dieser Hinsicht scheint ZK Stack mehr Souveränität zu bieten.

StarkWare, das Team, das das Layer-3-Konzept erstmals vorgeschlagen hat, fördert aktiv die Layer-3-Entwicklung innerhalb seines Starknet-Ökosystems. Madara testet derzeit den öffentlichen Stack. Beim @PragmaOracle-Hackathon nutzte ein Team Madara, um innerhalb von 24 Stunden eine App-Chain zu starten. Aufgrund der einzigartigen zk-STARK-Proof-Technologie von Starknet ist die technische Reife jedoch noch relativ gering, sodass vor der Veröffentlichung des Starknet-Stacks möglicherweise weitere Entwicklungen erforderlich sind, um das Produkt zu verfeinern.

Das aktuelle Layer-3-Ökosystem befindet sich noch in der Anfangsphase, doch mit der Einführung praktischer Layer-2-Chain-Starttools wird davon ausgegangen, dass Layer 3 bald offiziell gestartet wird. Mit der schrittweisen Verbesserung der Infrastruktur ist die Gewinnung von Nutzern zu einem wichtigen Anliegen aller Chains geworden.

Layer3 ist da, ist LayerX weit zurück?

Aus technischer Sicht lassen sich Leistungssprünge auf Layer 3 nicht mehr durch einfaches Stacking erzielen. Zwar lassen sich durch individuelle Anpassungen spezifische Vorteile erzielen, doch der Verlust an Vielseitigkeit erschwert weiteres Stacking. Obwohl ein solches Stacking möglich ist, ist das Forschungsteam von LK Venture davon überzeugt, dass ein solches Stacking derzeit nicht alle Anforderungen erfüllen kann und die Systemkomplexität exponentiell erhöhen wird.

Am wichtigsten ist, dass Layer 1, Layer 2 und Layer 3 zwar eng miteinander verbunden sind (z. B. das Ethereum-Ökosystem) und die Interoperabilität stärker ist als zwischen traditionellen heterogenen Ketten (Cross-Chain-Transaktionen sind günstiger), sie aber dennoch nicht vollständig von den Ökosystemen der anderen profitieren können. Auf Arbitrum One bereitgestellte Verträge können nicht direkt auf Orbit Chain aufgerufen werden; und die Liquidität von auf zkSync bereitgestellten DEXs kann nicht direkt zum ZK-Stack aggregiert werden.

Derzeit sind Einkaufszentren entstanden, die immer höher werden, aber es gibt nicht viele Verkäufer und Kunden. Obwohl es im Erdgeschoss viele Geschäfte (Ethereum) gibt, zögern die Leute immer noch, in die oberen Stockwerke zum Einkaufen zu gehen, da es dort nicht so viele Verkäufer gibt wie in den unteren Stockwerken.

Daher ist das Investment-Research-Team von LK Venture davon überzeugt, dass Layer 3 vor der großflächigen Anwendung der Blockchain-Technologie wahrscheinlich Schwierigkeiten haben wird, eine nennenswerte Nutzerbasis zu gewinnen. Was Layer 4, Layer 5 und schließlich Layer N betrifft, so werden bestimmte Anwendungen, selbst wenn sie spezifische Anforderungen haben, wahrscheinlich nicht unter dem Layer-N-Banner beworben.

Wie das alte Sprichwort sagt: Tao erzeugt Eins, Eins erzeugt Zwei, Zwei erzeugt Drei und Drei erzeugt alle Dinge. Endet die Ethereum-Skalierungsgeschichte auf Ebene 3? Es wird einige Zeit dauern, bis sich das zeigt.