Wat is Laag 2 en waarom is het zo belangrijk?

Om een eenvoudige analogie te geven: stel je een groot bedrijf voor met een enorme hoeveelheid werk. Om een deel van deze werklast aan te kunnen, richten ze een dochterbedrijf op. Het moederbedrijf vertegenwoordigt laag 1, terwijl de dochteronderneming laag 2 vertegenwoordigt. Op deze manier wordt de last op het moederbedrijf verminderd.

Eerst moeten we definiëren wat Laag 1 is: Layer 1-netwerken zijn de basislaag of de onderste laag infrastructuur van blockchains. Het wordt ook wel het hoofdnet of “Laag 1” genoemd en definieert niet alleen de kernregels van het ecosysteem, maar verifieert en voltooit ook transacties, zoals te zien is in voorbeelden als Ethereum, Bitcoin en Solana.

Laag 1 blockchains beginnen meestal met een focus op decentralisatie en veiligheid – beide kernprincipes van elk degelijk netwerk – en worden onderhouden door een divers wereldwijd netwerk van ontwikkelaars en deelnemers (zoals validators), met enkele uitzonderingen.

Zie ook: Wat is Blockchaintechnologie?

Omdat er geen centrale autoriteit of toezicht is, vereisen deze platforms inherente beveiliging in de technologie zelf om gebruikers te beschermen tegen fraude en aanvallen. Door deze prioriteit in het ontwerp, en niet te vergeten de aanzienlijke middelen die nodig zijn om een volledig functioneel ecosysteem te onderhouden, zijn ze vaak niet schaalbaar.

Hoewel sommige ontwikkelaars het onvermogen om veiligheid, decentralisatie en schaalbaarheid in evenwicht te brengen zien als een onvermijdelijke fout in de technologie (waarnaar wordt verwezen als het blockchain trilemma), zijn Layer 2-oplossingen zoals rollups op Ethereum en het Lightning Network op Bitcoin één oplossing om deze problemen aan te pakken.

Wat is laag 2?

Laag 2 verwijst naar een reeks off-chain oplossingen die bovenop laag 1 zijn gebouwd (onafhankelijke blockchains) en die knelpunten verlichten door schaalbaarheid en minder gegevens. Stel het je voor als een restaurantkeuken – als elke bestelling van begin tot eind door één persoon moest worden afgehandeld voor bevestiging en levering, zou het een traag proces zijn, met slechts een paar bestellingen per uur. Maar Layer 2 is als een voorbereidingsstation – er is er een voor schoonmaken en snijden, een voor koken en een voor het in elkaar zetten van gerechten – waardoor taken gerichter en efficiënter kunnen worden uitgevoerd. Als de tijd rijp is, kan het eindpersoneel elk geassembleerd gerecht koppelen aan bestellingen en deze bevestigen voordat ze naar hun eindbestemming (de klant) worden gestuurd.

Betaalplatforms zoals Visa maken ook gebruik van soortgelijke systemen. Visa verwerkt niet individueel duizenden dagelijkse microtransacties van verkopers, waardoor het netwerk binnen enkele minuten verstopt zou raken; in plaats daarvan worden ze gebundeld en periodiek verrekend in het banksysteem. Vervolgens categoriseren en slaan banken transacties op via hun interne equivalent van afwikkelingslagen. In dit scenario fungeert Visa als zowel laag 2 als het bredere netwerk van instellingen en overheidsnetwerken, die transactieregistraties opslaan en de regels van de financiële industrie op laag 1 vastleggen.

Ethereum maakt ook gebruik van vergelijkbare methoden door functies zoals optimistic en zero-knowledge (ZK) rollups, die de last van het beheren van transacties op het mainnet verlichten, wat leidt tot een grotere inclusiviteit van transacties en doorvoer (hogere transacties per seconde). Dit alles zorgt voor een meer naadloze en praktische gebruikerservaring. Voorbeelden van Layer 2-oplossingen op Ethereum zijn Arbitrum, Optimism, Loopring en zkSync.

Vraag naar Laag 2

De blockchaintechnologie ontstond in 2008. Sindsdien hebben duizenden onderzoekers en ontwikkelaars zich toegelegd op het aanpakken van de schaalbaarheidsknelpunten van blockchain om aan de groeiende vraag naar toepassingen te voldoen. Deze knelpunten hebben geleid tot hoge transactiekosten, trage uitvoeringssnelheden en zijn struikelblokken geweest voor de mainstream adoptie van blockchaintechnologie.

Vitalik Buterin, medeoprichter van Ethereum, stelde voor het eerst het concept van het “blockchain trilemma” voor, met het argument dat blockchain niet tegelijkertijd schaalbaarheid, veiligheid en decentralisatie kan bereiken. Ontwikkelaars moeten een afweging maken tussen deze drie dimensies. De huidige blockchainnetwerken kunnen hooguit aan twee van deze dimensies tegelijk voldoen.

Laag 2 is een opkomende technologie die stelt dat de beperking van schaalbaarheid in blockchain te wijten is aan de overdaad aan taken die blockchain moet vervullen. Er zijn drie kernfuncties van de huidige blockchain:

• Transactie-uitvoering: het verwerken en voltooien van transacties. De maatstaf is het aantal berekeningen (inclusief het aantal transacties) dat de blockchain per seconde kan voltooien.
• Beschikbaarheid van gegevens: knooppunten en validators in het netwerk moeten transacties, toestanden en andere gegevens opslaan. De maatstaf zijn standaard opslageenheden, zoals MB en GB.
• Consensus: knooppunten en validators moeten consensus bereiken over de netwerkstatus en de volgorde van transacties. De maatstaf is het niveau van decentralisatie en finaliteitssnelheid, of de tijd die nodig is voor alle knooppunten om het eens te worden over een statusverandering.

Waarom is Laag 2 belangrijk?

Hoewel decentralisatie en veiligheid kenmerken zijn van Ethereum’s Layer 1 of mainnet, hebben jaren van marktacceptatie ertoe geleid dat het netwerk zijn huidige capaciteit van meer dan 1,5 miljoen transacties per dag heeft bereikt. Bovendien leiden perioden van hoge netwerkactiviteit, vanwege de beperking van het mainnet om ongeveer 15 transacties per seconde te verwerken, vaak tot gegevenscongestie. Dit resulteert op zijn beurt in stijgende gas (transactiekosten) en vertraagt de prestaties van applicaties, hoewel dit misschien niet duidelijk is in de huidige berenmarkt, is het duidelijk dat we ons niet altijd in een berenmarkt zullen bevinden.

Om deze problemen aan te pakken, breidt Laag 2 Ethereum uit als een aparte blockchain bovenop het Laag 1-netwerk. Zoals eerder vermeld, communiceert het via slimme contracten op Ethereum met een sterk gedecentraliseerd beveiligingsmodel, wat helpt bij het verlichten van de zware last van transacties op het hoofdnet. Terwijl Laag 1 de veiligheid, beschikbaarheid van gegevens en decentralisatie regelt, houdt Laag 2 zich bezig met transactiegerelateerde schaalbaarheid.

In de meeste gevallen hebben Layer 1 blockchains:

• Knooppuntnetwerken voor het beschermen en verifiëren van het netwerk
• Blokproducerende netwerken
• Hoofdblokchain en transactiegegevens
• Bijbehorende consensusmechanismen

Het verschil met Laag 2 is dat het voorziet in:

• Kostenreductie: Laag 2 bundelt meerdere off-chain transacties in een enkele laag 1 transactie, waardoor de gegevensbelasting afneemt. Ze behouden ook de veiligheid en decentralisatie door transacties op het hoofdnet af te wikkelen.
• Praktisch: Met de gecombineerde voordelen van hogere transacties per seconde en lagere kosten, kunnen Laag 2 projecten zich richten op het verbeteren van de gebruikerservaring en het uitbreiden van het toepassingsgebied.

De meeste schaalbaarheidsproblemen hebben te maken met decentralisatie. In tegenstelling tot traditionele banken met gesloten en efficiëntere regelgevende benaderingen voor betalingen, moet het transactie- en gegevensbeheer van blockchain een reeks systematische stappen doorlopen, zoals acceptatie, validatie en distributie op het netwerk (met duizenden deelnemers), terwijl de veiligheid en transparantie behouden blijven.

Hoe werkt Laag 2?

Layer 2 protocollen bieden een tweede kader waarin transacties los van Layer 1 kunnen plaatsvinden. Dit betekent dat een aanzienlijk deel van het werk dat door de hoofdketen wordt uitgevoerd, naar laag 2 kan worden verplaatst. Laag 2 toepassingen publiceren vervolgens transactiegegevens naar laag 1 en worden beschermd binnen blockchain grootboeken en geschiedenissen.

Net als elk ander open of gesloten platform, varieert ook de toegankelijkheid van Laag 2. Sommige kunnen worden gebruikt door een reeks toepassingen, terwijl andere zich richten op de grillen van specifieke projecten. Dat gezegd hebbende, verschillende sleutelcomponenten die gebruikt worden door Layer 2 zijn rollups en sidechains.

Layer 2 Rollups (Rollups)

Rollups zijn een specifiek type Layer 2-oplossing dat honderden transacties off-chain uitvoert, ze comprimeert tot één compacte data voordat ze worden gepubliceerd op het hoofdnet zodat iedereen ze kan bekijken en betwisten als ze verdacht worden geacht. Door dit te doen, maken rollups niet alleen gebruik van de beveiliging van Ethereum, maar kunnen ze ook de kosten voor gas tot 10-100 keer verlagen.

Terwijl rollups helpen bij stortingen, opnames en bewijsvalidatie, zijn er subtiele variaties in de manier waarop rollups werken, zoals Optimism en ZK rollups, die gegevens terug publiceren naar Laag 1.

Optimistische rollups

Optimistische rollups draaien alle transacties parallel met de Ethereum hoofdketen en publiceren dan gegevens terug naar Laag 1. Gebruikers worden gestimuleerd om transacties te doen op deze Layer 2 vanwege de concurrerende lage tarieven. Als er een vermoeden is van frauduleuze transacties, kunnen deze worden aangevochten en beoordeeld door middel van fraudebewijzen. In dit scenario voeren rollups de berekening van transacties uit met beschikbare toestandsgegevens. Vergeleken met ZK rollups (hieronder uitgelegd), betekent dit een iets langere exit-tijd om af te rollen en geld op te nemen in Laag 1. Gebruikers van “binnen” rollups ontvangen echter nog steeds snelle transactiebevestigingen.

Over het algemeen zijn Optimistic rollups compatibel met Ethereum Virtual Machine (EVM) en Solidity, wat betekent dat alles wat mogelijk is op Ethereum Laag 1 gerepliceerd kan worden op Laag 2.

Voorbeelden van Optimistic rollups zijn Arbitrum, Optimism en Boba.

Sidechains

Van projecten zoals xDai en Polygon PoS, zijn sidechains onafhankelijke, EVM-compatibele blockchains die parallel draaien en communiceren met het mainnet via bridges. Omdat ze aparte consensusmechanismen gebruiken en niet beschermd worden door Layer 1, worden ze technisch gezien niet als Layer 2 beschouwd. Ze functioneren echter op dezelfde manier als Ethereum, omdat ze gebaseerd zijn op EVM. Dat gezegd hebbende, dragen sidechains een groter risico voor operators omdat gebruikers ze vertrouwen met

hun fondsen in plaats van het Ethereum protocol (of de juiste Layer 2). Opmerking: (Polygon heeft meerdere overnames gedaan door middel van fusies en overnames, dus de term “sidechain” is misschien niet meer accuraat).

Validiums

Validiums, zoals StarkWare, gebruiken validiteitsbewijzen (vergelijkbaar met ZK rollups) maar slaan geen gegevens op laag 1 op. Meerdere validiteitsketens kunnen parallel draaien, waarbij elke keten ongeveer 10.000 transacties per seconde kan verwerken. Echter, door de behoefte aan meer gespecialiseerde talen, is de ondersteuning voor algemene slimme contracten beperkt.

Sidechains en Validiums zijn blockchains die parallel lopen met Ethereum en communiceren met activa via bruggen die verbonden zijn met het mainnet. Ze ontlenen geen beveiliging of gegevens aan Ethereum zelf, dus ze worden niet beschouwd als echte Layer 2 zoals Optimistic of ZK rollups. Dit is vooral waar gezien de potentiële implicaties voor veiligheid en vertrouwen. Beide breiden echter schaalbaarheid uit vergelijkbaar met Layer 2 door lagere transactiekosten en hoge doorvoer te bieden.

ZK Rollups

Vergeleken met Optimistic rollups genereren ZK rollups cryptografische bewijzen om de authenticiteit van transacties te verifiëren. Deze bewijzen (gepubliceerd op laag 1) worden geldigheidsbewijzen of SNARK’s (Succinct Non-interactive Argument of Knowledge) of STARK’s (Scalable Transparent Argument of Knowledge) genoemd.

ZK-rollups zijn efficiënter omdat ze de status van alle overdrachten op laag 2 behouden, alleen bijgewerkt door validiteitsbewijzen. Omdat ZK-rollup geen volledige transactiegegevens vereist, is het eenvoudiger om blokken te verifiëren en Ethereums belangrijkste token, Ether (ETH), naar Laag 1 te verplaatsen. Validiteitsbewijzen (geaccepteerd door ZK rollup contracten) hebben de authenticiteit van transacties al geverifieerd. Dat wil zeggen, ze hebben geen volledige EVM ondersteuning en voeren berekeningen intensiever uit voor applicaties met minder on-chain activiteit.

zkSync en Starkware gebruiken beide zk-proof oplossingen, maar er zijn verschillen:

• Hoewel Starknet technisch gezien een ZKRollup is (on-chain databeschikbaarheid), is het in wezen een Validium: de huidige architectuur van de Caïro VM staat de handhaving van willekeurige transacties via L1 niet toe.
• Het mechanisme voor Validium is vergelijkbaar met zkRollup, maar een verschil is dat databeschikbaarheid in zkRollup on-chain is, terwijl Validium het off-chain houdt. Hierdoor kan Validium een hogere verwerkingscapaciteit bereiken, maar deze gecentraliseerde onderdelen hebben een prijs: Validium operators kunnen geld van gebruikers bevriezen. Terwijl zkSync volledig gedecentraliseerd is.

Waarom zoveel laag 2?

Hoewel we de belangrijkste Layer 2 (Optimistic rollups, ZK rollups en sidechains) hebben behandeld, is het ecosysteem voortdurend in ontwikkeling, waarbij sommige toepassingen uiteindelijk worden verlaten, zoals Plasma en state channels.

Meer Layer 2 bronnen en overwegingen

Aangezien deze Layer 2 zich nog in de beginfase bevinden, zijn er nog steeds risico’s en verschillende gradaties van misplaatst vertrouwen in vergelijking met transacties op het mainnet. Ook vermeldenswaard is dat, hoewel ze gebruik maken van de beveiliging van de mainnetlaag, Laag 2 alleen echt veilig is als fraudebewijzen zijn ingeschakeld, wat (op het moment van schrijven) nog niet het geval is.

Blockchainbruggen (die mensen kunnen gebruiken om activa naar Laag 2 te verplaatsen) bevinden zich ook in een vroeg stadium van ontwikkeling en brengen hoge risico’s met zich mee. Gezien dit alles is het raadzaam om grondige due diligence uit te voeren voordat je je inlaat met een Layer 2, onder andere via bronnen zoals L2BEAT.