Was sind Cross-Chain-Brücken? Eine ausführliche Anleitung

In den letzten Jahren hat sich die Landschaft der öffentlichen Blockchains mit der Entstehung vieler neuer Smart-Contract-fähiger Blockchains erheblich weiterentwickelt, was die Notwendigkeit einer kettenübergreifenden Interoperabilität im Kryptoraum unterstreicht. Pioniere wie Bitcoin und Ethereum gelangten zum Mainstream, stießen jedoch bald auf Einschränkungen in Bezug auf Geschwindigkeit, Skalierbarkeit und kettenübergreifende Transaktionen, die ihr volles Potenzial beeinträchtigten. Dies führte zum Aufkommen von Layer-1- und Layer-2 -Lösungen, die sich mit Skalierbarkeit und Geschwindigkeit befassen, aber auch neue Herausforderungen mit sich bringen, wie beispielsweise die mangelnde Kommunikation zwischen verschiedenen Blockchains.

Das Aufkommen zahlreicher Layer-1- und Layer-2-Blockchains, jede mit ihren eigenen Kompromissen und Fähigkeiten, hat die Multichain-Zukunft zur gegenwärtigen Realität gemacht. Da das Blockchain-Ökosystem wächst, besteht ein wachsender Bedarf an verbesserter Interoperabilität zwischen diesen verschiedenen Netzwerken. Entwickler haben fleißig Cross-Chain- und Multi-Chain-Protokolle erstellt, um diese Kommunikation zu erleichtern, und der Leitfaden befasst sich eingehend mit dem Cross-Chain-Ökosystem und hebt die Bedeutung und Kategorisierung von Cross-Chain-Anwendungen hervor.

Das Web3- Ökosystem entwickelt sich auch zu einer Multi-Chain-Umgebung mit dezentralen Anwendungen, die über verschiedene Blockchains und Layer-2-Lösungen verteilt sind und jeweils einzigartige Sicherheits- und Vertrauensansätze aufweisen. Angesichts der anhaltenden Herausforderungen bei der Skalierbarkeit wird erwartet, dass sich der Trend zu mehr Blockchains, einschließlich Layer-2- und Layer-3-Lösungen und anwendungsspezifischen Netzwerken, fortsetzt. Allerdings erfordert die angeborene Unfähigkeit von Blockchains, nativ zu kommunizieren, robuste Interoperabilitätslösungen, um das volle Potenzial dieses Multi-Chain-Ökosystems auszuschöpfen. Im Mittelpunkt stehen dabei kettenübergreifende Messaging-Protokolle, die es Smart Contracts ermöglichen, über Blockchain-Grenzen hinweg zu interagieren.

Trotz des innovativen Fortschritts waren kettenübergreifende Brücken, die für die Interoperabilität von entscheidender Bedeutung sind, häufige Ziele von Hackern, was Fragen zu ihrer Notwendigkeit und Sicherheit aufwirft. Diese Brücken sind in einer Landschaft, in der Hunderte von Blockchains mit unterschiedlichen Funktionen isoliert existieren und nicht in der Lage sind, effektiv zu kommunizieren oder Daten auszutauschen, von entscheidender Bedeutung. Beispielsweise können Ethereum-Benutzer nicht direkt mit dem Bitcoin-Netzwerk interagieren und umgekehrt. Cross-Chain-Brücken dienen dazu, diese unterschiedlichen Netzwerke zu verbinden, ermöglichen die Übertragung von Vermögenswerten und Informationen und ermöglichen so einen wirklich interoperablen, mehrkettigen Zugriff auf Protokolle und dezentrale Anwendungen ( DApps ).

Da die Blockchain-Welt weiter wächst und sich diversifiziert, wird der Bedarf und die Entwicklung von Cross-Chain-Brücken immer wichtiger. Sie beseitigen nicht nur die inhärenten Einschränkungen früher Blockchains, sondern ebnen auch den Weg für eine vernetztere und funktionalere Multi-Chain-Zukunft, trotz der Herausforderungen und Sicherheitsbedenken, die kontinuierlich angegangen werden müssen.

Was sind Cross-Chain-Brücken?

Cross-Chain-Brücken, auch Blockchain-Brücken genannt, dienen als wichtige Infrastruktur im Blockchain-Ökosystem und ermöglichen nahtlose Asset- und Informationsübertragungen zwischen unabhängigen Netzwerken. Diese Interoperabilität ist von entscheidender Bedeutung, da Blockchains, ähnlich wie Silos, von Natur aus nicht über die Fähigkeit zur direkten Kommunikation verfügen. Beispielsweise kann natives Bitcoin (BTC) nicht im Ethereum-Netzwerk verwendet werden, und umgekehrt kann Ether (ETH) nicht im Bitcoin-Netzwerk verwendet werden. Diese Isolation steht in krassem Gegensatz zu traditionellen Systemen wie dem Bankwesen, bei denen Interoperabilität häufiger vorkommt.

Die zunehmende Beliebtheit von Blockchain-Brücken ist eine direkte Reaktion auf die Erweiterung des Blockchain-Ökosystems. Anfangs verließen sich die Nutzer überwiegend auf Ethereum für dezentrale Anwendungen (dApps) oder Bitcoin für Überweisungen mit hohem Betrag. Einschränkungen in beliebten Blockchains wie Ethereum haben jedoch die Entwicklung neuer Plattformen vorangetrieben, die Vorteile wie niedrigere Transaktionsgebühren und einen höheren Netzwerkdurchsatz bieten. Trotz dieser Fortschritte blieb die Frage der Asset-Portabilität zwischen älteren und neueren Blockchain-Netzwerken eine erhebliche Hürde.

Beispielsweise erfordert die Übertragung von Geldern von Ethereum in ein Layer-2-Netzwerk wie Polygon traditionell die Umwandlung von ETH in MATIC über zentralisierte Börsen wie Coinbase oder Binance , bevor sie an das Polygon-Netzwerk übertragen werden. Der Prozess ist ebenso umständlich, wenn Gelder zurück zu Ethereum transferiert werden. Cross-Chain-Brücken lösen dieses Problem, indem sie einen einfacheren Mechanismus für den Geldtransfer zwischen verschiedenen Netzwerken bieten. Seit der Einführung einer der frühesten Brücken, Wanchain , im Jahr 2018 wurden zahlreiche Brücken eingeführt, jede mit einzigartigen Kompromissen und Anwendungsfällen.

Diese Brücken fungieren als „Mittelsmann“ und erleichtern die Übertragung von Token, die Ausführung intelligenter Verträge und den Datenaustausch zwischen zwei unabhängigen Ketten. Beispielsweise kann eine Cross-Chain-Brücke die Verwendung von Bitcoin auf der Ethereum-Blockchain ermöglichen, indem sie BTC umschließt. Diese Interoperabilität verbessert das Benutzererlebnis erheblich, erhöht die Liquidität für dApps und verbessert die Gesamteffizienz der Vermögenswerte.

Allerdings verfügen Blockchains von Natur aus nicht über die Fähigkeit, andere Netzwerke zu überwachen oder mit ihnen zu interagieren, da jedes Netzwerk seinen eigenen Regeln, Governance-Strukturen und kulturellen Elementen unterliegt. Dieser Mangel an Kommunikation zwischen den Blockchains behindert die wirtschaftliche Aktivität innerhalb des Web3-Ökosystems, da isolierte Netzwerke effektiv als separate Volkswirtschaften ohne Konnektivität funktionieren.

Um die Bedeutung von Cross-Chain-Brücken zu kontextualisieren, kann man Blockchains mit verschiedenen Kontinenten vergleichen, die durch riesige Ozeane getrennt sind. Jeder Kontinent mag zwar über einzigartige Ressourcen und Fähigkeiten verfügen, aber ohne die Infrastruktur, die sie miteinander verbindet, wie zum Beispiel Brücken oder Tunnel, können sie nicht von den Stärken des anderen profitieren. Ebenso kann das gesamte Ökosystem durch die Verbindung unterschiedlicher Blockchains und Skalierungslösungen die individuellen Qualitäten jedes Netzwerks nutzen und so zu einer vernetzteren und wohlhabenderen digitalen Welt führen.

Wie funktioniert eine Cross-Chain-Brücke?

Cross-Chain-Bridging, ein wesentlicher Bestandteil der Blockchain-Interoperabilität, umfasst typischerweise das Sperren oder Vernichten von Krypto-Assets in einer Kette und das Entsperren oder Minten dieser Vermögenswerte in einer anderen. Dieser durch Smart Contracts verwaltete Prozess ist von zentraler Bedeutung für die Funktionalität von Cross-Chain-Brücken, die unabhängige Blockchains verbinden und die nahtlose Übertragung digitaler Vermögenswerte ermöglichen.

Die meisten Cross-Chain-Brücken verwenden entweder die Modelle „ Lock & Mint “ oder „ Burn & Release “. Bei der Lock & Mint-Methode werden Token auf einer Quellblockchain (Kette 1) gesperrt und eine entsprechende Anzahl neuer Token wird auf der Zielblockchain (Kette 2) geprägt. Umgekehrt beinhaltet die Burn & Release-Methode das Verbrennen von Token in Kette 2, um die ursprünglichen Vermögenswerte in Kette 1 freizugeben oder freizuschalten, wodurch sichergestellt wird, dass Menge und Wert der Token über beide Ketten hinweg konstant bleiben.

In der Praxis könnte dieser Prozess so aussehen: Eine Benutzerin, Alice, sendet Token A an eine bestimmte Adresse in einer Quell-Blockchain (wie Ethereum), wo es von einem vertrauenswürdigen Prüfer oder Verwahrer gesperrt wird. Dementsprechend wird eine gleiche Menge an Token B auf der Ziel-Blockchain (z. B. Polygon) geprägt, die Alice dann verwenden kann. Wenn Alice zu Token A zurückkehren muss, werden die verbleibenden Token B-Einheiten verbrannt und Token A wird wieder in ihrer ursprünglichen Wallet freigegeben.

Cross-Chain-Brücken beschränken sich nicht nur auf Token-Transfers; Sie können auch die Umwandlung intelligenter Verträge und den Datenaustausch zwischen Blockchains erleichtern. Beispielsweise kann Bitcoin (BTC) in einem Smart Contract gesperrt werden, um einen entsprechenden Betrag in Wrapped Bitcoin (wBTC) im Ethereum-Netzwerk zu erstellen, sodass BTC-Inhaber mit dem Ökosystem von Ethereum interagieren können.

Diese Brücken gibt es in verschiedenen Ausführungen, darunter „ Lock and Mint “, „ Burn and Mint “ und „ Lock and Unlock “. Jeder Typ hat seine spezifischen Mechanismen, dreht sich jedoch im Allgemeinen um das Sperren, Prägen und Entsperren von Token, um Liquidität und Nutzen in verschiedenen Blockchain-Netzwerken sicherzustellen.

Darüber hinaus können Cross-Chain-Brücken beliebige Datennachrichtenfunktionen integrieren, was nicht nur die Übertragung von Token, sondern auch jede Art von Daten zwischen Blockchains ermöglicht. Diese programmierbaren Token-Brücken ermöglichen komplexere Funktionen wie Token-Austausch, Verleihen, Abstecken oder Einzahlen in einen Smart Contract in der Zielkette.

Im Wesentlichen stellen Cross-Chain-Brücken eine kritische Infrastruktur im Blockchain-Ökosystem dar, die den Token-Nutzen erhöht und die Liquidität zwischen verschiedenen Netzwerken erleichtert. Ihre Entwicklung ist von zentraler Bedeutung für das Wachstum und die Effizienz der Blockchain-Welt und ermöglicht vernetztere und vielseitigere Blockchain-Operationen.

Welche potenziellen Risiken bestehen bei der Verwendung von Cross-Chain-Brücken?

Cross-Chain-Brücken bringen zahlreiche Vorteile für das Blockchain-Ökosystem mit sich, sind jedoch nicht ohne Risiken, einschließlich Diebstahl, Fehlfunktionen und Anfälligkeit für Hackerangriffe. Schauen wir uns einige der spezifischen Schwachstellen an, die mit Cross-Chain-Brücken verbunden sind:

Risiko des Gelddiebstahls : Bei Brücken, bei denen das Vertrauen in Depotbanken liegt, besteht das Risiko, dass diese Parteien böswillig handeln und Benutzergelder missbrauchen. Um dies zu mildern, verlangen einige Brücken von den Depotbanken die Bereitstellung einer finanziellen „Anleihe“, die im Falle eines Fehlverhaltens verfallen kann.
Probleme mit der betrieblichen Liveness : Die Funktionalität einer Cross-Chain-Brücke hängt stark von der aktiven Beteiligung von Validatoren oder Depotbanken ab. Wenn diese Parteien ihren Aufgaben nicht nachkommen, könnte die Brücke außer Betrieb gesetzt werden, was zu potenziellen Zensurproblemen oder dem Einfrieren von Benutzervermögen führen könnte.
Schwachstellen gegenüber böswilligen Angriffen : Während dezentrale Brücken versuchen, Vertrauensanforderungen zu minimieren und die Sicherheit zu erhöhen, sind sie nicht narrensicher. Diese Brücken nutzen häufig Orakel und intelligente Verträge für Vermögensübertragungen, die trotz ihrer Vorteile nicht immun gegen Sicherheitsverletzungen sind. Insbesondere wurden bedeutende Hacking-Vorfälle, wie etwa die 600-Millionen-Dollar-Angriffe auf Poly Network und die 350-Millionen-Dollar-Wormhole-Angriffe, auf die Ausnutzung von Schwachstellen in Smart Contracts zurückgeführt.

Liste beliebter Blockchain-Brücken

Kettenübergreifende Brücken spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Interoperabilität und Liquidität im Kryptoraum. Zu den bemerkenswertesten Brücken zählen Wormhole, Polygon Bridge, Harmony Bridge, Avalanche Bridge und Binance Bridge.

Wormhole , jetzt bekannt als Portal, ist ein Nachrichtenprotokoll, das mehrere Ketten verbindet, darunter Solana, Ethereum und andere. Trotz eines großen Hacks bleibt es aufgrund seiner ausgedehnten Netzwerkverbindungen und niedrigen Transaktionsgebühren beliebt. Das Portal ist auf spezielle Validatoren, sogenannte Guardians, angewiesen, um die Bridge-Aktivität zu überwachen und Benutzeranfragen zu überprüfen.

Polygon Bridge verbindet die Sidechain von Polygon mit dem Mainnet von Ethereum und erleichtert so den Transfer von Token und NFTs mit niedrigen Gasgebühren und erhöhter Sicherheit. In ähnlicher Weise ermöglicht Harmony Bridge mithilfe seiner LayerZero-Brücke die Übertragung digitaler Assets zwischen Ethereum-, Binance Smart Chain- und Harmony-Netzwerken.

Avalanche Bridge ist ein bekanntes Protokoll für die Übertragung von ERC-20-Tokens zwischen der C-Kette von Avalanche und Ethereum. Es verwendet einen Prozess zum Sperren, Validieren und Prägen verpackter Token, um diese Übertragung zu erleichtern. Binance Bridge von der führenden Börse Binance bietet eine Ethereum-BNB Smart Chain Bridge an, die eine breite Palette von Token-Konvertierungen unterstützt und außer den nativen Gasgebühren keine Transaktionsgebühren erhebt.

Der einzigartige Ansatz von Polkadot umfasst Parachains, deren Relay-Chain den sicheren Transfer von Vermögenswerten zwischen ihnen ermöglicht. Die Bridge von Polygon zeichnet sich außerdem durch die Integration mit Ethereum und den Fokus auf niedrige Gebühren und Sicherheit aus. Die Brücke von Avalanche ist für ihre Geschwindigkeit bekannt und gehörte zu den ersten Innovatoren auf diesem Gebiet.

Portal Token Bridge bietet trotz seiner Herausforderungen ein robustes Cross-Chain-Swap-Erlebnis und verarbeitet eine beträchtliche Anzahl von Transaktionen mit einem hohen Gesamtwert. Es verbindet über zehn Blockchains, darunter Ethereum, BNB Chain und Polygon. Avalanche Bridge nutzt ChainSafes ChainBridge und verlässt sich auf Relayer, um die Brücke zu sichern, wodurch durch einen Abstimmungsprozess eine zusätzliche Sicherheitsebene hinzugefügt wird.

Jede dieser Brücken trägt mit ihren einzigartigen Funktionen und Sicherheitsmechanismen erheblich zum Blockchain-Ökosystem bei, ermöglicht nahtlose Vermögensübertragungen und verbessert die Gesamtfunktionalität und Fluidität des Kryptoraums.

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