Kryptowährungen haben seit der Einführung von Bitcoin im Jahr 2008 einen langen Weg zurückgelegt. Aber wie zehnminütige Bitcoin-Transaktionen oder exorbitante Ethereum-Gasgebühren beweisen, können sie nicht ganz mit den Transaktionsgeschwindigkeiten von Visa mithalten oder Fiat-Währungen vollständig ersetzen. Im Kern resultieren diese Probleme aus einem Mangel an Skalierbarkeit – ein Problem, das Layer-2-Lösungen lösen könnten.
In diesem Artikel wird untersucht, warum die Blockchain-Architektur zwangsläufig Skalierbarkeitsprobleme mit sich bringt, und es werden drei Möglichkeiten aufgezeigt, wie diese mit Layer-2-Lösungen gelöst werden können.
Warum Skalierbarkeit schwierig ist
Blockchain-Architekturen stehen vor mehreren Skalierbarkeitsproblemen. Im Gegensatz zu traditionellen Zahlungssystemen sind sie nicht auf einen zentralen Vermittler angewiesen, der Transaktionen einseitig genehmigen kann und dabei nur eine einzige Datenbank verwaltet. Stattdessen sind sie auf ein Netzwerk von Knoten und ein kompliziertes Konsenssystem angewiesen, um ohne Autoritätsperson zu funktionieren – und das verursacht zusätzlichen Aufwand.
Zu den größten Herausforderungen zählen:
- Konsens: Viele Blockchains verwenden Konsensmechanismen, die den Transaktionsprozess absichtlich verlangsamen, um Betrug zu verhindern. Zum Beispiel: Proof-of-Work-Algorithmen erfordern eine schwierige Berechnung, um einen Block hinzuzufügen. Diese komplexen Berechnungen halten böswillige Akteure davon ab, zu versuchen, eine Transaktion mit roher Gewalt zu erzwingen.
- Nodes: Viele Blockchains erfordern, dass jeder Knoten eine vollständige Kopie der Blockchain speichert, was mit der Zeit ressourcenintensiv werden kann, wenn Transaktionen hinzugefügt werden. Darüber hinaus müssen Blockchains Transaktionen und Blöcke an jeden Knoten in ihrem Netzwerk weitergeben, was zu Netzwerklatenz führt.
- Blockiert: Bitcoin und andere Blockchains haben eine feste Blockgröße, die die Anzahl der Transaktionen pro Sekunde begrenzt. Bitcoin kann beispielsweise etwa sieben Transaktionen pro Sekunde verarbeiten, deutlich weniger als herkömmliche Zahlungssysteme.
Diese Herausforderungen führen zu mehreren Skalierbarkeitsproblemen:
- Einschränkungen: Blockchains haben aufgrund ihres Konsensmechanismus und ihrer Blockgrößen einen begrenzten Transaktionsdurchsatz und eine begrenzte Verarbeitungsgeschwindigkeit. Darüber hinaus kann es bei zunehmender Anzahl von Netzwerkteilnehmern schwierig werden, die Nachfrage zu decken.
- Transaktions Gebühren: Hohe Transaktionsgebühren aufgrund schwieriger Konsensmechanismen und anderer Faktoren machen es für Benutzer kostspielig, Transaktionen abzuschließen und beeinträchtigen die Skalierbarkeit einer Blockchain.
- Reaktionszeit: Skalierbarkeitsprobleme können zu längeren Reaktionszeiten führen. Bitcoin kann beispielsweise nur sieben Transaktionen pro Sekunde verarbeiten, was bedeutet, dass Benutzer möglicherweise lange warten müssen, bis eine Transaktion offiziell abgeschlossen ist. Und überlastete Netzwerke mit einer unzureichenden Anzahl von Knoten können diese Probleme noch verstärken.
Diese Herausforderungen schaffen die sog. Blockchain-Trilemma – oder der Glaube, dass dezentrale Netzwerke nur zwei von drei Vorteilen bieten können, nämlich Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit. Die Verbesserung der Skalierbarkeit wäre beispielsweise einfach, wenn man den Konsensmechanismus zentralisieren oder sich keine Sorgen über betrügerische Transaktionen machen müsste.
Was sind Layer-2-Lösungen?
Die meiste Software ist in Schichten aufgebaut, während Anwendungen im Allgemeinen auf einer einzigen Grundlage basieren. Daher sollte es nicht überraschen, dass Blockchains ebenfalls in Schichten aufgebaut sind. Layer-1-Blockchains wie Bitcoin und Ethereum bieten eine Grundlage für Layer 2-Lösungen und andere Ökosysteme. Und es stellt sich heraus, dass diese zusätzlichen Schichten entscheidend sein könnten, um Skalierbarkeitsprobleme zu lösen.
Layer-2-Lösungen arbeiten auf einem zugrunde liegenden Blockchain-Protokoll, um Skalierbarkeit und Effizienz zu verbessern. Beispielsweise ist das Lightning Network eine zweite Schicht für Bitcoin, die Mikrozahlungskanäle verwendet, um die Fähigkeit der Blockchain zu skalieren, Transaktionen effizienter (und kostengünstiger) abzuwickeln und so die notorisch langsamen Transaktionen von Bitcoin zu verbessern.
Allerdings bedeutet der Aufstieg von Layer-2-Lösungen nicht, dass es keine Bemühungen gegeben hat, Layer-1-Netzwerke zu verbessern. Zum Beispiel: Ethereum 2.0 zu einem effizienteren Proof-of-Stake (PoS)-Konsensmechanismus übergegangen, während die Migration von EVM zu eWASM die Transaktionszeiten drastisch verkürzen wird, indem Code kompiliert wird, anstatt ihn in Echtzeit zu interpretieren.
Layer-2-Lösungen bringen auch ihre eigenen Kompromisse mit sich. Während sie die Skalierbarkeit verbessern können, gehen viele Lösungen zu Lasten der Dezentralisierung oder Sicherheit. Aber die gute Nachricht ist, dass sich diese Lösungen stetig verbessert haben. Neue Ansätze verbessern tendenziell eher die Skalierbarkeit, als dass sie den anderen Komponenten des Blockchain-Trilemmas schaden.
Layer 2-Skalierbarkeitsansätze
Layer-2-Lösungen verwenden verschiedene Strategien, um die Skalierbarkeit ihrer zugrunde liegenden Level-1-Blockchain zu verbessern. Im Allgemeinen fallen diese Strategien jedoch in drei Kategorien.
Verschachtelte Blockchains
Verschachtelte Blockchains haben eine Eltern-Kind-Beziehung zu einer Layer-1-Blockchain. Die übergeordnete Blockchain delegiert Arbeit an untergeordnete Ketten, die die Arbeit verarbeiten und sie nach Abschluss an die übergeordnete Blockchain zurückgeben. Die übergeordnete Kette ihrerseits ist normalerweise nur dann beteiligt, wenn es einen Transaktionsstreit mit dem Ergebnis der untergeordneten Kette gibt.
Das OMG-Netzwerk ist eine der beliebtesten verschachtelten Blockchains. Indem Ethereum-Transaktionen gebündelt, zu einer einzigen Transaktion komprimiert und auf einer optimierten Child-Chain validiert werden, kann das Netzwerk Tausende von Transaktionen pro Sekunde verarbeiten. Dadurch werden die Transaktionskosten von Ethereum um ein Drittel gesenkt und die Skalierbarkeitsprobleme gelöst.
Staatliche Kanäle
Statuskanäle ermöglichen eine bidirektionale Kommunikation zwischen einer Blockchain und einem Off-Chain-Transaktionskanal. Im Off-Chain-Kanal können Teilnehmer eine unbegrenzte Anzahl privater Transaktionen durchführen, die nur sie beobachten können. Nachdem sie abgeschlossen sind, wird der endgültige Status der Transaktion in der zugrunde liegenden Layer-1-Blockchain aufgezeichnet.
Das Lightning Network ist ein beliebtes Beispiel für einen Statuskanal, der auf der Bitcoin-Blockchain basiert. Wenn Sie eine oder mehrere Transaktionen durchführen möchten, können Sie das Netzwerk nutzen, um unbegrenzte Zahlungen zu tätigen, die sofort und zu einem Bruchteil der Kosten erfolgen. Wenn Sie sich entscheiden, den Kanal zu schließen, werden alle Transaktionen konsolidiert und zu Bitcoin hinzugefügt.
Seitenketten
Sidechains sind blockchainnahe Transaktionsketten für große Batch-Transaktionen. Während die Mainchain die allgemeine Sicherheit aufrechterhält und Streitigkeiten löst, verfügen die Sidechains über einen unabhängigen Konsensmechanismus, der auf Geschwindigkeit und Skalierbarkeit optimiert ist. Und eine Zwei-Wege-Bindung stellt sicher, dass bei der Verwendung dieser Lösungen kein Gegenparteirisiko besteht.
Das Liquid Network beispielsweise ist eine Open-Source-Sidechain, die auf der Blockchain von Bitcoin aufbaut. Während Bitcoin eine Blockzeit von zehn Minuten hat, beträgt die Blockerkennungszeit von Liquid nur eine Minute, was bedeutet, dass der Sidechain zehnmal so viele Blöcke hinzugefügt werden können. Statt Proof-of-Work-Mining verlässt sich Liquid auf ein schnelles Netzwerk von Funktionären, um Transaktionen zu verifizieren.
Roll-Ups
Rollups sind eine Layer-2-Lösung, die Berechnungen und Speicherung außerhalb der Blockchain durchführt und nur den endgültigen Beweis an die zugrunde liegende Layer-1-Blockchain übermittelt. Die beiden beliebtesten Rollup-Typen sind zk-Rollups (Zero Knowledge) und optimistische Rollups. Und jeder hat seine eigenen Kompromisse in Bezug auf Geschwindigkeit, Sicherheit und Komplexität.
Optimistic Ethereum bündelt beispielsweise mehrere Transaktionen und sendet nur eine Zusammenfassung an die Hauptkette, was den Durchsatz dramatisch verbessert und die Kosten deutlich senkt. Der „Optimismus“-Teil geht davon aus, dass alle Transaktionen gültig sind, sofern sie nicht innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens angefochten werden, wodurch ein Zeitfenster für die Betrugserkennung entsteht.
Layer 1-Strategien
Zusätzlich zu diesen Layer-2-Strategien beginnen einige Layer-1-Blockchains, Änderungen zu implementieren, um selbst effizienter zu werden. Einige Blockchains wechseln beispielsweise von einem Proof-of-Work- zu einem Proof-of-Stake-Konsensmechanismus, um die Transaktionsgeschwindigkeit durch Reduzierung des Rechenaufwands zu verbessern.
Sharding ist eine weitere Layer-1-Strategie zur Verbesserung des Durchsatzes. Durch die Aufteilung von Transaktionen in kleine Mengen und die anschließende Verwendung eines horizontalen Split-Processing-Algorithmus zur parallelen Verarbeitung können Layer-1-Blockchains ihre Rückstände effizienter abarbeiten, ohne Transaktionen an dedizierte Layer-2-Lösungen senden zu müssen.
Herausforderungen & Risiken
Layer-2-Lösungen tragen zur Verbesserung der Durchsatzskalierbarkeit bei, können aber auch das Risiko oder die Beeinträchtigung anderer Bereiche des Blockchain-Trilemmas erhöhen. Bevor Sie eine Layer-2-Lösung verwenden, sollten Sie sich die Zeit nehmen, um zu verstehen, wie sie funktioniert und welche potenziellen Risiken damit verbunden sind.
Zu den zu berücksichtigenden Herausforderungen und Risiken gehören:
- Sicherheit: Die Sicherheit von Layer-2-Lösungen hängt von der Mainchain ab, wodurch sie anfällig für alle Probleme sind, die die Mainchain betreffen. Darüber hinaus könnten Layer-2-Lösungen, die Smart Contracts nutzen, potenzielle Sicherheitsrisiken bergen.
- Komplexität: Layer-2-Lösungen fügen den Layer-1-Blockchains eine weitere Komplexitätsebene hinzu, was die Angriffsfläche für Fehler vergrößern, die Entwicklungszeit verlängern, die Wartungskosten erhöhen und sich negativ auf das Benutzererlebnis auswirken kann.
- Latency: Layer-2-Lösungen sollten die Transaktionslatenz reduzieren, aber die Notwendigkeit, Transaktionen mit einer Layer-1-Blockchain abzugleichen, könnte die Roundtrip-Latenz erhöhen.
Fazit
Blockchains versprechen eine Revolution in der Finanzbranche, doch viele Blockchains haben mit inhärenten Skalierbarkeitsbeschränkungen zu kämpfen. Glücklicherweise können Layer-2-Lösungen dabei helfen, diese Herausforderungen zu bewältigen, ohne die Integrität und Erfolgsbilanz der zugrunde liegenden Layer-1-Blockchain zu beeinträchtigen. Und natürlich implementieren einige Layer-1-Blockchains weiterhin ihre eigenen Verbesserungen.
Wenn Sie mit Krypto-Assets handeln, kann ZenLedger Ihnen dabei helfen, Ihre Transaktionen für die Steuerzeit zu organisieren, Ihren Kapitalgewinn oder -verlust zu berechnen und die erforderlichen Steuerformulare zu erstellen. Darüber hinaus kann Ihnen unser Tool zur Steuerverlusternte dabei helfen, das ganze Jahr über Einsparmöglichkeiten zu erkennen.
Fangen Sie noch heute kostenlos an!
Das oben Genannte dient nur allgemeinen Informationszwecken und sollte nicht als professionelle Beratung interpretiert werden. Bitte holen Sie sich unabhängige Rechts-, Finanz-, Steuer- oder andere Beratung ein, die speziell auf Ihre spezielle Situation zugeschnitten ist.
