Was ist die Schicht 2, und warum ist sie so wichtig?

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Eine einfache Analogie: Stellen Sie sich ein großes Unternehmen mit einem riesigen Geschäftsvolumen vor. Um einen Teil dieser Arbeitslast zu bewältigen, gründet es eine Tochtergesellschaft. Die Muttergesellschaft stellt die Schicht 1 dar, während die Tochtergesellschaft die Schicht 2 repräsentiert. Auf diese Weise wird die Belastung für die Muttergesellschaft verringert.

Zunächst einmal müssen wir definieren, was die Schicht 1 ist: Layer-1-Netzwerke sind die Basisschicht oder die unterste Schicht der Infrastruktur von Blockchains. Sie werden auch als Mainnet oder „Layer 1“ bezeichnet und legen nicht nur die Kernregeln des Ökosystems fest, sondern verifizieren und schließen auch Transaktionen ab, wie man an Beispielen wie Ethereum, Bitcoin und Solana sieht.

Blockchains der Schicht 1 beginnen in der Regel mit einem Schwerpunkt auf Dezentralisierung und Sicherheit – beides Kernprinzipien eines jeden soliden Netzwerks – und werden von einem vielfältigen globalen Netzwerk von Entwicklern und Teilnehmern (z. B. Validierern) gepflegt, wobei es nur wenige Ausnahmen gibt.

Siehe auch: Was ist die Blockchain-Technologie?

Da es keine zentrale Behörde oder Aufsicht gibt, erfordern diese Plattformen eine inhärente Sicherheit in der Technologie selbst, um die Nutzer vor Betrug und Angriffen zu schützen. Aufgrund dieser Prioritätensetzung bei der Entwicklung, ganz zu schweigen von den beträchtlichen Ressourcen, die zur Aufrechterhaltung eines voll funktionsfähigen Ökosystems erforderlich sind, mangelt es ihnen oft an Skalierbarkeit.

Während einige Entwickler die Unfähigkeit, Sicherheit, Dezentralisierung und Skalierbarkeit unter einen Hut zu bringen, als unvermeidliche Schwachstelle der Technologie ansehen (als Blockchain-Trilemma bezeichnet), sind Layer-2-Lösungen wie Rollups bei Ethereum und das Lightning Network bei Bitcoin eine Lösung, um diese Probleme anzugehen.

Was ist Layer 2?

Schicht 2 bezieht sich auf eine Reihe von Off-Chain-Lösungen, die auf Schicht 1 (unabhängige Blockchains) aufgebaut sind und Engpässe durch Skalierbarkeit und geringere Datenmengen ausgleichen. Stellen Sie sich das wie eine Restaurantküche vor: Wenn jede Bestellung von Anfang bis Ende von einer Person erledigt werden müsste, bevor sie bestätigt und ausgeliefert wird, wäre das ein langsamer Prozess, bei dem nur wenige Bestellungen pro Stunde fertiggestellt würden. Layer 2 hingegen ist wie eine Vorbereitungsstation – eine für die Reinigung und das Schneiden, eine für das Kochen, eine für das Zusammenstellen der Gerichte -, so dass die Aufgaben konzentriert und effizienter erledigt werden können. Wenn die Zeit reif ist, kann das Personal am Ende jedes zusammengestellte Gericht mit den Bestellungen abgleichen und bestätigen, bevor es an seinen endgültigen Bestimmungsort (den Kunden) geschickt wird.

Auch Zahlungsplattformen wie Visa verwenden ähnliche Systeme. Visa verarbeitet nicht einzeln Tausende von täglichen Mikrotransaktionen von Händlern, die das Netzwerk innerhalb von Minuten verstopfen würden, sondern stapelt sie und wickelt sie in regelmäßigen Abständen über das Bankensystem ab. Anschließend kategorisieren und speichern die Banken die Transaktionen über ihre internen Abwicklungsebenen. In diesem Szenario dient Visa sowohl als Schicht 2 als auch als breiteres Netz von Institutionen und staatlichen Netzen, die Transaktionsdatensätze speichern und die Regeln der Finanzindustrie auf Schicht 1 festlegen.

Auch Ethereum nutzt ähnliche Methoden durch Funktionen wie optimistische und Zero-Knowledge (ZK)-Rollups, die die Last der Verwaltung von Transaktionen im Mainnet verringern, was zu einer größeren Transaktionsinklusivität und einem höheren Durchsatz (mehr Transaktionen pro Sekunde) führt. All dies führt zu einer nahtloseren und praktischeren Benutzererfahrung. Beispiele für Layer-2-Lösungen auf Ethereum sind Arbitrum, Optimism, Loopring und zkSync.

Nachfrage nach Layer 2

Die Blockchain-Technologie kam 2008 auf. Seitdem haben Tausende von Forschern und Entwicklern daran gearbeitet, die Skalierbarkeitsengpässe der Blockchain zu beseitigen, um den wachsenden Anforderungen der Anwendungen gerecht zu werden. Diese Engpässe haben zu hohen Transaktionskosten und langsamen Ausführungsgeschwindigkeiten geführt und waren ein Hindernis für die allgemeine Verbreitung der Blockchain-Technologie.

Vitalik Buterin, Mitbegründer von Ethereum, schlug erstmals das Konzept des „Blockchain-Trilemmas“ vor und argumentierte, dass Blockchain nicht gleichzeitig Skalierbarkeit, Sicherheit und Dezentralisierung erreichen kann. Die Entwickler müssen zwischen diesen drei Dimensionen abwägen. Die heutigen Blockchain-Netzwerke können höchstens zwei dieser Dimensionen gleichzeitig erfüllen.

Layer 2 ist eine aufkommende Technologie, die argumentiert, dass die Einschränkung der Skalierbarkeit von Blockchain auf die übermäßigen Aufgaben zurückzuführen ist, die Blockchain erfüllen muss. Es gibt drei Kernfunktionen der aktuellen Blockchain:

Warum ist Schicht 2 so wichtig?

Während Dezentralisierung und Sicherheit Merkmale des Ethereum Layer 1 oder Mainnet sind, hat die jahrelange Marktakzeptanz dazu geführt, dass das Netzwerk seine aktuelle Kapazität von über 1,5 Millionen Transaktionen pro Tag erreicht hat. Da das Mainnet nur etwa 15 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten kann, kommt es in Zeiten hoher Netzwerkaktivität häufig zu Datenstaus. Dies wiederum führt zu steigenden Kosten (Transaktionsgebühren) und verlangsamt die Leistung der Anwendungen. Auch wenn dies im aktuellen Bärenmarkt nicht offensichtlich ist, so ist doch klar, dass wir uns nicht immer in einem Bärenmarkt befinden werden.

Um diese Probleme zu lösen, erweitert Layer 2 Ethereum als separate Blockchain auf das Layer-1-Netzwerk. Wie bereits erwähnt, kommuniziert es über Smart Contracts auf Ethereum mit einem starken dezentralen Sicherheitsmodell, das dazu beiträgt, die schwere Last der Transaktionen im Mainnet zu verringern. Während Layer 1 für Sicherheit, Datenverfügbarkeit und Dezentralisierung zuständig ist, kümmert sich Layer 2 um die transaktionsbezogene Skalierbarkeit.

In den meisten Fällen haben Blockchains der Schicht 1:

Der Unterschied zu Layer 2 besteht darin, dass er Folgendes bietet:

Die meisten Probleme mit der Skalierbarkeit hängen mit der Dezentralisierung zusammen. Im Gegensatz zu traditionellen Banken mit geschlossenen und effizienteren Ansätzen zur Regulierung des Zahlungsverkehrs muss das Transaktions- und Datenmanagement der Blockchain eine Reihe systematischer Schritte durchlaufen, z. B. die Annahme, Validierung und Verteilung im Netzwerk (mit Tausenden von Teilnehmern), wobei Sicherheit und Transparenz gewahrt bleiben.

Wie funktioniert die Schicht 2?

Schicht-2-Protokolle bieten einen zweiten Rahmen, in dem Transaktionen getrennt von Schicht 1 stattfinden können. Das bedeutet, dass ein beträchtlicher Teil der von der Hauptkette ausgeführten Arbeit auf Schicht 2 verlagert werden kann. Anschließend veröffentlichen Layer-2-Anwendungen Transaktionsdaten auf Layer 1 und sind innerhalb der Blockchain-Ledger und -Historien geschützt.

Wie bei jeder anderen offenen oder geschlossenen Plattform variiert auch die Zugänglichkeit von Layer 2. Einige können von einer Reihe von Anwendungen genutzt werden, während andere auf die Launen bestimmter Projekte zugeschnitten sind. Zu den Schlüsselkomponenten, die von Layer 2 genutzt werden, gehören Rollups und Sidechains.

Schicht 2 Rollups (Rollups)

Rollups sind eine spezielle Art von Layer-2-Lösung, die Hunderte von Transaktionen außerhalb der Kette ausführt und sie in eine einzige kompakte Datei komprimiert, bevor sie wieder im Mainnet veröffentlicht werden, damit jeder sie überprüfen und anfechten kann, wenn sie verdächtig erscheinen. Auf diese Weise nutzen Rollups nicht nur die Sicherheit von Ethereum, sondern können auch die Gasgebühren um das 10-100-fache reduzieren.

Während Rollups bei Einzahlungen, Abhebungen und der Proof-Validierung helfen, gibt es subtile Variationen in der Funktionsweise von Rollups, wie z. B. Optimism- und ZK-Rollups, die Daten zurück an Layer 1 veröffentlichen.

Optimistische Rollups

Optimistische Rollups führen alle Transaktionen parallel zur Ethereum-Hauptkette aus und veröffentlichen die Daten dann wieder auf Layer 1. Für die Nutzer besteht ein Anreiz, Transaktionen auf diesen Layer 2 zu tätigen, da die Gebühren konkurrenzlos niedrig sind. Wenn der Verdacht auf betrügerische Transaktionen besteht, können diese durch Betrugsnachweise angefochten und bewertet werden. In diesem Szenario betreiben Rollups die Berechnung von Transaktionen mit verfügbaren Zustandsdaten. Im Vergleich zu ZK-Rollups (siehe unten) bedeutet dies eine etwas längere Ausstiegszeit für Rollups und die Abhebung von Geldern auf Ebene 1. Rollup-Benutzer erhalten jedoch nach wie vor schnelle Transaktionsbestätigungen.

Generell sind Optimistic Rollups mit Ethereum Virtual Machine (EVM) und Solidity kompatibel, was bedeutet, dass alles, was auf Ethereum Layer 1 möglich ist, auf Layer 2 repliziert werden kann.

Beispiele für Optimistic Rollups sind Arbitrum, Optimism und Boba.

Sidechains

Sidechains, die von Projekten wie xDai und Polygon PoS stammen, sind unabhängige, EVM-kompatible Blockchains, die parallel laufen und über Brücken mit dem Mainnet interagieren. Da sie separate Konsensmechanismen verwenden und nicht durch Layer 1 geschützt sind, gelten sie technisch nicht als Layer 2. Sie funktionieren jedoch ähnlich wie Ethereum, da sie auf EVM basieren. Dennoch bergen Sidechains ein größeres Risiko für die Betreiber, da die Nutzer ihnen mit

Gelder anvertrauen und nicht dem Ethereum-Protokoll (oder dem entsprechenden Layer 2). Anmerkung: (Polygon hat mehrere Übernahmen durch M&A abgeschlossen, so dass der Begriff „Sidechain“ möglicherweise nicht mehr zutreffend ist.)

Validiums

Validien, wie StarkWare, verwenden Gültigkeitsnachweise (ähnlich wie ZK-Rollups), speichern aber keine Daten auf Layer 1. Mehrere Validium-Ketten können parallel laufen, wobei jede einzelne etwa 10.000 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten kann. Aufgrund des Bedarfs an spezielleren Sprachen ist die Unterstützung für allgemeine intelligente Verträge jedoch begrenzt.

Sidechains und Validiums sind Blockchains, die parallel zu Ethereum laufen und über Brücken, die mit dem Mainnet verbunden sind, mit Assets interagieren. Sie leiten keine Sicherheit oder Daten von Ethereum selbst ab und gelten daher nicht als echte Layer 2 wie Optimistic oder ZK Rollups. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf mögliche Sicherheits- und Vertrauensimplikationen. Beide erweitern jedoch die Skalierbarkeit ähnlich wie Layer 2, indem sie niedrigere Transaktionsgebühren und einen hohen Durchsatz bieten.

ZK-Rollups

Im Vergleich zu optimistischen Rollups erzeugen ZK-Rollups kryptografische Beweise, um die Authentizität von Transaktionen zu überprüfen. Diese (auf Schicht 1 veröffentlichten) Beweise werden als Gültigkeitsbeweise oder SNARKs (Succinct Non-interactive Argument of Knowledge) oder STARKs (Scalable Transparent Argument of Knowledge) bezeichnet.

ZK-Rollups sind effizienter, da sie den Zustand aller Übertragungen auf Schicht 2 beibehalten und nur durch Gültigkeitsnachweise aktualisiert werden. Da das ZK-Rollup keine vollständigen Transaktionsdaten benötigt, ist es einfacher, Blöcke zu verifizieren und Ethereums Haupt-Token, Ether (ETH), auf Layer 1 zu verschieben. Gültigkeitsnachweise (die von ZK-Rollup-Verträgen akzeptiert werden) haben die Authentizität von Transaktionen bereits überprüft. Das heißt, sie haben keine volle EVM-Unterstützung und führen Berechnungen für Anwendungen mit weniger On-Chain-Aktivität intensiver aus.

zkSync und Starkware verwenden beide zk-proof-Lösungen, aber es gibt Unterschiede:

Warum so viele Layer 2?

Während wir die wichtigsten Layer 2 (Optimistic Rollups, ZK Rollups und Sidechains) behandelt haben, entwickelt sich das Ökosystem ständig weiter, wobei einige Anwendungen wie Plasma und State Channels schließlich aufgegeben werden.

Weitere Ressourcen und Überlegungen zu Layer 2

Da sich diese Layer-2-Systeme noch in der Anfangsphase befinden, bestehen im Vergleich zu Transaktionen im Mainnet noch Risiken und ein unterschiedliches Maß an unangebrachtem Vertrauen. Es ist auch erwähnenswert, dass Layer 2, obwohl sie die Sicherheit der Mainnet-Ebene nutzen, nur dann wirklich sicher sind, wenn Betrugsnachweise aktiviert sind, was (zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels) noch nicht der Fall ist.

Blockchain-Bridges (mit denen man Vermögenswerte auf Layer 2 verschieben kann) befinden sich ebenfalls in einem frühen Entwicklungsstadium und bergen hohe Risiken. In Anbetracht all dessen ist es ratsam, eine gründliche Due-Diligence-Prüfung durchzuführen, bevor man sich auf Layer 2 einlässt, unter anderem mit Hilfe von Ressourcen wie L2BEAT.

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