Was ist Layer-2-Skalierung und warum ist sie für Ethereum wichtig? (z. B. Polygon, Arbitrum)

Grundlegendes zur Layer-2-Skalierung

1. Layer-2-Skalierung bezieht sich auf eine Reihe von Protokollen, die auf der Hauptblockchain von Ethereum aufbauen und darauf ausgelegt sind, Transaktionen außerhalb der Kette abzuwickeln und gleichzeitig die Sicherheitsgarantien von Ethereum zu übernehmen.

2. Diese Lösungen verarbeiten Batches von Transaktionen extern und übermitteln nur kryptografische Beweise oder komprimierte Daten zurück an das Ethereum-Mainnet.

3. Durch die Verlagerung der Berechnungs- und Zustandsspeicherung von der Basisschicht reduzieren Layer-2-Netzwerke die Überlastung der primären Ausführungsumgebung von Ethereum erheblich.

4. Jedes Layer-2-System unterhält seine eigene virtuelle Maschine oder Ausführungsumgebung – einige replizieren die EVM von Ethereum, andere führen optimierte Varianten ein.

5. Rollups stellen heute die vorherrschende Layer-2-Architektur dar, mit zwei Hauptuntertypen: optimistische Rollups und Zero-Knowledge-Rollups.

Wie optimistische Rollups funktionieren

1. Optimistische Rollups gehen standardmäßig von der Gültigkeit der Transaktion aus und senden komprimierte Transaktionsdaten ohne sofortige Überprüfung an Ethereum.

2. Es wird eine Anfechtungsfrist – in der Regel sieben Tage – durchgesetzt, in der jeder Teilnehmer Betrugsnachweise einreichen kann, wenn ungültige Zustandsübergänge festgestellt werden.

3. Arbitrum verwendet eine benutzerdefinierte virtuelle Maschine namens Arbitrum Nitro, die einen hohen Durchsatz und eine geringe Latenz ermöglicht und gleichzeitig die volle EVM-Kompatibilität beibehält.

4. Der Streitbeilegungsmechanismus basiert auf interaktiven Beweisen, bei denen Herausforderer und Verteidiger eine binäre Suche durchführen, um die genaue Anweisung zu isolieren, die zu Meinungsverschiedenheiten führt.

5. Die Endgültigkeit wird verzögert, bis das Challenge-Fenster abläuft, wodurch Auszahlungen aus optimistischen Rollups von Natur aus zeitgebunden sind.

Der Aufstieg von Zero-Knowledge-Rollups

1. ZK-Rollups generieren prägnante kryptografische Beweise – sogenannte zk-SNARKs oder zk-STARKs –, die die Korrektheit eines gesamten Transaktionsstapels mathematisch überprüfen.

2. Diese Beweise werden direkt an Ethereum gesendet und ermöglichen eine sofortige Validierung, ohne dass Vertrauensannahmen über die Kryptografie hinaus erforderlich sind.

3. StarkNet und zkSync verwenden unterschiedliche Beweissysteme: StarkNet verwendet STARKs für Skalierbarkeit und Transparenz, während zkSync SNARKs für Kompaktheit und schnellere Verifizierungszeiten nutzt.

4. Da die Gültigkeit vor der Akzeptanz nachgewiesen wird, können Benutzer fast sofort Geld abheben, nachdem der Nachweis in der Kette überprüft wurde.

5. ZK-Rollups sind derzeit mit einer höheren technischen Komplexität und einem höheren Rechenaufwand bei der Beweiserstellung konfrontiert, was den Echtzeitdurchsatz im Vergleich zu optimistischen Alternativen einschränkt.

Wirtschaftliche und betriebliche Auswirkungen

1. Die Transaktionsgebühren in Layer-2-Netzwerken betragen in der Regel weniger als 1 % derjenigen im Ethereum-Mainnet, was Mikrotransaktionen und häufige Interaktionen ermöglicht, die zuvor als unwirtschaftlich galten.

2. Die PoS-Kette von Polygon fungiert als Sidechain und nicht als echte Schicht 2 und stützt sich auf einen separaten Validatorsatz und Überbrückungsmechanismen, die unterschiedliche Vertrauensmodelle einführen.

3. Arbitrum One und Optimism sind zu kritischen Infrastrukturen für DeFi-Protokolle geworden und beherbergen große dezentrale Börsen, Kreditplattformen und NFT-Marktplätze.

4. Cross-Chain-Brücken, die Layer 2 mit Ethereum verbinden, bleiben hochwertige Ziele; Mehrere Exploits haben aufgrund fehlerhafter Signaturüberprüfung oder Wiedereintrittsschwachstellen zu Verlusten von über 100 Millionen US-Dollar geführt.

5. Datenverfügbarkeitsschichten wie Celestia und EigenDA entwickeln sich zu modularen Komponenten, die den Speicher von der Ausführung entkoppeln, um die Rollup-Leistung weiter zu optimieren.

Häufig gestellte Fragen

Q1. Sind Layer-2-Netzwerke vollständig dezentralisiert? Die Dezentralisierung der Schicht 2 variiert je nach Implementierung. Arbitrum hat nach und nach Admin-Schlüssel entfernt, während einige frühe zkSync-Versionen aktualisierbare Verträge beibehielten, die von zentralisierten Einheiten kontrolliert wurden.

Q2. Können im Ethereum-Mainnet bereitgestellte Smart Contracts unverändert auf Layer 2 ausgeführt werden? Die meisten EVM-kompatiblen Layer 2 unterstützen die direkte Bereitstellung von unverändertem Solidity-Bytecode, obwohl Unterschiede bei der Gasabrechnung und Vorkompilierungsvariationen möglicherweise geringfügige Anpassungen erfordern.

Q3. Was passiert, wenn ein Layer-2-Sequenzer offline geht? Durch den Ausfall des Sequenzers wird die Aufnahme neuer Transaktionen gestoppt, die Mittel werden jedoch nicht gefährdet. Benutzer behalten die Möglichkeit, Transaktionen auf Ethereum über zensurresistente Fluchtluken, sogenannte „Force-Inclusion“-Mechanismen, zu erzwingen.

Q4. Teilen Layer 2s den Mempool von Ethereum? Nein. Jede Schicht 2 unterhält ihren eigenen unabhängigen Mempool und ihre eigene Blockproduktionslogik. Transaktionen gelangen niemals in den Mempool von Ethereum, es sei denn, sie werden ausdrücklich an die Basisschicht übermittelt.