Was sind Layer-2-Skalierungslösungen?

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Das Mondrennen der Blockchain ist im Gange, während sich das Ökosystem mit der Entwicklung von Skalierbarkeitslösungen auseinandersetzt, um die Nachfrage zu befriedigen, ohne auf Sicherheit oder Dezentralisierung zu verzichten – das klassische Blockchain-Trilemma.

Das schnelle Wachstum bei dezentralen Finanzen, NFTs und Spielen hat dazu geführt, dass die Akzeptanz insbesondere das Ethereum-Netzwerk überlastet, was zu Engpässen und hohen Transaktionsgebühren führt, da es nur wenige Transaktionen pro Sekunde verarbeiten kann, wodurch viele dApps zeitweise nutzbar sind.

Der Übergang von Ethereum zu einem Proof-of-Stake-Sharded-Netzwerk könnte einen Teil dieses Drucks auf Layer 1 verringern, indem das Sharding das Ethereum-Netzwerk in neue Ketten oder Shards aufteilt, um die Last zu verteilen, die Überlastung zu reduzieren und die Transaktionen pro Sekunde zu erhöhen.

Da die vollständige Bereitstellung jedoch noch Jahre entfernt ist und die Beteiligung nicht in absehbarer Zeit nachlässt, hat der dringende Bedarf an skalierbaren Lösungen die Einführung der Layer-2-Technologie beschleunigt, die auf Ethereums Layer 1 läuft, anstatt zu versuchen, dies zu tun Verbesserung der Leistung auf der Basisschicht.

Layer 2 und die zugehörige Technologie bieten mehrere verschiedene Lösungen für die Skalierung von Ethereum, jede mit ihren eigenen Vorteilen und Kompromissen, darunter:

  • Plasma
  • Seitenketten
  • Staatliche Kanäle und Zahlungskanäle
  • Optimistische Rollups
  • ZK-Rollups
  • Gültigkeit
  • Aggregatoren
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Als eine der ersten viel diskutierten Layer-2-Skalierungslösungen verwenden staatliche Kanäle Mehrfachsignaturverträge, damit die Teilnehmer schnell und häufig außerhalb der Kette tätig werden können und sich bei Bedarf für die Endgültigkeit auf Layer 1 zurückziehen.

Staatskanäle können komplexere Interaktionen wie ein Spiel verwalten, während Zahlungskanäle vereinfachte Staatskanäle sind, die nur Zahlungen zwischen zwei Teilnehmern abwickeln. Staatliche Kanäle ermöglichen einen extrem hohen Transaktionsdurchsatz zu sehr geringen Kosten, was sie ideal für Mikrozahlungen macht. Der Zeit- und Kostenaufwand für die Einrichtung und Abwicklung von Kanälen ist jedoch für Einmalzahlungen nicht optimal, es ist Lebendigkeit gefragt und Gelder müssen in offenen Zahlungskanälen gesperrt werden.

Die wichtigsten Projekte, die staatliche Kanäle auf Ethereum nutzen, sind Celer, Perun und Raiden.

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Optimistische Rollups sitzen parallel zur Ethereum-Hauptkette auf Layer 2. Sie ermöglichen die kostengünstige und skalierbare Ausführung von Transaktionen in Batches außerhalb von Layer 1 und nutzen dennoch die Sicherheit der Ethereum-Basisschicht, wenn sie als Einzeltransaktion eingereicht werden.

Da die Berechnung das langsame und teure Element des Ethereum-Netzwerks ist, bieten optimistische Rollups bis zu 100-fache Skalierbarkeitsverbesserungen, da sie standardmäßig keine Berechnungen ausführen, eine Zahl, die mit der zukünftigen Einführung von Ethereum-Sharding weiter zunehmen wird.

Stattdessen gehen optimistische Rollups davon aus, dass Transaktionen gültig sind und führen nur dann Berechnungen durch, wenn sie durch eine Betrugssicherheit angefochten werden. Optimistische Rollups verwenden ein Bindungssystem, und jeder, der nachweislich für eine betrügerische Transaktion oder Anfechtung verantwortlich ist, wird seine Bindung mit einigen durchgestrichenen und anderen, um Anreize für die richtige Partei zu schaffen, verlieren.

Optimistische Rollups können alles verarbeiten, was auf Ethereum Layer 1 ausgeführt wird, da sie EVM- und Solidity-kompatibel sind. Da alle Transaktionsdaten in der Layer-1-Kette gespeichert werden, bleiben optimistische Rollups sicher und dezentralisiert. Gleichzeitig bieten sie die Skalierbarkeit der Ausführung. Aufgrund der möglichen Betrugsherausforderungen sind jedoch lange Wartezeiten für On-Chain-Transaktionen möglich.

Optimistische Rollups. Bild von Near.org

Da optimistische Rollups sowohl einfache Zahlungen als auch komplexe Smart Contracts unterstützen, werden sie mit Optimismus, Arbitrum und . als unmittelbarer geeignet für DeFi-Anwendungen angesehen Cartesi unter den zahlreichen Projekten, die Implementierungen anbieten.

Als Zeichen für die zukünftige Ausrichtung des Bereichs hat die führende DEX-Plattform Uniswap kürzlich auch angekündigt, den nächsten Schritt bei der Einführung der Layer-2-Technologie zu unternehmen, indem sie Optimism einführt, um die Transaktionskosten für ihre Benutzer stark zu senken.

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Zero-Knowledge-Rollups oder ZK-Rollups bündeln Transaktionen außerhalb der Kette und generieren einen kryptografischen Beweis, der als SNARK bekannt ist. Im Gegensatz zu optimistischen Rollups führen ZK-Rollups Berechnungen außerhalb der Kette durch und übermitteln diese Gültigkeitsnachweise an die Schicht-1-Kette.

ZK-Rollup Smart Contracts behalten den Status aller Transaktionen auf Layer 2 bei, der nur mit Gültigkeitsnachweis aktualisiert werden kann. Da ZK-Rollups nur den Gültigkeitsnachweis und nicht alle Transaktionsdaten benötigen, ist die Validierung eines Blocks schneller und kostengünstiger, da sie weniger Daten enthält und weniger Gas benötigt.

Da der ZK-Rollup-Vertrag die Transaktionen bereits verifiziert hat, gibt es außerdem keine Verzögerungen beim Übergang von Layer 2 auf Layer 1.

Infolgedessen bieten ZK-Proofs schnellere Endgültigkeitszeiten und bleiben gleichzeitig sicher und dezentralisiert, da die zur Wiederherstellung des Zustands erforderlichen Daten auf Ethereum Layer 1 gespeichert sind. Einige ZK-Rollups bieten jedoch keine EVM-Unterstützung und Gültigkeitsnachweise sind aufwendig zu berechnen , was sie für dApps mit geringer On-Chain-Aktivität ungeeignet macht.

Es gibt auch mehrere Implementierungen von ZK-Rollups, einschließlich zkSync und ZKSwap. zkSync bietet ein vertrauenswürdiges Protokoll für skalierbare, kostengünstige Zahlungen auf Ethereum mit der ZK-Rollup-Technologie, die Krypto-Wallets und Defi-Plattformen dabei unterstützt, eine PayPal-ähnliche Skala freizuschalten. ZKSwap bietet einen auf ZK-Rollups basierenden Layer-2-DEX mit null Gasgebühren und hohem Transaktionsdurchsatz, wodurch die Zukunft des AMM-Modells verändert wird.

Der interoperable Layer 2 von Harmony für Ethereum bietet etwas Einzigartigeres und kombiniert das Beste aus der optimistischen und der ZK-Rollup-Welt. Harmony bietet im Gegensatz zu ZK-Rollups volle EVM-Kompatibilität, schnellere Abwicklung mit kürzeren Auszahlungszeiten im Vergleich zu optimistischen Rollups und gaseffiziente Interoperabilität basierend auf seiner Shard-Proof-of-Stake-Blockchain, die über Smart Contracts zu Ethereum führt.

Harmony baut auf den Vorteilen von Optimistic Rollups und ZK-Rollups auf, die im Allgemeinen als die vielversprechendsten der Layer-2-Skalierungstechnologien angesehen werden, und behebt gleichzeitig deren Mängel, sodass Harmony eine umfassendere Lösung für die Bereitstellung von Projekten bereitstellen kann. Die Interoperabilität von Harmony geht mit seiner Horizen-Brücke zur Binance Smart Chain auch über Ethereum hinaus und eröffnet den Zugang zum breiteren Defi-Ökosystem.

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Validium verwendet Gültigkeitsnachweise wie ZK-Rollups, aber stattdessen werden Daten nicht auf Ethereum Layer 1 gespeichert, was eine Skalierbarkeit von bis zu 10.000 Transaktionen pro Sekunde pro Validium-Kette ermöglicht, von denen mehrere parallel laufen können.

Validium bietet keine Auszahlungsverzögerungen, verbessert die Kapitaleffizienz und ist nicht anfällig für bestimmte wirtschaftliche Angriffe, denen hochwertige dApps mit betrugssicheren Systemen ausgesetzt sind. Validium-Ketten haben jedoch eine begrenzte Unterstützung für Smart Contracts.

Zu den Projekten, die Implementierungen von Validium bereitstellen, gehören Loopring und StarkWare. Immutable X, die erste Layer-2-Skalierungslösung für NFTs auf Ethereum, nutzt die Validium- und ZK-Rollup-Technologie von StarkWare, um Transaktionsgeschwindigkeiten von über 9.000 pro Sekunde ohne Gasgebühren zu ermöglichen und gleichzeitig die Sicherheit von Ethereum für sein Ökosystem von Marktplätzen, Apps und Spielen zu erhalten.

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Polygon ist so etwas wie ein Aggregator dieser Layer-2-Lösungen und bietet mehrere Implementierungen mehrerer Layer-2-Technologien. Infolgedessen ist Polygon zum am schnellsten wachsenden Layer-2-Netzwerk geworden, das die Blockchain-Infrastruktur der Masse zugänglich macht, indem es die Zugänglichkeit, Benutzerfreundlichkeit und Anwendungsfälle dezentraler Anwendungen im Internet der Blockchains von Ethereum öffnet.

Die Suite von Layer-2-Skalierbarkeitslösungen von Polygon wurde von Defi Blue Chips übernommen, wobei Plattformen wie Aave, SushiSwap und 1inch bereits integriert sind.

CVI, der dezentrale Volatilitätsindex für den Krypto-Raum, der vom COTI-Netzwerk betrieben wird, ist dieser Führung bei der Integration mit Polygon ebenfalls gefolgt. CVI-Benutzer können Positionen eröffnen, Liquidität bereitstellen und Einsätze tätigen, während sie Transaktionen aus der Haupt-ETH-Blockchain verarbeiten.

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Keine Skalierungslösung allein reicht aus, um die sichere, dezentrale und skalierbare Vision von Ethereum 2.0 zu erfüllen und das Problem hoher Gebühren und Engpässe zu vermeiden.

Sharding wird sicherlich die On-Chain-Skalierung auf Layer 1 unterstützen, aber Off-Chain-Layer-2-Lösungen, die sich flexibel an die einzigartigen Anforderungen und akzeptablen Kompromisse der Vielzahl von dApp-Projekten anpassen lassen, die entwickelt werden, sind der Schlüssel für die Zukunft der Blockchain.

Das Ökosystem als Ganzes ist mehr als die Summe seiner Teile, und es können verschiedene Layer-2-Lösungen existieren und harmonisch zusammenarbeiten, um auf die steigenden Anforderungen der Mainstream-Einführung zu reagieren und weiterhin dazu beizutragen, Staus zu reduzieren und einzelne Fehlerquellen während des Übergangs zu vermeiden in die Welt des Web 3.0.

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