Was ist ein Krypto-Layer 2 und wie funktioniert es?

Um die Blockchain-Technologie zu verstehen, ist es wichtig, bei der Grundlage zu beginnen, die als „ Schicht 1 “ (L1) bekannt ist. Diese Schicht stellt das Fundament dezentraler Netzwerke wie Bitcoin (BTC) und Ethereum (ETH) dar. Diese Plattformen arbeiten mit verteilten Hauptbuchsystemen, die den Besitz und Austausch digitaler Vermögenswerte erleichtern, ohne dass Zwischenhändler erforderlich sind. Das Fehlen einer Abhängigkeit von Dritten bedeutet, dass jeder das L1-Protokoll mit einem persönlichen Computergerät wie einem Laptop oder sogar einem Raspberry Pi bedienen kann.

Das Herzstück von Schicht 1 ist der Konsensmechanismus , der sicherstellt, dass alle Teilnehmer oder Knoten im Netzwerk letztendlich eine Einigung über den Zustand des Systems erzielen – zum Beispiel die Bestätigung der Menge an ETH, die ein Benutzer zu einem bestimmten Zeitpunkt besitzt. Derzeit kann die Schicht 1 des Bitcoin-Netzwerks etwa sieben Transaktionen pro Sekunde verarbeiten, während die Kapazität von Ethereum etwas höher ist, aber immer noch auf mehrere Dutzend Transaktionen pro Sekunde begrenzt ist. Diese Einschränkungen führen zu einem Konkurrenzkampf um Blockplatz.

Dieser Wettbewerb manifestiert sich in Form von Transaktionsgebühren, bei denen Benutzer sich gegenseitig überbieten, um ihre Transaktionen auf der Blockchain zu priorisieren und schneller zu bestätigen. Je höher die von einem Benutzer angebotene Gebühr ist, desto früher wird seine Transaktion wahrscheinlich bearbeitet. Dieser Durchsatzengpass hat häufig zu Überlastungen und höheren Kosten geführt und stellt eine erhebliche Herausforderung hinsichtlich der Skalierbarkeit dar.

Während das intrinsische Gleichgewicht zwischen Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit – oft als Blockchain-Trilemma bezeichnet – eine grundlegende Einschränkung zu sein scheint, wurden Layer-2- Lösungen entwickelt, um diese Einschränkungen zu bewältigen. Technologien wie Rollups für Ethereum und das Lightning Network für Bitcoin sollen die Transaktionskapazität und Effizienz dieser Netzwerke verbessern und bieten eine vielversprechende Möglichkeit, die Hürden zu überwinden, die ihren Layer-1-Gegenstücken innewohnen.

Die Layer-2-Chroniken: Schritte zur Blockchain-Skalierbarkeit

Benutzer von Kryptowährungen stoßen häufig auf hohe Gebühren und verzögerte Transaktionen, da das Netzwerk seine Verarbeitungsgrenze erreicht, die derzeit bei etwa 1,5 Millionen Transaktionen pro Tag und nur etwa 15 Transaktionen pro Sekunde liegt. Stark frequentierte Ereignisse wie der Verkauf virtueller Grundstücke von Yuga Labs Otherside oder der Bullenmarkt 2021 sind ein Beispiel für die Überlastung des Netzwerks und die daraus resultierenden Gebührenspitzen sowie die schleppende Anwendungsleistung.

Layer-2-Lösungen oder „L2s“ sind die technologischen Innovationen, die diesen Engpass beseitigen sollen. Diese L2s fungieren als zusätzliche Autobahnen zum geschäftigen Hauptnetz von Ethereum und bieten beschleunigte und kosteneffiziente Transaktionen, profitieren aber dennoch von der Sicherheit und dem dezentralen Charakter des zugrunde liegenden Netzwerks. Stellen Sie sich L2s als Ausfallstraßen vor, die entlang der Hauptverkehrsstraße der Blockchain verlaufen und über Auf- und Abfahrten für einen einfachen Zugang verfügen und eine schnelle Alternative zu den überlasteten Hauptstraßen bieten.

Arbitrum, Optimism und zk-Sync sind die beliebtesten L2-Netzwerke auf Ethereum, während das Lightning Network eine ähnliche Funktion für Bitcoin-Benutzer erfüllt. Zusammen haben diese Netzwerke eine Marktkapitalisierung von nahezu 2 Milliarden US-Dollar, was ihre entscheidende Rolle bei der Skalierbarkeit der Blockchain widerspiegelt.

Layer 2 zeichnen sich nicht nur dadurch aus, dass sie durch die Bündelung von Transaktionen außerhalb der Kette die Gebühren senken, sondern auch durch einen erweiterten Nutzen, da sie mehr Transaktionen pro Sekunde zu geringeren Kosten verarbeiten können. Dies ermöglicht ein verbessertes Benutzererlebnis und ein breiteres Anwendungsspektrum und zielt letztendlich darauf ab, mit der Effizienz zentralisierter Zahlungsabwickler wie Visa und Mastercard mithalten zu können.

Die Integration von L2s ist von entscheidender Bedeutung, um die mit der Dezentralisierung verbundenen Skalierbarkeitsprobleme zu lösen, die Blockchain-Systemen innewohnen. Während traditionelle Bankensysteme von einer zentralisierten Kontrolle für eine effizientere Zahlungsregulierung profitieren, muss die Blockchain Sicherheit und Transparenz für Tausende von Netzwerkteilnehmern gewährleisten. In diesem Zusammenhang übernimmt Schicht 1 die Rolle der Gewährleistung von Sicherheit und Dezentralisierung, während sich Schicht 2 auf die Skalierung der Transaktionsfähigkeiten konzentriert und gemeinsam an einem Netzwerk arbeitet, das nicht nur schneller, sondern auch benutzerfreundlicher ist und sicherstellt, dass die Blockchain-Technologie den Anforderungen gerecht wird der globalen Marktplätze und werden vielleicht eines Tages den traditionellen Finanzkanälen überlegen sein.

Wie funktioniert Schicht 2?

Protokolle der Schicht 2 (L2) dienen als fortschrittliches Framework für Ethereum, das darauf ausgelegt ist, Transaktionen außerhalb des Hauptnetzwerks von Ethereum (Schicht 1) abzuwickeln und gleichzeitig die robuste Sicherheit zu nutzen, die die Hauptblockkette bietet. Bei diesen Layer-2-Lösungen handelt es sich um separate Blockchains, die die Funktionalität von Ethereum ergänzen und erweitern und eine skalierbare Umgebung bieten, in der das Netzwerk effizienter arbeiten kann.

Der Einfallsreichtum von L2-Lösungen liegt in ihrer Fähigkeit, Schicht 1 erheblich zu entlasten. Dies reduziert nicht nur die Überlastung, sondern verbessert auch die Gesamtskalierbarkeit des Systems. Eine der Schlüsseltechnologien innerhalb der Schicht 2 ist das Konzept der Rollups. Rollups funktionieren, indem sie Hunderte von Transaktionen in einer einzigen Layer-1-Transaktion gruppieren und so die Transaktionsgebühren effektiv auf alle im Rollup einbezogenen Benutzer verteilen und minimieren. Während diese Transaktionen außerhalb von Layer 1 ausgeführt werden, werden ihre Daten dennoch auf Layer 1 gepostet, wodurch die Sicherheit von Ethereum gewahrt bleibt – das Zurücksetzen einer Transaktion innerhalb eines Rollups würde das Zurücksetzen einer Transaktion auf Ethereum selbst erfordern.

Es gibt zwei Hauptformen von Rollups: optimistische und wissensfreie Rollups . Beide Typen unterscheiden sich in der Methode, mit der sie Transaktionsdaten an Schicht 1 übermitteln, aber das Ziel bleibt dasselbe: die Genauigkeit und Sicherheit der Transaktionsdaten zu gewährleisten und gleichzeitig den Großteil der Rechenarbeit auszulagern.

Über Rollups hinaus umfasst Layer 2 auch Sidechains und andere Frameworks, die eine Vielzahl von Anwendungen unterstützen. Einige L2s sind so konzipiert, dass sie offen und zugänglich sind und eine breite Palette von Anwendungen unterstützen, während andere spezialisierter sind und auf spezifische Projektanforderungen zugeschnitten sind. Unabhängig von ihrer Struktur ist das wesentliche Merkmal aller Layer-2-Lösungen ihre Fähigkeit, Transaktionsdaten zurück an Layer 1 zu senden, wo sie sicher im Hauptbuch und in den historischen Aufzeichnungen der Blockchain verankert sind.

Der Layer-2-Bereich ist ein dynamisches Feld mit unterschiedlichem Grad an Zugänglichkeit und Anwendung. Indem sie die Arbeitslast von Schicht 1 entlasten und Transaktionsdaten dorthin zurücksenden, verbessern Schicht-2-Protokolle die Funktionalität, Geschwindigkeit und Effizienz des Ethereum-Netzwerks und wahren gleichzeitig die Integrität und Sicherheit, die mit der Blockchain-Technologie einhergehen. Diese zweischichtige Architektur stellt sicher, dass Ethereum bei seinem weiteren Wachstum und seiner Weiterentwicklung den Anforderungen seiner Benutzer und Anwendungen gerecht werden kann, ohne seine Grundprinzipien zu opfern.

Es gibt verschiedene Arten von Rollups, jede mit ihren eigenen Nuancen. Optimistische und ZK-Rollups (Zero-Knowledge) unterscheiden sich beispielsweise darin, wie sie mit der Hauptkette kommunizieren.

Optimistische Rollups

Optimistische Rollups funktionieren neben der primären Ethereum-Blockchain. Sie verarbeiten Transaktionen parallel, bevor sie die Ergebnisse an die Hauptkette melden. Benutzer bevorzugen diese Rollups aufgrund ihrer niedrigeren Gebühren. Besteht der Verdacht einer betrügerischen Transaktion, kann diese durch Betrugsnachweise angefochten und überprüft werden, die die Transaktion anhand der vorhandenen Staatsdaten rekonstruieren. Während der Auflösungsprozess im Vergleich zu ZK-Rollups länger dauern kann, werden Transaktionen innerhalb des Optimistic-Rollups selbst schnell bestätigt.

Optimistische Rollups sind außerdem vollständig mit der Ethereum Virtual Machine (EVM) kompatibel, was bedeutet, dass sie jede Funktion aus dem Ethereum-Mainnet auf ihrer Ebene spiegeln können. Einige prominente Beispiele für optimistische Rollups sind Lösungen wie Arbitrum, Optimism und Boba.

ZK-Rollups

Im Gegensatz dazu verwenden ZK-Rollups kryptografische Beweise, um die Transaktionsintegrität sicherzustellen. Diese als Gültigkeitsnachweise bezeichneten Beweise – einschließlich SNARKs und STARKs – werden der Hauptkette vorgelegt. ZK-Rollups aktualisieren den Status der Übertragungen auf ihrer Ebene mithilfe dieser Nachweise, ohne dass vollständige Transaktionsdaten erforderlich sind, wodurch der Validierungsprozess rationalisiert wird. Mit der Annahme eines Gültigkeitsnachweises durch den Rollup-Vertrag ist die Richtigkeit der Transaktionen bereits gewährleistet, was den Rücktransport von Geldern zur Hauptkette vereinfacht. Allerdings weisen ZK-Rollups Einschränkungen auf, wie z. B. teilweise EVM-Unterstützung und höhere Rechenanforderungen für bestimmte Vorgänge. Beispiele für ZK-Rollups sind Plattformen wie dYdX, Loopring und zkSync.

Seitenketten

Sidechains wie Funktionalität, aber mit einem ausgeprägten Sicherheitsmodell, das unterschiedliche Risiken birgt, insbesondere im Hinblick auf das Vertrauen in die Sidechain-Betreiber.

Validien

Validien verwenden Gültigkeitsnachweise ähnlich denen in ZK-Rollups, unterscheiden sich jedoch dadurch, dass Transaktionsdaten nicht in der Hauptkette gespeichert werden. Sie können mehrere Ketten parallel betreiben, von denen jede Tausende von Transaktionen pro Sekunde verarbeiten kann. Aufgrund ihres Bedarfs an spezialisierteren Programmiersprachen ist die Unterstützung für Smart Contracts jedoch eingeschränkter.

Sowohl Sidechains als auch Validiums bieten ähnliche Vorteile wie reduzierte Transaktionsgebühren und hohe Verarbeitungskapazität, obwohl sie keine echten Layer-2-Lösungen wie Rollups sind. Sie bieten alternative Skalierungsmethoden, gehen jedoch aufgrund ihrer separaten Betriebsrahmen mit besonderen Sicherheitsaspekten einher.

Zukunft der L2-Blockchains

Da sich das Blockchain-Ökosystem weiterentwickelt und der Schwerpunkt zunehmend auf der Akzeptanz durch den Mainstream liegt, werden Skalierbarkeitslösungen immer wichtiger. Es wird erwartet, dass die Weiterentwicklungen von Ethereum auf Ebene 1 (L1), wie etwa die Umstellung auf einen Proof-of-Stake-Konsensmechanismus und die Einführung von Sharding, die Leistung verbundener Netzwerke auf Ebene 2 (L2) erheblich steigern werden. Diese L2-Lösungen sind bereit, beispiellose Transaktionsgeschwindigkeiten und Kostensenkungen zu bieten und das Wachstum dezentraler Anwendungen, insbesondere im DeFi- Sektor, weiter zu ermöglichen.

Die Weiterentwicklung von L2-Lösungen wird entscheidend dazu beitragen, eine Multichain-Umgebung zu fördern, die Blockchain-Interoperabilität zu verbessern und neue Möglichkeiten im Handel mit digitalen Vermögenswerten zu ermöglichen. Da die Anzahl der Brücken zwischen L2-Plattformen zunimmt, können Benutzer von einem nahtlosen Erlebnis und der Eröffnung neuer Wege bei Blockchain-Interaktionen profitieren.

Der Weg zu einer dezentralen Landschaft ist jedoch nicht ohne Komplexität. Während L2-Protokolle ideologisch der Dezentralisierung verpflichtet sind, umfasst die praktische Umsetzung häufig zentralisierte Elemente. Dies zeigt sich in Szenarien wie dem Lightning Network für Bitcoin, wo Benutzer trotz des dezentralen Protokolls aus Bequemlichkeitsgründen tendenziell verwahrte Wallets und Dienste bevorzugen. In ähnlicher Weise beginnen viele Ethereum-L2-Lösungen mit zentralisierten Funktionen, die im Laufe der Zeit schrittweise dezentralisiert werden sollen, um schnellere Aktualisierungen und Entwicklungen in den frühen Phasen zu ermöglichen.

Für Blockchain-Benutzer ist es eine Herausforderung, das wahre Ausmaß der Dezentralisierung innerhalb dieser Protokolle zu erkennen. Projekte wie L2Beat liefern wichtige Einblicke in den Dezentralisierungsstatus der L2-Netzwerke von Ethereum und unterstreichen die Bedeutung sorgfältiger Forschung und eines vorsichtigen Ansatzes bei der Navigation im Kryptoraum.

Mit dem Fortschritt der Branche werden Zusammenarbeit und Innovation der Schlüssel zur Bereitstellung von L2-Lösungen und dezentralen Anwendungen ( DApps ) sein, die die Welt in Richtung einer dezentralen Wirtschaft voranbringen und gleichzeitig die Grundprinzipien von Sicherheit, Dezentralisierung und Skalierbarkeit wahren.

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