Was ist eine Layer-2-Skalierungslösung und wie macht sie Blockchains schneller?

Grundlegendes zu Layer-2-Skalierungslösungen

1. Eine Layer-2-Skalierungslösung bezieht sich auf ein sekundäres Framework oder Protokoll, das auf einer vorhandenen Blockchain aufbaut und oft als Layer 1 bezeichnet wird. Diese Lösungen zielen darauf ab, Transaktionen effizienter abzuwickeln, ohne die Struktur der Basisschicht zu verändern. Durch die Verarbeitung von Transaktionen außerhalb der Hauptkette reduziert Layer 2 die Überlastung und erhöht den Durchsatz.

2. Das Hauptziel von Layer 2 besteht darin, die Sicherheitsgarantien der zugrunde liegenden Blockchain aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die Transaktionsgeschwindigkeit drastisch zu verbessern und Gebühren zu senken. Dies ist besonders wichtig für Netzwerke wie Ethereum, wo eine hohe Nachfrage oft zu langsamen Bestätigungen und hohen Gaskosten führt.

3. Anstatt jede einzelne Transaktion direkt auf der Blockchain aufzuzeichnen, bündeln Layer-2-Protokolle mehrere Vorgänge und legen den Endzustand wieder auf Layer 1 fest. Dies minimiert die Datenlast im Hauptnetzwerk und ermöglicht Tausende von Transaktionen pro Sekunde im Vergleich zur begrenzten Kapazität der Basiskette.

4. Schicht 2 erreicht Skalierbarkeit, indem die Berechnung und Abwicklung außerhalb der Kette verlagert wird und sich zur Streitbeilegung und endgültigen Überprüfung nur auf die Hauptblockchain verlässt. Diese Trennung ermöglicht es Entwicklern, leistungsoptimierte Systeme zu entwerfen und gleichzeitig die Dezentralisierung und Unveränderlichkeit des ursprünglichen Netzwerks zu übernehmen.

Gängige Arten von Layer-2-Technologien

1. Rollups gehören zu den am weitesten verbreiteten Layer-2-Lösungen. Es gibt sie in zwei Hauptformen: optimistische und wissensfreie Rollups. Optimistische Rollups gehen davon aus, dass Transaktionen standardmäßig gültig sind, und verwenden Betrugsnachweise, um falsche Behauptungen anzufechten, während Zero-Knowledge-Rollups kryptografische Beweise verwenden, um Transaktionsstapel sofort zu überprüfen.

2. Staatskanäle ermöglichen es den Teilnehmern, zahlreiche Transaktionen außerhalb der Kette durchzuführen und nur beim Öffnen oder Schließen des Kanals mit der Hauptblockchain zu interagieren. Das Lightning Network von Bitcoin und Raiden von Ethereum (jetzt inaktiv) sind Beispiele, die auf diesem Modell basieren.

3. Sidechains fungieren als unabhängige Blockchains, die über eine Zwei-Wege-Brücke mit der Hauptkette verbunden sind. Obwohl sie Flexibilität und hohen Durchsatz bieten, verfügen sie in der Regel nicht über das gleiche Maß an Sicherheit wie die übergeordnete Kette, es sei denn, sie sind speziell dafür konzipiert.

4. Validium- und Plasmaketten fallen ebenfalls unter Layer-2-Architekturen. Validium speichert Transaktionsdaten außerhalb der Kette, verwendet jedoch Gültigkeitsnachweise ähnlich wie ZK-Rollups, während Plasmaketten Transaktionen in hierarchischen Bäumen organisieren und regelmäßig Zusammenfassungen an Schicht 1 übermitteln.

Wie Layer 2 die Blockchain-Leistung verbessert

1. Der Transaktionsdurchsatz verbessert sich erheblich, da Layer-2-Netzwerke Vorgänge unabhängig von der Hauptkette verarbeiten. Beispielsweise haben einige Rollup-Implementierungen gezeigt, dass sie in der Lage sind, über 2.000 Transaktionen pro Sekunde abzuwickeln, was die Basiskapazität von Ethereum von rund 15 TPS bei weitem übersteigt.

2. Die Gasgebühren sinken erheblich, da die Nutzer nicht mehr um Platz im überlasteten Hauptnetz konkurrieren. Die meisten Kosten verlagern sich auf den Layer-2-Betreiber oder Sequenzer, der Transaktionen zu einem Bruchteil des Preises aggregiert, der für die direkte Ausführung in der Kette erforderlich ist.

3. Durch die Komprimierung großer Mengen an Transaktionsdaten in kompakte Beweise oder Zusammenfassungen reduziert Layer 2 die Belastung für Validatoren und Knoten und macht das gesamte Ökosystem nachhaltiger und zugänglicher. Diese Effizienz ermöglicht Mikrotransaktionen und neue Anwendungen, die bisher aus Kosten- oder Latenzgründen unpraktisch waren.

4. Das Benutzererlebnis profitiert von schnelleren Bestätigungszeiten. Viele Layer-2-Lösungen bieten nahezu sofortiges Feedback für Zahlungen oder Smart-Contract-Interaktionen, was für Echtzeitanwendungen wie Spiele, dezentrale Börsen und soziale Plattformen unerlässlich ist.

Sicherheitsüberlegungen in Layer-2-Systemen

1. Nicht alle Layer-2-Lösungen bieten identische Sicherheitsstufen. Zero-Knowledge-Rollups gelten als äußerst sicher, da sie jeden Stapel vor der Übermittlung kryptografisch prüfen und so die Richtigkeit gewährleisten, ohne dass Vertrauen erforderlich ist.

2. Optimistische Rollups hängen von wirtschaftlichen Anreizen und zeitverzögerten Herausforderungen ab, um Betrug aufzudecken. Während des Challenge-Fensters könnten böswillige Akteure versuchen, Gelder auf der Grundlage falscher Zustände abzuheben, obwohl gebundene Validatoren ein solches Verhalten normalerweise verhindern.

3. Bei bestimmten Designs bestehen Zentralisierungsrisiken, insbesondere wenn eine einzelne Einheit die Abfolge von Transaktionen kontrolliert. Wenn der Sequenzer offline geht oder böswillig handelt, kann es zu Verzögerungen oder Zensur kommen, bis alternative Mechanismen zum Einsatz kommen.

4. Brücken, die Layer 2 mit Layer 1 verbinden, können zu Angriffsvektoren werden. Mehrere hochkarätige Exploits zielten auf kettenübergreifende Messaging-Systeme ab und unterstreichen die Notwendigkeit einer strengen Prüfung und modularer Sicherheitspraktiken.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Layer-1- und Layer-2-Skalierung? Bei der Skalierung auf Ebene 1 wird das Kern-Blockchain-Protokoll selbst geändert – beispielsweise durch Erhöhen der Blockgröße oder Implementieren von Sharding –, um die Leistung zu verbessern. Durch die Layer-2-Skalierung werden zusätzliche Schichten auf der bestehenden Blockchain aufgebaut, um Transaktionen extern abzuwickeln. Dabei bleiben die Regeln der ursprünglichen Kette erhalten und gleichzeitig werden Geschwindigkeit und Effizienz erhöht.

Sind Layer-2-Transaktionen reversibel? Nein, sobald eine Layer-2-Transaktion abgeschlossen und auf der Hauptblockchain abgewickelt ist, wird sie wie jede andere On-Chain-Transaktion irreversibel. Während der Herausforderungsphase in optimistischen Systemen können Streitigkeiten jedoch das Ergebnis verändern, bevor die Endgültigkeit erreicht ist.

Kann ich DeFi-Apps in Layer-2-Netzwerken verwenden? Ja, viele dezentrale Finanzplattformen haben Versionen auf Layer-2-Lösungen wie Arbitrum, Optimism und zkSync bereitgestellt. Benutzer interagieren mit diesen Apps ähnlich wie bei Ethereum, profitieren jedoch von niedrigeren Gebühren und einer schnelleren Ausführung.

Benötige ich ein spezielles Wallet für Layer 2? Die meisten Standard-Krypto-Wallets wie MetaMask unterstützen Layer-2-Netzwerke durch benutzerdefinierte Netzwerkkonfiguration. Einige Projekte bieten auch native Wallets an, die für ihre spezifische Layer-2-Umgebung optimiert sind, die allgemeine Kompatibilität mit vorhandenen Tools bleibt jedoch gut.