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Die erste Schicht umfasst die wichtigsten Netzwerke wie Bitcoin, BNB und Ethereum und die zugrunde liegende Infrastruktur. Layer-1-Blockchains sind in der Lage, Transaktionen ohne Beteiligung eines anderen Netzwerks zu validieren und abzuschließen. Die Entwicklung der Bitcoin-Blockchain hat gezeigt, dass es recht schwierig ist, die Skalierbarkeit von Layer-1-Netzwerken zu verbessern. Als Lösung haben Entwickler Layer-2-Protokolle erstellt, die auf der Sicherheit und dem Konsens des Layer-1-Netzwerks basieren. Lightning Network ist ein Beispiel für ein Layer-2-Protokoll. Es ermöglicht Benutzern, Transaktionen frei durchzuführen, ohne Informationen in der öffentlichen Blockchain aufzuzeichnen.

Einführung

Layer One und Layer Two sind Begriffe, die helfen, die Architektur verschiedener Blockchains, Projekte und Entwicklertools zu verstehen. Um den Zusammenhang zwischen Polygon und Ethereum bzw. Polkadot und seinen Parachains zu verstehen, ist es notwendig, die verschiedenen Schichten der Blockchain zu untersuchen.

Was ist die erste Ebene?

Layer-1-Netzwerke sind die wichtigsten Blockchains, zu denen BNB Smart Chain (BNB), Ethereum (ETH), Bitcoin (BTC) und Solana gehören. Sie werden als Tier-1-Netzwerke eingestuft, da sie als Hauptnetzwerke in ihrem Ökosystem dienen. Darüber hinaus gibt es auch Off-Chain-Lösungen – Blockchains der zweiten Ebene, die auf den Haupt-Blockchains aufbauen.

Mit anderen Worten: Das Layer-1-Protokoll verarbeitet und schließt Transaktionen auf seiner eigenen Blockchain ab. Es gibt auch einen nativen Token, der zur Zahlung von Transaktionsgebühren verwendet wird.

Skalierung der Stufe 1

Ein häufiges Problem bei Layer-1-Netzwerken ist die Unfähigkeit zur Skalierung. Bitcoin und andere große Blockchains haben in Zeiten hoher Nachfrage Schwierigkeiten, Transaktionen abzuwickeln. Dies liegt daran, dass Bitcoin einen Proof of Work (PoW)-Konsensmechanismus verwendet, der erhebliche Rechenressourcen erfordert.

Während Proof of Work für Dezentralisierung und Sicherheit sorgt, verlangsamt es oft das Netzwerk, wenn das Transaktionsvolumen zu groß wird. Dies führt in der Folge zu längeren Transaktionsbestätigungszeiten und höheren Provisionskosten.

Blockchain-Entwickler arbeiten seit vielen Jahren an Möglichkeiten, die Skalierbarkeit zu erhöhen, sind jedoch noch nicht zu einer gemeinsamen Lösung gelangt. Zu den möglichen Lösungen für die Level-1-Skalierung gehören:

1. Erhöhen der Blockgröße, um mehr Transaktionen in jedem Block zu verarbeiten.

2. Änderungen am Konsensmechanismus, wie im kommenden Ethereum 2.0-Update.

3. Verwendung von Sharding – einer Form der Datenbankaufteilung.

Die Umsetzung von Verbesserungen für die erste Ebene ist recht schwierig, da nicht alle Netzwerkbenutzer damit einverstanden sind. Dies könnte zu einer Spaltung der Community oder einem Hard Fork führen, wie es 2017 bei Bitcoin und Bitcoin Cash der Fall war.

SegWit

Ein Beispiel für eine Lösung zur Skalierung von Layer-1-Netzwerken ist ein Update des SegWit-Protokolls. Es gelang ihm, den Durchsatz von Bitcoin zu steigern, indem er die Art und Weise änderte, wie Blockdaten organisiert sind (durch die Eliminierung digitaler Signaturen für die Transaktionseingabe). Durch das Update wurde Speicherplatz für blockweise Transaktionen freigegeben, ohne die Sicherheit des Netzwerks zu beeinträchtigen. SegWit wurde über einen abwärtskompatiblen Soft Fork implementiert. Dies bedeutet, dass auch Bitcoin-Knoten, die das Upgrade noch nicht durchlaufen haben, in der Lage sind, Transaktionen abzuwickeln.

Was ist Level-1-Sharding?

Sharding ist eine beliebte Layer-1-Skalierungslösung zur Erhöhung des Transaktionsdurchsatzes. Es handelt sich um eine Form der Datenbankpartitionierung, die auf verteilte Blockchain-Ledger angewendet werden kann. Um die Arbeitslast zu verteilen und die Transaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, werden das Netzwerk und seine Knoten in verschiedene Shards unterteilt. Jeder Shard verwaltet eine Teilmenge der Netzwerkaktivität, das heißt, er verfügt über eigene Transaktionen, Knoten und separate Blöcke.

Durch Sharding entfällt die Notwendigkeit, dass Knoten eine vollständige Kopie der gesamten Blockchain speichern müssen. Stattdessen meldet jeder Knoten der Hauptkette, welche Arbeit geleistet wurde, indem er den Status lokaler Daten teilt, einschließlich des Adressgleichgewichts und anderer wichtiger Kennzahlen.

Erste Ebene und zweite Ebene

Die erste Ebene weist bestimmte technologische Einschränkungen auf, die in der Hauptblockchain kaum zu umgehen sind. Beispielsweise plant Ethereum ein Upgrade auf Proof of Stake (PoS), aber die Entwicklung des Prozesses hat Jahre gedauert.

Einige Anwendungsfälle sind aufgrund von Skalierbarkeitsproblemen einfach nicht mit der ersten Schicht kompatibel. Beispielsweise ist Bitcoin aufgrund seiner langen Transaktionszeiten nicht für Blockchain-Gaming geeignet. Das Spiel kann jedoch weiterhin die Sicherheit und Dezentralisierung der ersten Ebene nutzen. Dazu müssen Sie lediglich eine Layer-2-Lösung auf dem Hauptnetzwerk aufbauen.

Lightning-Netzwerk

Second-Tier-Lösungen bauen auf der ersten Schicht auf und nutzen diese zur Abwicklung von Transaktionen. Ein berühmtes Beispiel ist das Lightning Network. In Zeiten hoher Nachfrage kann die Verarbeitung von Transaktionen im Bitcoin-Netzwerk mehrere Stunden dauern. Das Lightning Network hingegen ermöglicht es Benutzern, schnelle Bitcoin-Zahlungen außerhalb des Hauptnetzwerks durchzuführen, indem nur der Endsaldo dorthin übertragen wird. Im Wesentlichen konsolidiert das Update alle Transaktionen in einem endgültigen Datensatz und spart so Zeit und Ressourcen.

Beispiele für Level-1-Blockchains

Schauen wir uns einige Beispiele für Layer-1-Blockchains an. Es gibt sie in verschiedenen Varianten und viele haben einzigartige Anwendungsfälle. Sie sind nicht auf Bitcoin und Ethereum beschränkt, da jedes Netzwerk die Themen Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit unterschiedlich angeht.

Elrond

Elrond ist ein 2018 gegründetes Layer-1-Netzwerk, das Sharding zur Verbesserung der Leistung und Skalierbarkeit nutzt. Die Elrond-Blockchain kann über 100.000 Transaktionen pro Sekunde (TPS) verarbeiten. Seine beiden einzigartigen Funktionen sind das Secure Proof of Stake (SPoS)-Konsensprotokoll und die Adaptive State Sharding-Technologie.

Adaptive State Sharding-Funktion – Teilen und Zusammenführen von Shards, wenn die Anzahl der Benutzer abnimmt und zunimmt. Die gesamte Netzwerkarchitektur verwendet Sharding, einschließlich ihres Status und ihrer Transaktionen. Validatoren bewegen sich zwischen Shards und verhindern so deren Missbrauch.

EGLD ist der native Token des Netzwerks, der für Transaktionsgebühren, DApps-Bereitstellung und Validator-Belohnungen verwendet wird. Darüber hinaus ist das Elrond-Netzwerk als Carbon Negative zertifiziert, da es die CO2-Emissionen seines PoS-Mechanismus ausgleicht.

Harmonie

Harmony ist ein Layer-1-Netzwerk mit einem effektiven Proof of Stake (EPoS)-Konsensmechanismus und Unterstützung für Sharding. Das Mainnet dieser Blockchain besteht aus vier Shards, die jeweils parallel neue Blöcke erstellen und verifizieren. Jeder Shard behält seine eigene Geschwindigkeit bei, das heißt, jeder Shard kann unterschiedliche Blockhöhen haben.

Um Entwickler und Benutzer anzulocken, verwendet Harmony ein kettenübergreifendes Finanzmodell. Vertrauenslose Brücken mit Ethereum (ETH) und Bitcoin spielen eine Schlüsselrolle dabei, Benutzern den Austausch von Token ohne die mit Brücken verbundenen Risiken zu ermöglichen. Harmony plant, Web3 durch dezentrale autonome Organisationen (DAOs) und wissensfreie Beweise zu skalieren.

Harmony erfreut sich bei den Nutzern immer größerer Beliebtheit, da klar wird, dass die Zukunft von DeFi (dezentrales Finanzwesen) in Multi- und Cross-Chain-Fähigkeiten liegt. Dieses Netzwerk konzentriert sich hauptsächlich auf NFT-Infrastruktur, DAO-Tools und Interprotokollbrücken.

Sein nativer Token ONE wird zur Zahlung von Transaktionsgebühren verwendet. Es kann auch eingesetzt werden, um am Konsensmechanismus und der Governance von Harmony teilzunehmen. Für diese Aktionen erhalten Netzwerkvalidatoren Blockbelohnungen und Transaktionsgebühren.

Stirn

Celo ist ein Layer-1-Netzwerk, das als Ergebnis der Go Ethereum (Geth)-Abzweigung im Jahr 2017 entstand. Es wurden jedoch einige wesentliche Änderungen vorgenommen, darunter die Einführung von PoS und einem einzigartigen Adresssystem. Das Celo Web3-Ökosystem umfasst DeFi, NFTs und Zahlungslösungen mit über hundert Millionen bestätigten Transaktionen. Celo-Benutzer können eine Telefonnummer oder E-Mail-Adresse als öffentlichen Schlüssel verwenden. Blockchain läuft problemlos auf Standardcomputern und erfordert keine spezielle Hardware.

CELO ist ein Utility-Token, der zur Bezahlung von Transaktionen, zur Bereitstellung von Sicherheit und Belohnungen verwendet wird. Das Celo-Netzwerk verfügt auch über benutzergenerierte Stablecoins cUSD, cEUR und cREAL. Ihre Bindungen werden durch einen Mechanismus aufrechterhalten, der dem DAI von MakerDAO ähnelt. Allerdings können Transaktionen mit Celo-Stablecoins mit jedem anderen Celo-Asset bezahlt werden.

Das CELO-Adresssystem und die Stablecoins zielen darauf ab, die Zugänglichkeit des Netzwerks für neue Benutzer zu verbessern, die möglicherweise von der Volatilität des Kryptowährungsmarktes eingeschüchtert sind.

THORChain

THORChain ist eine öffentliche dezentrale Cross-Chain-Börse (DEX). Es handelt sich um ein First-Layer-Netzwerk, das mit dem Cosmos SDK erstellt wurde. THORChain nutzt außerdem den Tendermint-Konsensmechanismus zur Validierung von Transaktionen. Das Hauptziel von THORChain besteht darin, dezentrale kettenübergreifende Liquidität bereitzustellen, ohne dass Vermögenswerte gebunden oder verpackt werden müssen. Das Netzwerk ist bei Cross-Chain-Investoren beliebt, da die Notwendigkeit, Münzen zu binden und zu verpacken, mit zusätzlichem Risiko verbunden ist.

Im Wesentlichen fungiert THORChain als Tresormanager, der Ein- und Auszahlungen kontrolliert. Dies trägt dazu bei, dezentrale Liquidität zu schaffen und zentralisierte Vermittler zu eliminieren. RUNE ist der native Token von THORChain, der für Transaktionsgebühren, Governance, Sicherheit und Verifizierung verwendet wird.

Das Automatic Market Maker (AMM)-Modell von THORChain verwendet RUNE als Basispaar, sodass der Token gegen jeden anderen unterstützten Vermögenswert eingetauscht werden kann. In gewisser Weise funktioniert das Projekt wie ein kettenübergreifendes Uniswap-Projekt, wobei RUNE als Abwicklungs- und sicherer Hafen für Liquiditätspools dient.

Kava

Kava ist eine Layer-1-Blockchain, die die Geschwindigkeit und Kompatibilität von Cosmos mit der Entwicklerunterstützung von Ethereum kombiniert. Kava Network verfügt über eine separate Blockchain für die Entwicklungsumgebungen EVM und Cosmos SDK. Durch die IBC-Unterstützung in der Cosmos-Kette können Entwickler dezentrale Anwendungen bereitstellen, um nahtlos zwischen den Ökosystemen Cosmos und Ethereum zu interagieren.

Kava nutzt den Tendermint PoS-Konsensmechanismus, um eine leistungsstarke Anwendungsskalierbarkeit innerhalb der EVM-Blockchain bereitzustellen. Das von KavaDAO finanzierte Kava-Netzwerk bietet außerdem offene On-Chain-Entwickleranreize, die darauf ausgelegt sind, die einhundert besten Projekte in jeder Kette basierend auf der Nutzung zu belohnen.

Dieses Netzwerk verfügt über KAVA, einen nativen Token, der als Utility-Token und Governance-Token fungiert, sowie über einen USDX-Stablecoin, der an den US-Dollar gekoppelt ist. KAVA wird zur Zahlung von Transaktionsgebühren und zum Einsatz von Vermögenswerten verwendet, um einen Netzwerkkonsens zu erzielen. Benutzer können abgestecktes KAVA an Validatoren delegieren, um einen Anteil am KAVA-Angebot zu erhalten. Staker und Validatoren können auch über Governance-Vorschläge abstimmen, die die Parameter des Netzwerks bestimmen.

IoTeX

IoTeX ist ein 2017 gegründetes Layer-1-Netzwerk mit dem Ziel, Blockchain mit dem Internet der Dinge zu verbinden. Es gibt Benutzern die Kontrolle über die von ihren Geräten generierten Daten und ermöglicht ihnen die Nutzung „maschinengestützter DApps, Assets und Dienste“. Der Netzwerkmechanismus gewährleistet die Speicherung und Sicherheit der Benutzerinformationen.

Die Kombination von IoTeX-Hardware und -Software hat die Entwicklung einer neuen Lösung für effektives Datenschutz- und Datenmanagement ermöglicht. Das daraus resultierende System zur Ableitung digitaler Assets aus realen Daten heißt MachineFi.

IoTeX hat zwei nützliche Hardwareprodukte veröffentlicht, die als Ucam und Pebble Tracker bekannt sind. Ucam ist eine fortschrittliche Heimsicherheitskamera, mit der Sie von überall und in völliger Privatsphäre überwachen können, was in Ihrem Zuhause passiert. Pebble Tracker ist ein 4G-Smart-GPS mit Verfolgungs- und Steuerungsfunktion. Es erfasst nicht nur GPS-Daten, sondern auch Wetterbedingungen in Echtzeit, einschließlich Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftqualität.

IoTeX verfügt über mehrere darauf aufbauende Layer-2-Protokolle. Blockchain bietet die Tools zum Erstellen benutzerdefinierter Netzwerke, die IoT zur Vervollständigung nutzen. Diese Ketten können auch miteinander interagieren und Informationen über IoTeX austauschen. Entwickler können ganz einfach eine neue Subchain erstellen, um die spezifischen Anforderungen eines IoT-Geräts zu erfüllen. IoTeX-Münzen namens IOTX werden zur Zahlung von Transaktionsgebühren, zum Einsatz, zur Governance und zur Netzwerkvalidierung verwendet.

Zusammenfassung

Das moderne Blockchain-Ökosystem verfügt über mehrere Layer-1-Netzwerke und Layer-2-Protokolle. Es ist leicht, sich von ihnen verwirren zu lassen, aber sobald Sie ihre Prinzipien verstanden haben, wird es einfacher sein, ihre Struktur zu verstehen. Dieses Wissen kann bei der Erkundung neuer Blockchain-Projekte hilfreich sein, insbesondere wenn es um Netzwerkinteroperabilität und kettenübergreifende Lösungen geht.