Die Blockchain-Adoption nimmt weiter zu und damit auch die Bedeutung der Skalierung im Ökosystem. Durch die Verbesserung der Durchsatzraten des Systems können neue Anwendungen geschaffen und ein höheres Transaktionsvolumen erreicht werden. Im Zusammenhang mit der Skalierbarkeit der Blockchain steht häufig die Debatte über Layer 1 und Layer 2 im Mittelpunkt.
Zur Verbesserung der Sicherheit des Netzwerkes wurden Blockchain-Layer geschaffen. In diesem Artikel erklären wir dir, wie diese Systeme zur Verbesserung der Interoperabilität zwischen Blockchains zusammenarbeiten.
Das erwartet dich in diesem Artikel:
Was ist das Blockchain-Trilemma?
Das Blockchain-Trilemma bezieht sich auf die Fähigkeit einer Blockchain, drei Eigenschaften der Hauptprinzipien gleichermaßen zu besitzen: Sicherheit, Dezentralisierung und Skalierbarkeit.
Das Trilemma besagt, dass eine Blockchain nur zwei der drei Eigenschaften besitzen kann. Niemals aber alle drei gleichzeitig! Folglich ist die aktuelle Blockchain-Technologie immer dazu gezwungen, eine der grundlegenden Eigenschaften für die Funktionalität zu opfern. Ein Paradebeispiel dafür ist Bitcoin. Die Blockchain konnte die Dezentralisierung und die Sicherheit optimieren, büßte dafür aber im Bereich der Skalierbarkeit ein.
Derzeit gibt es keine Kryptowährung, die das Maximum aus allen drei Merkmalen herausholt. Oder anders gesagt: Kryptowährungen priorisieren immer zwei Merkmale zum Nachteil des dritten.
Viele Entwickler arbeiten an der Lösung des Blockchain-Trilemmas. Einige der Techniken und Ideen, die das Skalierbarkeitsproblem lösen, wurden bereits umgesetzt. Je nach Grad der Blockchain-Implementierung manifestieren sich diese Konzepte und Techniken entweder als Layer 1-Lösung oder als Layer 2-Lösung.
Zahlreiche Kryptowährungen können Tausende von Transaktionen pro Sekunde verarbeiten, allerdings auf Kosten der Dezentralisierung oder der Sicherheit. Bitcoin und Ethereum sind zwei der sichersten und dezentralsten digitalen Währungen. Cardano, Avalanche und Solana sind Layer 1-Kryptowährungen, die sich die Skalierbarkeitsprobleme von Bitcoin und Ethereum zunutze machten und dadurch bekannt wurden.
Layer 1-Scaling-Lösungen
Um die Unterschiede zwischen Layer 1- und Layer 2-Blockchains zu verstehen, sollten wir uns erst einmal die Definition von Layer 1 anschauen. Wie der Name schon sagt, bezieht sich ein Layer 1-Blockchain-Netzwerk auf das grundlegende Protokoll eines Netzwerkes.
Layer 1-Scaling-Lösungen verbessern den grundlegenden Layer des Blockchain-Protokolls für eine bessere Skalierbarkeit. Dadurch werden viele neue Möglichkeiten geschaffen, um die Skalierbarkeit von Blockchain-Netzwerken zu erhöhen. Layer 1-Lösungen können beispielsweise direkte Änderungen an den Protokollregeln zur Erhöhung der Transaktionskapazität und -geschwindigkeit ermöglichen. Ebenso können Layer 1-Scaling-Lösungen eine größere Kapazität für die Aufnahme zusätzlicher Daten und Nutzer bieten.
Zu den üblichen Skalierungsstrategien für Layer 1 gehört die Erhöhung der Blockgröße oder der Blockerstellungsrate.
Die Blockchain-Debatte über Layer 1 vs Layer 2 berücksichtigt auch die beiden wichtigsten Skalierungslösungen auf Layer 1. Änderungen am Konsensprotokoll und Sharding sind die beiden grundlegenden Möglichkeiten zur Verbesserung der Skalierbarkeit auf Layer 1 in Blockchain-Netzwerken.
Einige Konsensmechanismen wie Proof-of-Stake können effizienter sein als Proof-of-Work Blockchain-Protokolle. Das Sharding erleichtert die Verteilung der Arbeitslast des Netzwerkes auf mehrere Datensätze oder Shards.
Vorteile
- Der offensichtlichste Vorteil von Layer 1-Blockchain-Lösungen ist eine verbesserte Skalierbarkeit. Layer 1-Lösungen erfordern Protokolländerungen zur Verbesserung der Skalierbarkeit.
- Ein Layer 1-Blockchain-Protokoll bietet Dezentralisierung und Sicherheit bei hoher Skalierbarkeit und wirtschaftlicher Tragfähigkeit.
- Layer 1 verbessert die Entwicklung des Ökosystems. Anders gesagt: Layer 1-Scaling-Lösungen können neue Tools, technologische Fortschritte und andere Variablen in die Basisprotokolle einbeziehen.
Nachteile
Ein häufiges Problem von Layer 1-Netzwerken ist die mangelnde Skalierbarkeit. Bitcoin und andere große Blockchains haben Schwierigkeiten, Transaktionen in Zeiten hoher Nachfrage zu verarbeiten. Denn der von Bitcoin verwendete Proof-of-Work (PoW) Konsensmechanismus erfordert eine erhebliche Menge an Rechenressourcen.
Lösungen für die Layer 1-Probleme
Um eine Skalierung des Layer 1-Netzwerkes zu erreichen, sind grundlegende Aktualisierungen der Blockchain erforderlich. Dazu gehören unter anderem:
Verbesserung des Konsensprotokolls
Einige Konsensmechanismen sind effizienter als andere. PoW wird heute als Konsensprotokoll von beliebten Blockchain-Netzwerken wie Bitcoin genutzt. PoW ist zwar sicher, aber häufig auch langsam. Daher entscheiden sich die meisten neuen Blockchain-Netzwerke für den Konsensmechanismus PoS (Proof-of-Stake).
Bei PoS-Systemen ist es nicht erforderlich, Verschlüsselungsalgorithmen mit viel Rechenleistung zu lösen. Stattdessen nutzen die Netzwerkteilnehmer zur Verarbeitung und Verifizierung von Transaktionsblöcken PoS. Ethereum wird nun auch zu einem PoS-Konsensalgorithmus übergehen, um die Kapazität des Netzwerkes zu erhöhen und gleichzeitig die Dezentralisierung zu verbessern und die Netzwerksicherheit zu wahren.
Sharding
Das von dezentralen Datenbanken abgeleitete Sharding entwickelte sich zu einer der beliebtesten Layer 1-Scaling-Lösungen. Beim Sharding wird das gesamte Blockchain-Netzwerk in separate Datensätze, die sogenannten “Shards”, aufgeteilt. Diese einzelnen Shards können dann leichter verarbeitet werden.
Das Netzwerk verarbeitet die Shards parallel und ermöglicht so die sequenzielle Verarbeitung mehrerer Transaktionen. Außerdem wird jede Netzwerk-Node einem bestimmten Shard zugewiesen, statt die vollständige Kopie der Blockchain verwalten zu müssen. Jedes Shard sendet Proofs an die Haupt-Chain, teilt Adressen, allgemeine Statusinformationen und Guthaben mit anderen Shards unter Verwendung der Cross-Shard-Kommunikationssysteme. Neben Zilliqa (zur Zilliqa Kurs-Prognose), Qtum und Tezos untersucht auch das bekannte Blockchain-Protokoll Ethereum 2.0 derzeit den Sharding-Mechanismus.
Layer 2-Scaling-Lösungen
Das Hauptziel der Layer 2-Skalierung ist der Einsatz von Netzwerken und Technologien, die auf einem Blockchain-Protokoll betrieben werden. Mithilfe eines Off-Chain-Protokolls oder -Netzwerkes kann ein Blockchain-Netzwerk eine höhere Skalierbarkeit und Effizienz erreichen.
Layer 2-Scaling-Lösungen funktionieren im Wesentlichen so, dass die Transaktionslast eines Blockchain-Protokolls auf eine Off-Chain-Struktur verlagert wird. Die Off-Chain-Struktur informiert die Haupt-Blockchain über die endgültigen Ergebnisse der übertragenen Transaktionen. Layer 2-Scaling-Lösungen ermöglichen eine effiziente und flexible Delegation von Datenverarbeitungsprozessen. Infolgedessen kommt es auf dem ursprünglichen Blockchain-Protokoll nicht zu Überlastungen.
Das Lightning Network, eine Skalierungslösung für Bitcoin, ist eines der am weitesten verbreiteten Beispiele für eine Layer 2-Scaling-Lösung. Die Debatte um Layer 1 und Layer 2-Blockchains beinhaltet auch viele Lösungen für die Layer 2-Skalierung.
Vorteile
- Einer der wichtigsten Vorteile einer Layer 2-Lösung ist, dass die Lösung die Leistung oder Funktionalität der zugrundeliegenden Blockchain nicht beeinträchtigt und die Gesamtleistung des Netzwerkes nicht verschlechtert.
- Layer 2-Lösungen wie State Channel und Lightning Network beschleunigen die Ausführung mehrerer Mikrotransaktionen. Das liegt daran, dass für die Durchführung solcher Transaktionen keine Überprüfungen oder unnötigen Gebühren anfallen.
Nachteile
- Layer 2 wirkt sich negativ auf die Blockchain-Konnektivität aus. Eines der größten Probleme der Blockchain-Technologie ist derzeit die fehlende Interkonnektivität zwischen verschiedenen Blockchains. Wenn du beispielsweise die Ethereum Blockchain nutzt, kannst du dich nicht mit jemandem auf der Bitcoin Blockchain verbinden. Layer 2 kann dieses Problem noch verstärken, da Layer 2-Nutzer auf die Protokolle der verwendeten Lösungen beschränkt sind.
- Datenschutz- und Sicherheitsaspekte: Die verschiedenen Lösungen bieten ein unterschiedlich hohes Maß an Sicherheit und Datenschutz. Keine der Lösungen bietet allerdings das gleiche Maß an Sicherheit wie die Haupt-Chains. Je nachdem wie wichtig dir der Aspekt der Sicherheit ist, solltest du dir überlegen, welche Layer 2-Lösung du nutzt.
Lösungen für die Layer 2-Probleme
Einige Beispiele für Skalierungslösungen auf Layer 2 sind Nested Blockchains, State Channels und Sidechains.
Nested Blockchains
Bei einer Nested Blockchain handelt es sich um eine Blockchain innerhalb einer anderen Blockchain, genauer gesagt über einer anderen Blockchain. Die Nested Blockchain umfasst in der Regel eine primäre Blockchain, die die Parameter für ein umfangreiches Netzwerk festlegt. Die Ausführung von Transaktionen erfolgt innerhalb eines miteinander verbundenen Netzwerkes sekundärer Chains.
Auf einer Mainchain können viele Blockchain-Ebenen aufgebaut werden, wobei jede eine eigene Parent-Child-Verbindung hat. Die Parent-Chain delegiert Aufgaben an Child-Chains. Diese schließen die Aufgaben ab und senden die Ergebnisse zurück an die Parent-Chain.
Sofern keine Notwendigkeit zur Streitbeilegung besteht, beteiligt sich die Basis-Blockchain nicht an den Netzwerkfunktionen der Sidechains. Durch die Arbeitsverteilung dieses Modells wird die Verarbeitungslast auf der Haupt-Blockchain reduziert. So wird die Skalierbarkeit exponentiell verbessert. Das OMG Plasma Projekt veranschaulicht die Layer 2 Nested Blockchain Infrastruktur, die über Layer 1 des Ethereum Protokolls eingesetzt wird.
State Channels
Ein State Channel ermöglicht eine bidirektionale Kommunikation zwischen einer Blockchain und Off-Chain-Transaktionskanälen. Dadurch wird die Transaktionskapazität und -geschwindigkeit erhöht. Ein State Channel erfordert keine Validierung durch Layer 1 Netzwerk-Nodes. Vielmehr handelt es sich um eine netznahe Ressource, die über Multi-Signatur- oder Smart-Contract-Mechanismen isoliert wird.
Beim Abschluss von Transaktionen in einem State Channel werden der endgültige “Status” des Channels und die Änderungen in die zugrunde liegende Blockchain übertragen. Zu den State Channels gehören Liquid Network, das Raiden Network von Ethereum, Celer und Bitcoin Lightning. State Channels geben einen größeren Teil der Dezentralität für eine bessere Skalierbarkeit auf.
Sidechains
Eine Sidechain ist eine Transaktions-Chain neben einer Blockchain, die in der Regel für Massentransaktionen verwendet wird. Sidechains verwenden einen von der Mainchain unabhängigen Konsensmechanismus und können von den Nutzern hinsichtlich Geschwindigkeit und Skalierbarkeit optimiert werden. Die Hauptfunktionen der Mainchain in einer Sidechain-Struktur bestehen in der Aufrechterhaltung der allgemeinen Sicherheit, der Validierung von Transaktionsdatensätzen und der Beilegung von Streitigkeiten.
Sidechains unterscheiden sich in mehreren grundlegenden Punkten von State Channels. Erstens sind Sidechain-Transaktionen nicht privat zwischen den Teilnehmern, sondern werden öffentlich auf der Blockchain aufgezeichnet. Zweitens wirken sich Sicherheitsverstöße auf einer Sidechain nicht auf die Mainchain oder andere Sidechains aus. Die Infrastruktur einer Sidechain wird in der Regel von Grund auf neu aufgebaut. Die Einrichtung einer Sidechain kann daher mit einem erheblichen Aufwand verbunden sein.
Layer 1 vs. Layer 2: Die größten Unterschiede
Da du jetzt weißt, was Layer 1- und Layer 2-Lösungen sind, schauen wir uns einmal die wichtigsten Unterschiede zwischen den beiden Skalierungslösungen für Blockchains genauer an.
1. Definition
Layer 1-Scaling-Lösungen verändern die Base-Layer des Blockchain-Protokolls, um die gewünschte Verbesserung der Skalierbarkeit zu erreichen. So kann beispielsweise die Blockgröße angepasst werden, um mehr Transaktionen zu verarbeiten. Die Nutzer können außerdem zur Verbesserung der Geschwindigkeit und der Effizienz die Konsensprotokolle ändern.
Layer 2-Scaling-Lösungen funktionieren als Off-Chain-Lösungen, die die Arbeitslast des primären Blockchain-Protokolls aufteilen. Bestimmte Informationsverarbeitungs- und Transaktionsverarbeitungsaufgaben werden vom Hauptnetz eines Blockchain-Protokolls auf Layer 2-Protokolle, -Netzwerke oder -Anwendungen delegiert. Die Off-Chain-Protokolle oder -Lösungen führen die zugewiesenen Aufgaben aus und senden das Ergebnis zurück an den Layer der Haupt-Blockchain.
2. Funktionsweise
Bei Layer 1-Blockchain-Netzwerken konzentriert sich die eigentliche Skalierungsmethode auf die Änderung des Core Protokolls. Da das Blockchain-Protokoll geändert wird, ist es nicht möglich im Falle einer drastischen Abnahme des Transaktionsvolumens, diese Änderungen sofort wieder rückgängig zu machen.
Im Gegensatz dazu funktionieren Layer 2-Scaling-Lösungen als Off-Chain-Lösungen, die unabhängig vom primären Blockchain-Protokoll arbeiten. Off-Chain-Protokolle, -Netzwerke und -Lösungen senden nur die für das unmittelbare Blockchain-Protokoll erforderlichen Ergebnisse.
3. Arten von Lösungen
Die Verbesserung des Konsensprotokolls und das Sharding sind zwei wichtige Arten von Layer 1-Lösungen. Die Skalierung von Layer 1 umfasst zur Gewährleistung der gewünschten Funktionalität Änderungen der Blockgröße oder der Geschwindigkeit der Blockerstellung.
Für die Implementierung von Layer 2-Scaling-Lösungen gibt es praktisch keine Beschränkungen. Jedes Protokoll, Netzwerk oder jede Anwendung kann als Layer 2-Lösung Off-Chain für jedes Blockchain-Netzwerk fungieren.
4. Qualität
Layer 1-Netzwerke dienen als maßgebliche Informationsquelle und sind letztlich für die Abwicklung von Transaktionen verantwortlich. In Layer 1-Netzwerken wird ein nativer Token für den Zugang zu den Netzwerk-Ressourcen verwendet. Ein weiteres wesentliches Merkmal von Layer 1-Blockchain-Netzwerken ist die Innovation beim Design des Konsensmechanismus.
Layer 2-Netzwerke bieten dieselben Funktionen wie Layer 1-Blockchains und darüber hinaus noch zusätzliche Merkmale. Die Layer 2-Netzwerke erhöhen beispielsweise den Durchsatz und die Programmierbarkeit und senken gleichzeitig die Transaktionskosten. Jede Layer 2-Lösung hat eine eigene Methode, um Transaktionen auf den jeweiligen Base-Layer zurückzuführen.
Die Zukunft des Scalings
Die mangelnde Skalierbarkeit trägt dazu bei, dass der Blockchain-Sektor keine breite Akzeptanz für Kryptowährungen erreichen kann. Mit der steigenden Nachfrage nach Kryptowährungen wird auch der Bedarf an Skalierung von Blockchain-Plattformen zunehmen. Sowohl Layer 1- als auch Layer 2-Scaling hat unterschiedliche Kosten und Vorteile. Daher wird die Zukunft der Skalierung eine Kombination Layer 1- und Layer 2-Lösungen beinhalten.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen Layer 1 und Layer 2?
Ist Ethereum eine Layer 1 oder Layer 2 Blockchain?
Gibt es eine Layer 3-Blockchain?
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