Was sind Layer-1- und Layer-2-Blockchain-Lösungen?

Grundlegendes zur Layer-1-Blockchain-Infrastruktur

1. Schicht 1 bezieht sich auf das grundlegende Blockchain-Protokoll selbst, wie zum Beispiel Bitcoin, Ethereum oder Solana. Diese Netzwerke handhaben Transaktionen, Konsensmechanismen und Sicherheit auf der Basisebene, ohne auf externe Systeme angewiesen zu sein.

2. Zu den Hauptmerkmalen von Layer-1-Blockchains gehören native Konsensalgorithmen wie Proof of Work (PoW) oder Proof of Stake (PoS), die Transaktionsdaten über dezentrale Knoten hinweg validieren und sichern.

3. Die Skalierbarkeit bleibt für viele Layer-1-Lösungen eine große Herausforderung. Beispielsweise verarbeitet Bitcoin etwa 7 Transaktionen pro Sekunde (TPS), während Ethereum unter normalen Bedingungen etwa 15–30 TPS verarbeitet, was ihre Kapazität bei hoher Netzwerknachfrage begrenzt.

4. Upgrades auf Layer-1-Protokolle erfordern häufig Hard Forks oder umfassende Governance-Entscheidungen. Beispiele hierfür sind der Übergang von Ethereum von PoW zu PoS durch „The Merge“, der den Kernvalidierungsprozess veränderte, um die Effizienz zu verbessern und den Energieverbrauch zu senken.

5. Sicherheit in Schicht 1 ist intrinsisch, was bedeutet, dass die Integrität des gesamten Netzwerks von seiner eigenen dezentralen Knotenverteilung und kryptografischen Sicherheitsmaßnahmen und nicht von externen Abhängigkeiten abhängt.

Die Rolle von Layer-2-Skalierungslösungen

1. Layer-2-Lösungen bauen auf bestehenden Layer-1-Blockchains auf, um die Skalierbarkeit und den Transaktionsdurchsatz zu verbessern. Sie entlasten die Hauptkette von der Verarbeitung und erben gleichzeitig die zugrunde liegende Sicherheit.

2. Zu den gängigen Arten von Layer-2-Technologien gehören State Channels, Sidechains, Rollups und Plasma Chains. Jeder arbeitet anders, hat aber das gemeinsame Ziel, die Überlastung des primären Netzwerks zu reduzieren.

3. Rollups wie Optimistic Rollups und zk-Rollups bündeln mehrere Transaktionen außerhalb der Kette und senden komprimierte Daten zurück an die Layer-1-Blockchain. Dies senkt die Gasgebühren erheblich und beschleunigt die Bestätigungszeiten.

4. Das Lightning Network von Bitcoin ist eine der frühesten und erfolgreichsten Layer-2-Implementierungen und ermöglicht sofortige Mikrozahlungen durch die Schaffung bidirektionaler Zahlungskanäle zwischen Benutzern.

5. Im Gegensatz zu eigenständigen Blockchains ersetzen Layer-2-Systeme nicht Layer 1; Stattdessen ergänzen sie es, indem sie Routinevorgänge effizienter abwickeln und gleichzeitig die endgültige Setzung auf der Basisschicht beibehalten.

Unterschiede im Konsens und in der Datenverfügbarkeit

1. Layer-1-Blockchains behalten die volle Kontrolle über Konsens und Datenverfügbarkeit und erfordern, dass jeder Knoten den Transaktionsverlauf validiert und speichert. Das sorgt für Transparenz, schränkt aber die Geschwindigkeit ein und erhöht die Kosten.

2. Im Gegensatz dazu können Layer-2-Lösungen unterschiedliche Konsensmodelle verwenden oder sich auf Betrugs- und Gültigkeitsnachweise stützen, um die Korrektheit sicherzustellen, ohne alle Knoten mit Berechnungen zu belasten.

3. Die Strategien zur Datenverfügbarkeit unterscheiden sich: Einige Layer 2 veröffentlichen alle Transaktionsdaten direkt auf Layer 1 (um eine vollständige Überprüfbarkeit sicherzustellen), während andere Daten außerhalb der Kette speichern, was zu potenziellen Vertrauensannahmen führt.

4. zk-Rollups nutzen Zero-Knowledge-Kryptografie, um die Gültigkeit von Transaktionen zu beweisen, ohne Details preiszugeben, und bieten bei Integration in das Layer-1-Sicherheitsmodell von Ethereum sowohl Datenschutz- als auch Skalierbarkeitsvorteile.

5. Projekte wie Arbitrum, Optimism und StarkNet veranschaulichen, wie Layer-2-Ökosysteme komplexe Smart Contracts und dezentrale Anwendungen (dApps) zu geringeren Kosten im Vergleich zur direkten Bereitstellung auf Layer 1 unterstützen können.

Häufig gestellte Fragen

Was unterscheidet eine Sidechain von einer Layer-2-Lösung? Eine Sidechain ist eine unabhängige Blockchain, die über eine Zwei-Wege-Brücke mit der Hauptkette verbunden ist und häufig einen eigenen Konsensmechanismus und ein eigenes Sicherheitsmodell verwendet. Es ermöglicht zwar den Asset-Transfer zwischen Ketten, verfügt jedoch nicht über das gleiche Maß an Sicherheit wie echte Layer-2-Lösungen, deren Endgültigkeit und Verifizierung von Layer 1 abhängt.

Können Layer-2-Lösungen ohne eine Layer-1-Blockchain funktionieren? Nein, Layer-2-Lösungen sind grundsätzlich von Layer-1-Blockchains abhängig. Sie verlassen sich bei Streitbeilegung, Transaktionsverankerung und ultimativen Sicherheitsgarantien auf die Basisschicht. Ohne eine übergeordnete Blockchain würden sie ihre vertrauensminimierten Eigenschaften verlieren.

Wie interagieren Benutzer in der Praxis mit Layer-2-Netzwerken? Benutzer überbrücken in der Regel Assets von Layer 1 zu Layer 2 mithilfe dedizierter Portale. Nach der Übertragung können sie mit dApps interagieren, Token handeln oder Zahlungen schneller und mit geringeren Gebühren durchführen. Auszahlungen zurück auf Schicht 1 können aufgrund von Herausforderungsfenstern in bestimmten Rollup-Designs mit Wartezeiten verbunden sein.

Sind alle Layer-2-Lösungen gleichermaßen sicher? Die Sicherheit variiert je nach Design. Rollups, die alle Daten in der Kette veröffentlichen und kryptografische Beweise verwenden (insbesondere ZK-Rollups), bieten stärkere Garantien. Lösungen, die Daten außerhalb der Kette halten oder auf zentralisierte Sequenzer angewiesen sind, können Schwachstellen mit sich bringen, wenn sie nicht ordnungsgemäß geprüft oder dezentralisiert werden.