Was versteht man unter Blockchain-Interoperabilität?

Blockchain-Interoperabilität verstehen

1. Blockchain-Interoperabilität bezieht sich auf die Fähigkeit verschiedener Blockchain-Netzwerke, nahtlos über Plattformen hinweg zu kommunizieren, Daten auszutauschen und Transaktionen auszuführen. Dieses Konzept stellt die traditionelle Isolation von Blockchains in Frage, bei denen jede nach ihren eigenen Konsensregeln, kryptografischen Standards und Governance-Modellen arbeitet.

2. In einem fragmentierten Ökosystem bleiben Vermögenswerte und Informationen in einzelnen Ketten gefangen. Interoperabilität ermöglicht die Wertübertragung von einer Blockchain auf eine andere, ohne auf zentrale Vermittler angewiesen zu sein. Beispielsweise wird das Senden von Bitcoin zur Verwendung als Sicherheit in einer auf Ethereum basierenden DeFi-Anwendung durch interoperable Protokolle möglich.

3. Die kettenübergreifende Kommunikation wird mithilfe von Technologien wie Atomic Swaps, Cross-Chain-Brücken und interoperabilitätsorientierten Blockchains wie Polkadot oder Cosmos erreicht. Diese Lösungen schaffen Wege für intelligente Verträge und Token, die in mehreren Umgebungen funktionieren und gleichzeitig Sicherheit und Integrität gewährleisten.

4. Eine große Herausforderung besteht darin, eine vertrauensfreie Interaktion sicherzustellen. Da sich Blockchains in ihren Validierungsmechanismen unterscheiden, ist die Abstimmung ihrer Sicherheitsannahmen von entscheidender Bedeutung. Einige Systeme verwenden Validatorsätze, die externe Ketten überwachen, während andere auf in Smart Contracts eingebettete Light-Clients angewiesen sind, um den Status entfernter Ketten zu überprüfen.

5. Interoperabilität verbessert die Zusammensetzbarkeit im dezentralen Finanzwesen (DeFi) und ermöglicht es Entwicklern, Anwendungen zu erstellen, die Funktionen über verschiedene Ketten hinweg nutzen. Ein Kreditprotokoll auf Avalanche könnte Preis-Feeds von einem Chainlink-Orakel auf Ethereum integrieren oder auf Flow geprägte NFTs als Kreditsicherheit akzeptieren und so die Funktionalität über die Einschränkungen einer einzelnen Kette hinaus erweitern.

Schlüsseltechnologien, die Interoperabilität ermöglichen

1. Cross-Chain-Brücken dienen als Verbindungen zwischen zwei oder mehr Blockchains und ermöglichen die Übertragung von Token und die Weitergabe von Nachrichten. Sie können verwahrend sein und sich dabei auf vertrauenswürdige Dritte verlassen, oder sie können nicht verwahrend sein und kryptografische Beweise verwenden, um eine sichere Sperrung und Prägung von Vermögenswerten zu gewährleisten.

2. Atomic Swaps ermöglichen den Peer-to-Peer-Austausch von Kryptowährungen über verschiedene Blockchains hinweg ohne Zwischenhändler. Durch die Nutzung von Hash-Time-Locked-Verträgen (HTLCs) wird garantiert, dass beide Parteien nur dann Gelder erhalten, wenn vordefinierte Bedingungen innerhalb eines festgelegten Zeitrahmens erfüllt werden.

3. Cosmos verwendet das Inter-Blockchain Communication (IBC)-Protokoll, das es souveränen Blockchains (Zonen) ermöglicht, Token und Daten über ein Hub-and-Spoke-Modell untereinander zu senden. IBC setzt auf Light Clients und eine überprüfbare Paketzustellung, um eine vertrauensminimierte Kommunikation aufrechtzuerhalten.

4. Polkadot implementiert Interoperabilität durch Parachains – parallele Blockchains, die mit einer zentralen Relay-Kette verbunden sind. Die Relay-Kette bietet gemeinsame Sicherheit und ermöglicht Cross-Chain-Message-Passing (XCMP), sodass Parachains mit konsistenten Endgültigkeitsgarantien interagieren können.

5. LayerZero schlägt ein Omnichain-Interoperabilitätsprotokoll vor, das dezentrale Orakel und Relayer verwendet, um Nachrichten über Ketten hinweg zu übertragen. Es trennt die Ausführung von der Verifizierung, ermöglicht eine einfache und effiziente Kommunikation und reduziert gleichzeitig die Abhängigkeit von einzelnen Fehlerquellen.

Auswirkungen und Risiken auf die Sicherheit

1. Interoperabilität führt zu neuen Angriffsflächen, insbesondere bei Bridge-Implementierungen. Aufsehenerregende Exploits, wie sie beispielsweise bei Wormhole und Ronin beobachtet wurden, haben aufgrund kompromittierter privater Schlüssel oder fehlerhafter Konsensmechanismen zu Verlusten von über Hunderten Millionen Dollar geführt.

2. Absprachen zwischen Validatoren stellen eine erhebliche Bedrohung in kettenübergreifenden Systemen dar, in denen eine kleine Gruppe externe Kettenereignisse überprüft. Wenn böswillige Akteure die Kontrolle über diese Teilmenge erlangen, können sie falsche Transaktionsbestätigungen fälschen und verknüpfte Vermögenswerte entleeren.

3. Smart-Contract-Schwachstellen in Brückenverträgen erhöhen die Risikoexposition. Fehler in der Codelogik, unsachgemäße Zugriffskontrollen oder Wiedereintrittsfehler können ausgenutzt werden, sobald Angreifer Schwachstellen in der bereitgestellten Interoperabilitätsinfrastruktur erkennen.

4. Der Kompromiss zwischen Dezentralisierung, Sicherheit und Vertrauenslosigkeit wird beim Entwurf interoperabler Systeme deutlich. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit oder des Komforts geht häufig mit einer geringeren Überprüfbarkeit oder höheren Vertrauensannahmen einher. Die Bewertung dieser Kompromisse ist für Benutzer, die mit kettenübergreifenden Anwendungen interagieren, von entscheidender Bedeutung.

5. Die laufende Forschung konzentriert sich auf Zero-Knowledge-Beweise und Betrugsbeweise, um Vertrauensanforderungen zu minimieren. Die Entwürfe von zk-bridge zielen darauf ab, Zustandsübergänge kryptografisch nachzuweisen, die Abhängigkeit von externen Validatoren zu verringern und die langfristige Sicherheitsresilienz zu verbessern.

Häufig gestellte Fragen

Was ist eine Cross-Chain-Brücke? Eine Cross-Chain-Brücke ist ein System, das die Übertragung von Vermögenswerten oder Daten zwischen zwei verschiedenen Blockchain-Netzwerken ermöglicht. Es funktioniert, indem es Token in der Quellkette sperrt und entsprechende Darstellungen in der Zielkette ausgibt oder indem es den direkten Austausch über dezentrale Protokolle erleichtert.

Wie funktionieren Atom-Swaps? Atomic Swaps nutzen Hash-Time-Locked-Verträge (HTLCs), um einen vertrauenswürdigen Austausch zwischen Benutzern auf verschiedenen Blockchains zu ermöglichen. Beide Parteien generieren kryptografische Hashes und müssen innerhalb eines bestimmten Zeitfensters Vorbilder offenlegen, um den Austausch abzuschließen. So wird sichergestellt, dass keine der Parteien betrügen kann, ohne den Zugriff auf ihre Gelder zu verlieren.

Warum gilt Cosmos IBC als vertrauensminimiert? Cosmos IBC ist vertrauensminimiert, da es auf Light-Clients angewiesen ist, die in jeder verbundenen Kette ausgeführt werden, um die Header und Statusverpflichtungen der Gegenketten zu überprüfen. Solange der zugrunde liegende Konsens (z. B. Tendermint) sicher und ehrlich bleibt, kann die Nachrichtenübermittlung nicht unbemerkt gefälscht werden.

Können Polkadot-Parachains mit externen Blockchains wie Ethereum interagieren? Die direkte native Interaktion zwischen Polkadot-Parachains und externen Blockchains wie Ethereum erfordert eine zusätzliche Überbrückungsinfrastruktur. Während XCMP die Kommunikation zwischen Parachains ermöglicht, erfordert die Verbindung mit Nicht-Polkadot-Ökosystemen den Einsatz spezieller Bridge-Parachains oder die Integration von Bridge-Lösungen von Drittanbietern.