Layer 2 (Blockchain)

Was ist Layer 2 bei Blockchain?

Bei einer Layer-2-Blockchain (dt. Schicht 2) handelt es sich um eine separate Blockchain, die auf einer Basis-Blockchain oder Layer-1-Blockchain (L1) aufbaut. 

Layer-2-Blockchains sollen die Basis-Blockchain bei der Skalierbarkeit unterstützen.

Es gibt drei Arten von L2s: 

• Rollups 
• Channels 
• Plasma

L2-Blockchains einfach erklärt

Man kann sich die Layer-1-Blockchain wie eine Autobahn vorstellen, die Stadt A und Stadt B verbindet. Die Autobahn hat eine Kapazität von 1.000 Autos.

Wenn mehr als 1.000 Autos auf die Autobahn kommen, verlängert sich die Fahrzeit. Durch die hohe Nachfrage steigen die Gebühren an den Mautstellen. 

Um die große Nachfrage zu befriedigen und die Reisekosten und -zeiten zu reduzieren, wird entlang der Autobahn eine spezielle Busspur eingerichtet.

Dank der Einführung von Bussen kann ein einziges Fahrzeug eine große Anzahl von Personen in einer einzigen Fahrt befördern.

Die Reisen zwischen den Städten sind nun schneller und billiger. In dieser Analogie ist der Busdienst die zweite Schicht der Blockchain.

Wie funktionieren Layer-2-Blockchains?

L2-Blockchains unterstützen L1-Blockchains bei der Skalierung, indem sie Transaktionen separat verarbeiten.

Die L2-Blockchain übernimmt die Verarbeitung und Validierung von Transaktionen außerhalb der Kette und postet nur die abgeschlossenen Proofs auf der Basiskette. 

Da eine beträchtliche Anzahl von Transaktionen ausgelagert wird, reduziert sich die Überlastung der Basisschicht, was in niedrigeren Gasgebühren und schnelleren Transaktionen resultiert.

Die L2 wiederum ist in Bezug auf Sicherheit, Datenverfügbarkeit und Dezentralisierung von der L1 abhängig. Die Verbindung zwischen L2 und L1 erfolgt über eine Brücke.

Die Nutzer müssen ihre Kryptowährungen überbrücken, um auf ihre Gelder auf L2 zugreifen zu können.

Warum sind Layer-2-Blockchains wichtig?

Bei der Entwicklung von Blockchains stehen drei Prinzipien im Vordergrund: Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit. 

Mit dem Wachstum von Blockchain-Netzwerken sind diese jedoch gezwungen, zwei Eigenschaften zu priorisieren und die dritte zu opfern. Dieses Konzept ist auch als „Blockchain-Trilemma“ bekannt, das vom Ethereum-Mitbegründer Vitalik Buterin geprägt wurde.

Im Fall von Ethereum stehen Dezentralisierung und Sicherheit im Vordergrund. Daher leidet Ethereum unter dem „Skalierbarkeits-Trilemma“. 

Ethereum ist die bekannteste Smart-Contract-Blockchain der Welt. Die Blockchain beherbergt ein dynamisches Ökosystem für dezentrales Finanzwesen (DeFi), beliebte Sammlungen nicht-fungibler Token (NFT), Blockchain-Spiele und vieles mehr.

Die Popularität von Ethereum hat jedoch dazu geführt, dass das Netzwerk mehrfach überlastet war, was zu Transaktionsstaus und hohen Gasgebühren führte.

Ethereum zielt darauf ab, dieses Problem durch die Verwendung von Layer-2-Blockchains für die Skalierung zu umgehen. 

3 Arten von Layer-2-Blockchains

Channels

Channels sind private Zahlungskanäle, die außerhalb der Hauptkette zwischen zwei Parteien eingerichtet werden. Über diese Kanäle können sich die Teilnehmer gegenseitig Kryptowährungen ohne Gasgebühren überweisen. 

Üblicherweise werden sie mithilfe eines Smart Contract erstellt, der auf der Basis-Blockchain existiert. 

Diese Kanäle sind durch Adressen mit mehreren Unterschriften geschützt, bei denen alle Parteien eine Vertragsaktualisierung unterzeichnen müssen.

Sobald der Vertrag aufgesetzt ist, können die Teilnehmer Kryptowährungen übertragen. Sie zahlen nur dann Gasgebühren, wenn sie den Status des Kanals auf der Hauptblockchain übermitteln.

Lightning Network, eine auf Bitcoin basierende L2, ist ein Beispiel für einen Channel.

Plasma

Eine Plasma-Chain bezieht sich auf eine Blockchain, die von einem Smart Contract zur Verarbeitung von Transaktionen außerhalb der Kette verwaltet wird.

Jede Plasma-Chain hat eine Zentralstelle, die als „Operator“ (dt. Betreiber) bezeichnet wird.

Der Betreiber stapelt Plasmatransaktionen außerhalb der Kette und generiert ein kryptografisches Verifikationselement namens Merkle-Baum für diese Transaktionen. 

Die Wurzel des Merkle-Baums wird zu Prüfzwecken in der Hauptkette veröffentlicht. 

Rollups

Rollups sind Blockchains, die Hunderte von Transaktionen außerhalb der Kette bündeln und sie als eine einzige Transaktion an die Hauptkette übermitteln.

Die L1-Gasgebühren werden auf mehrere Transaktionen verteilt, was günstigere Gasgebühren für den Enduser bedeutet.

Da die Daten von Transaktionen auf der L1-Blockchain veröffentlicht werden, erben Rollups die Sicherheit der L1-Blockchain.

Dank der Speicherung der Transaktionsdaten auf der L1-Blockchain sind diese unveränderlich und bieten jedem die Möglichkeit, Vorgänge zu verarbeiten und Betrug im Rollup aufzudecken. 

Darüber hinaus ermöglicht die Kompatibilität von Rollups mit der Ethereum Virtual Machine (EVM) die Migration von Ethereum-basierten Anwendungen von Ethereum L1 zu Rollups, ohne den Code neu schreiben zu müssen.

Die Vielseitigkeit von Rollups hat sie zu den bevorzugten Layer-2-Lösungen für die Skalierung von Ethereum gemacht.

Layer-2-Rollups einfach erklärt

Es gibt zwei Arten von Layer-2-Rollups, die zur Skalierung von Ethereum entwickelt werden: 

• Optimistic Rollup
• Zero-Knowledge-Rollup (ZK-Rollup)

Optimistic Rollup

Ein Optimistic Rollup ist eine Layer-2-Blockchain, die davon ausgeht, dass alle Transaktionen auf der Kette gültig sind.

Der Rollup ist „optimistisch“ in Bezug auf die Ehrlichkeit der Teilnehmer, er bündelt die Transaktionen und übergibt sie an die L1, ohne ihre Gültigkeit zu prüfen.

Innerhalb eines Zeitfensters, dem sogenannten Challenge-Zeitraum, können User verdächtige Transaktionen anfechten. Zur Überprüfung der Gültigkeit der verdächtigen Transaktionen wird eine Fehlerprüfung durchgeführt.

Während des Anfechtungszeitraums können die Nutzer ihre Gelder nicht aus dem Optimistic Rollup abziehen.

Beispiele für optimistische Rollups sind Optimism, Arbitrum One und Boba Network.

ZK-Rollup

Ein ZK-Rollup ist eine Layer-2-Blockchain, die Transaktionen außerhalb der Kette berechnet und Gültigkeitsnachweise für die Transaktion an die Hauptkette sendet.

Im Gegensatz zu Optimistic Rollups wird bei ZK-Rollups die Gültigkeit jeder einzelnen Transaktion überprüft. Daher können Benutzer ihre Kryptowährungen sofort nach Abschluss der Transaktion aus einem ZK-Rollup herausnehmen.

Allerdings sind die Gasgebühren für ZK-Rollups höher als für optimistische Rollups, da für erstere teure Computerhardware erforderlich ist.

Beispiele für ZK-Rollups sind Scroll, ZKSync und Polygon zKEVM.

Fazit

Durch Skalierbarkeit, schnellere Transaktionen und optimiertes Nutzererlebnis sorgen L2s für einen Wandel im Blockchain-Bereich. 

Allerdings haben L2s auch ihre Grenzen und Schwächen. Viele L2-Lösungen bergen Zentralisierungsrisiken, setzen Vertrauen voraus und sind nicht preiswert genug für eine breite Akzeptanz. Diese Entwicklung bedarf einer genauen Beobachtung.