Layer 2 Netzwerke: die Lösung des Blockchain-Trilemmas?

Blockchains sind langsam und teuer seit Beginn ihrer Existenz. Jahrelang sah es so aus, als ob dieses Skalierbarkeits-Trilemma ein dauerhaftes Problem sein würde, aber dank der jüngsten Innovationen haben wir durch "Layer 2s" einen Ausweg gefunden. 

Layer 2 Lösungen sollen das nächste grosse Ding in der Blockchain-Entwicklung werden. Sie bieten billige und schnelle Transaktionen und bewahren gleichzeitig Sicherheit und Dezentralisierung. Layer 2 Lösungen sind Blockchains, die auf der Hauptblockchain (Layer 1) aufgebaut sind. Dies ist der Ansatz, den Ethereum (ETH) verfolgt, um sein überlastetes Netzwerk zu skalieren.

Traditionell gibt ein Benutzer seine Befehle auf einem Layer 1 ein und wartet auf die Ausführung seiner Transaktion(en). Es gibt jedoch nur begrenzten Platz (auch Blockspace oder Blöcke genannt) für die Eingabe dieser Transaktionen und so entstehen die Verzögerungen. Wenn diese Blöcke grösser werden, können mehr Transaktionen darin Platz finden, was das Netz schneller macht. Leider sind für grössere Blöcke schnellere und teurere Computer erforderlich. Wenn wir ein verteiltes Netzwerk wollen, können wir diese finanziellen Barrieren nicht schaffen, da sonst nur die Elite in der Lage wäre, das System zu betreiben - ein Problem, mit dem die meisten bereits viel zu vertraut sind.

Die Lösung zur Vermeidung grösserer Blöcke besteht darin, sich auf eine andere Blockchain zu verlassen. Auf dieser Blockchain geben die Nutzer Tausende von Transaktionen ein, die dann zu einer einzigen gebündelt werden. Diese eine Transaktion (die Tausende repräsentiert) wird dann auf der Layer 1 Blockchain veröffentlicht und verifiziert die Richtigkeit dieser Transaktionen. Die Layer 2 Blockchain kann "grössere Blöcke" haben, die von einigen wenigen ausgeführt werden. Denn sie werden von der Layer 1 Blockchain überprüft und verifiziert, die dezentralisiert ist und von vielen betrieben wird. Aber wenn die Transaktion immer noch von dem langsamen und teuren Layer 1 überprüft werden muss, haben wir dann nicht das gleiche Problem?

Layer 2s und ihre Skalierungslösung

Erstens wird die teure Layer 1 Transaktionsgebühr auf Tausende von Transaktionen aufgeteilt, wodurch jede Transaktion viel billiger wird. Tatsächlich kehrt diese Lösung das Problem auf den Kopf - zuvor bedeuteten mehr Transaktionen eine höhere Nachfrage nach Blockspace und damit höhere Transaktionsgebühren. Jetzt bedeuten mehr Transaktionen auch mehr Nutzer, mit denen die Kosten geteilt werden können, so dass mehr Nutzer gleichbedeutend mit niedrigeren Gebühren sind. Aus diesem Grund können, wie unten gezeigt, Layer 2s so billig sein. Die Layer 2 Transaktionen werden zu einer Layer 1 Transaktion "aufgerollt". Dies ist auch der Grund, warum einige Layer 2s als Rollups bezeichnet werden.

Zweitens können Layer 2 Rollups viel schneller arbeiten, obwohl sie sich auf die Layer 1 Blockchain stützen, um Transaktionen zu verifizieren. Dafür gibt es zwei Erklärungen, je nachdem, über welche Art von Rollup wir sprechen: optimistische Rollups oder Validitäts-Rollups.

Optimistische Rollups sind, wie der Name schon sagt, optimistisch. Sie warten nicht darauf, dass der Layer 1 die Transaktion verifiziert, sondern gehen optimistisch davon aus, dass die Transaktion korrekt ist und fahren mit dem nächsten Stapel fort. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass es andere Akteure gibt, die die gebuchten Transaktionen überwachen, um deren Richtigkeit sicherzustellen. Stellt sich heraus, dass eine Transaktion falsch ist, wird derjenige, der die Transaktion eingegeben hat, bestraft. Im Gegenzug wird der Whistleblower belohnt. Der Hinweisgeber legt dem Layer 1 den Beweis vor, dass eine betrügerische Aktivität stattgefunden hat und dieser "Betrugsnachweis" (der eine erneute Ausführung der Transaktionen beinhaltet) wird verwendet, um den Ausgang des Streitfalls zu bestimmen. Solange es mindestens eine Person auf der Welt gibt, die diese Transaktionen (aus finanziellen oder anderen Gründen) beobachtet, können optimistische Rollups ihre Aufgabe erfüllen.

Validity-Rollups (auch bekannt als Zero Knowledge Rollups oder ZK-Rollups) bündeln ebenfalls Transaktionen zu einer einzigen und übermitteln diese an den Layer 1. Zusammen mit dieser Transaktion übermitteln sie jedoch auch einen Gültigkeitsnachweis. Mit Hilfe ausgeklügelter kryptografischer Berechnungen belegt dieser Beweis dem Layer 1 sofort, dass alle Transaktionen tatsächlich gültig sind, ohne dass die Transaktionen erneut ausgeführt werden müssen. Layer 1 verifiziert den Beweis in sehr kurzer Zeit und geht dann zur nächsten Transaktion über. Allerdings sind ZK-Rollups rechenintensiver, da die Erstellung der Beweise eine erhebliche Menge an Rechenzeit erfordert.

Von allen in der Entwicklung befindlichen Layer 2 sind ZK-Rollups am beliebtesten, da sie die Gültigkeit eines Transaktionsbündels schnell ermitteln können. Allerdings ist die Mathematik hinter diesen Validitäts-Rollups relativ neu, so dass die Fortschritte langsamer sind als bei optimistischen Rollups. Im Folgenden wird der Prozentsatz der Layer 2 auf der Grundlage des verwendeten Beweistyps dargestellt, wobei optimistische Rollups Betrugsbeweise verwenden, während Validitäts-Rollups Gültigkeitsbeweise verwenden.

Die Layer 2-Landschaft steckt zwar noch in den Kinderschuhen, macht aber rasche Fortschritte, da die Zahl der täglich aktiven Adressen weiter steigt. Auch wenn ein Nutzer mehrere Adressen haben kann, so ist dies doch ein nützlicher Indikator für die Netznutzung, wie im Folgenden gezeigt wird.

Da Layer 2s eine Gebühr zahlen, um auf Layer 1 zu veröffentlichen, hat ihre zunehmende Beliebtheit dazu geführt, dass sie einen grösseren Anteil an den Ethereum-Einnahmen haben (wie unten dargestellt). Tatsächlich sind die Layer 2s Arbitrum und Optimism bereits die fünft- bzw. siebtgrössten Chains nach Total Value Locked (TVL), wobei das DeFi Ökosystem grösser ist als Solana.

Während TVL den Wert misst, der in allen dApps einer Kette steckt, misst Total Value Escrowed (TVE) den Wert, der sowohl in den dApps als auch in den Wallets der Nutzer steckt. Unter den Layers-2 sind Arbitrum und Optimism die klaren Spitzenreiter im TVE (zusammen 3.7 Mrd. USD), was die Reife der optimistischen Rollups in diesem Bereich unterstreicht. Im Folgenden zeigen wir die führenden Layer 2s nach TVE.

Fazit

Layer 2s scheinen die Lösung zu sein, die Ethereum seit vielen Jahren benötigt hat. Sie bieten den Nutzern billige und schnellere Transaktionen und übernehmen gleichzeitig die Stärken der Dezentralisierung und Sicherheit des Ethereum-Netzwerks. Tatsächlich wird ein bevorstehendes Upgrade für Ethereum, EIP-4844, Transaktionen auf Ethereum Layer 2s um eine Grössenordnung billiger machen. Bei den derzeitigen Levels der Nachfrage würde dies die Transaktionsgebühren auf Chains wie Arbitrum, Optimism und zkSync auf Bruchteile eines Cents reduzieren.

Der Design-Raum für Layer 2s ist weitgehend unerforscht, mit vielen verschiedenen Variationen, die in verschiedenen Teilen der Welt entstehen. Dieser marktwirtschaftliche Ansatz zur Skalierung von Ethereum könnte dem System im Vergleich zu konkurrierenden Layer 1s tatsächlich einen Vorteil verschaffen. Alles in allem verbessern sich die technologischen Grundlagen und die Zukunft von Layer 2s scheint vielversprechend.