Die Welt der Blockchain: Die mehrschichtige Architektur verstehen

Die Welt der Blockchain entwickelt sich schnell und braucht sicherere und dezentralisierte Systeme. Der Wert von Kryptowährungen ist in die Höhe geschossen und hat 1,7 Billionen Dollar überschritten. Mittlerweile gibt es über 3.000 dezentralisierte Apps, die auf verschiedenen Plattformen laufen.

Da immer mehr Leute und Unternehmen Blockchain nutzen, wird klar, dass es wichtig ist, zu wissen, wie die verschiedenen Teile zusammenarbeiten. Das gilt vor allem, wenn man sich die Schichten ansieht, aus denen die Blockchain-Architektur besteht, von den Grundlagen der Schicht 0 bis zu den Systemen der Schicht 3.

Blockchain wächst schnell und es sieht nicht so aus, als würde sich das ändern. In so einem sich verändernden Umfeld ist es wichtig zu verstehen, wie jede Ebene zum Blockchain-Ökosystem beiträgt, um sein volles Potenzial auszuschöpfen.

Die Bausteine eines Blockchain-Systems fangen ganz unten an, wobei jede Schicht dazu beiträgt, ein schnelleres, sichereres und benutzerfreundlicheres Erlebnis zu schaffen. Das gilt für die gesamte Infrastruktur bis hin zu den Anwendungen, mit denen die Menschen tatsächlich interagieren.

Wenn man sich mit der Welt der Blockchain beschäftigt, wird klar, dass diese Technologie aus mehreren Schichten besteht, von denen jede ihre eigene Funktion hat. Bei genauerer Betrachtung zeigt sich, dass es sich nicht um eine einzelne Einheit handelt, sondern um eine komplexe Struktur, die aus verschiedenen Komponenten besteht.

Warum einen mehrschichtigen Ansatz verwenden?

Durch die Aufteilung der Blockchain in Schichten entsteht ein System, das sowohl organisiert als auch anpassungsfähig ist. Das heißt, Entwickler können Änderungen an Teilen des Netzwerks vornehmen, ohne das gesamte System auseinandernehmen zu müssen.

Vorteile einer mehrschichtigen Architektur:

• Layers können mit Tools wie Rollups oder Sidechains für mehr Geschwindigkeit sorgen
• Ermöglicht Plattformen Wachstum, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen
• Unternehmen können die Blockchain-Technologie über Blockchain-as-a-Service-Lösungen nutzen
• Ermöglicht den Aufbau von kettenübergreifenden Systemen
• Macht die Interaktion mit der Blockchain-Technologie für die Nutzer einfacher

Im Mittelpunkt steht das, was als Layer 0 bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um die zugrunde liegende Infrastruktur, auf der alle Blockchain-Netzwerke aufbauen. Sie besteht aus Systemen wie Netzwerken, Hardware, Protokollen, die den Konsens sicherstellen, und Mechanismen, die es verschiedenen Teilen des Netzwerks ermöglichen, sich gegenseitig zu finden und miteinander zu kommunizieren.

Was Layer 0 macht

Diese Ebene ist wie das Betriebssystem der Blockchain und macht im Grunde Folgendes:

• Die Grundlage für alle anderen Blockchain-Ebenen
• Verwaltung von Konsensmechanismen und Kommunikation
• Sicherheit und Skalierbarkeit auf der grundlegenden Ebene
• Fähigkeiten zur kettenübergreifenden Kommunikation

Wichtige Technologien der Ebene 0

Bei der kettenübergreifenden Kommunikation nutzt diese Schicht fortschrittliche Technologien wie:

• Inter-Blockchain-Kommunikationsprotokoll von Cosmos
• Polkadots Relay Chain
• Andere Protokolle, die es verschiedenen Ketten ermöglichen, miteinander zu kommunizieren

Bemerkenswerte Layer-0-Projekte

Das Konzept von Layer 1 ist in der Blockchain-Welt echt wichtig. Das ist die Ebene, die tatsächlich festlegt, wie das Netzwerk funktioniert – das Rückgrat jedes Blockchain-Systems, wo Kernprotokolle die Netzwerkfunktion, den Konsens und die Transaktionsüberprüfung bestimmen.

Merkmale der Ebene 1

Im Kern hat Layer 1 ein paar wichtige Eigenschaften:

• Konsensverfahren (Proof of Work, Proof of Stake)
• Zuständig für die Validierung von Transaktionen und die Netzwerksicherheit
• Hostet native Token für jedes Blockchain-Netzwerk
• Bietet die Grundlage für Smart Contracts

Wichtige Layer-1-Netzwerke

Bitcoin: Pionier bei der Demonstration von Layer-1-Fähigkeiten, nutzt Proof of Work für sichere Transaktionsverarbeitung.

Ethereum: Eine weit verbreitete Plattform für Smart Contracts und dezentrale Finanzanwendungen.

Solana: Bekannt für extrem schnelle und relativ günstige Transaktionsverarbeitung.

Wenn die Haupt-Blockchain-Netzwerke überlastet sind und die Gebühren zu hoch werden, kommen Layer-2-Lösungen ins Spiel. Diese Lösungen wickeln Transaktionen kostengünstiger ab und senden die Ergebnisse dann zurück an das Hauptnetzwerk.

Techniken der Ebene 2

Um die Transaktionseffizienz zu verbessern, werden verschiedene Techniken eingesetzt:

• Rollups: Bündel Transaktionen zu Stapeln für die Verarbeitung.
• Sidechains: Arbeitet unabhängig, bleibt aber mit Layer 1 verbunden
• State Channels: Ermögliche direkte Zahlungen zwischen Nutzern, ohne die Hauptkette zu nutzen

Wichtige Projekte der Ebene 2

Polygon: Konzentriert sich speziell auf die Bereitstellung von Layer-2-Skalierung für das Ethereum-Netzwerk.

Arbitrum: Nutzt Rollups, um die Geschwindigkeit zu erhöhen und die Gasgebühren zu senken.

Optimismus: Macht Skalierung mit der Optimistic Rollup-Technologie möglich.

Der Teil der Blockchain, mit dem die Nutzer interagieren, wird als Layer 3 bezeichnet. In dieser Schicht geht es um die Anwendungen, Schnittstellen und APIs, mit denen die Nutzer auf Blockchain-Netzwerke zugreifen können.

Funktionen der Schicht 3

Einige der wichtigsten Aufgaben dieser Ebene:

• Unterstützt dezentrale Apps (dApps)
• Bietet benutzerfreundliche Oberflächen für Wallets, Börsen und Gaming-Plattformen
• Hilft dabei, künstliche Intelligenz mit Smart Contracts zu verbinden
• Ermöglicht Web3-Gaming und Belohnungssysteme

Beispiele für Ebene 3

MetaMask: Browser-Wallet-Erweiterung für die Interaktion mit Ethereum und anderen Blockchains.

Chainlink Oracles: Verbindet Daten aus der realen Welt mit Smart Contracts.

Web3-Spiele: On-Chain-Gaming-Plattformen, die Spielern Token als Belohnung geben.

Die verschiedenen Ebenen der Blockchain sind keine separaten Einheiten – sie sollen als zusammenhängende Einheit funktionieren. Jede Ebene hat ihre eigene Aufgabe, aber alle tragen zur Gesamtfunktionalität, Skalierbarkeit und Benutzererfahrung bei.

Vertikale Integration

Die Ebenen sind übereinander gestapelt, wobei jede auf dem Fundament der darunterliegenden Ebene aufbaut:

• Layer 2 baut auf Layer 1 auf
• Schicht 1 läuft auf Schicht 0
• Layer 3 ist mit allen unteren Schichten verbunden

Horizontale Integration

Außerdem verbinden sie sich horizontal durch kettenübergreifende Abstraktion, was die reibungslose Zusammenarbeit verschiedener Blockchains verbessert.

Skalierbarkeit ist ein wichtiges Konzept in der Blockchain – es geht darum, wie ein Netzwerk mehr Transaktionen, Nutzer und Anwendungen verarbeiten kann, ohne langsamer zu werden, zu teuer zu werden oder die Sicherheit zu beeinträchtigen.

Die drei Elemente

Eine der größten Herausforderungen bei der Blockchain-Entwicklung ist es, die richtige Balance zu finden zwischen:

• Dezentralisierung: Das Netzwerk wird von den Nutzern kontrolliert, nicht von einer zentralen Behörde
• Sicherheit: Schütze die Netzwerkintegrität und die Daten der Nutzer
• Skalierbarkeit: Die Möglichkeit, zu wachsen und mehr Nutzer aufzunehmen

Layer-basierte Lösungen

Die mehrschichtige Architektur hilft dabei, dieses Trilemma zu lösen, indem sie:

• Die unteren Ebenen (0 und 1) konzentrieren sich auf Fairness und Vertrauenswürdigkeit
• Die höheren Ebenen (2 und 3) kümmern sich um Geschwindigkeit und Benutzererfahrung
• Jede Ebene kann für bestimmte Aspekte optimiert werden, ohne andere zu beeinträchtigen

Wenn man sich anschaut, wie sich die mehrschichtige Architektur in der Praxis macht, gibt's Beispiele, die zeigen, wie wichtig eine gute Planung ist, wenn man Blockchain für leistungsstarke Anwendungen nutzt:

Gaming

Mit Layer-2-Skalierungslösungen kannst du für ein flüssiges Gameplay und schnelle Ladezeiten sorgen.

Logistik

Unternehmen können Blockchain nutzen, um Sendungen und Lieferungen zu verfolgen, was den Prozess transparenter und effizienter macht.

Finanzen

Sichere Handelsplattformen können mit geringer Latenz arbeiten, indem sie dezentrale Ledger nutzen, die die Nachverfolgung schneller und günstiger machen.

Um die Blockchain-Leistung über alle Ebenen hinweg zu messen, schauen wir uns Folgendes an:

• Transaktionen pro Sekunde (TPS): Wie viele Transaktionen können verarbeitet werden?
• Transaktionskosten: Die Gebühr für jede Transaktion
• Abschlusszeit: Wie lange dauert es, bis eine Transaktion bestätigt wird?

Bei der Entwicklung von Blockchain-Anwendungen hängt die Wahl der Ebene von den Projektanforderungen ab:

Entwicklung der Ebene 1

Am besten geeignet für Projekte, die Folgendes erfordern:

• Maximale Dezentralisierung
• Hohe Sicherheit
• Native Token-Funktionalität
• Entwicklung des Kernprotokolls

Entwicklung der zweiten Ebene

Perfekt für Anwendungen, die Folgendes brauchen:

• Hoher Transaktionsdurchsatz
• Geringe Kosten
• Schnelle Bearbeitung
• Skalierbarkeit

Entwicklung der Ebene 3

Perfekt zum Erstellen von:

• Benutzerfreundliche Oberflächen
• Verbraucheranwendungen
• Integration in herkömmliche Systeme
• Verbesserte Benutzererfahrung

Viele Blockchain-Projekte arbeiten auf mehreren Ebenen, um ihre Ziele zu erreichen. Zum Beispiel:

• Eine dApp könnte auf Arbitrum (Layer 2) laufen
• Arbitrum basiert auf Ethereum (Layer 1)
• Alles ist über kettenübergreifende Protokolle (Layer 0) miteinander verbunden
• Die Nutzer interagieren über Wallet-Schnittstellen (Layer 3).

Unternehmen können verschiedene Ebenen strategisch nutzen:

• Ebene 0: Kettenübergreifende Operationen und Interoperabilität
• Ebene 1: Sichere Speicherung sensibler Daten und Kernvorgänge
• Ebene 2: Verarbeitung von Transaktionen mit hohem Volumen
• Ebene 3: Einfach zu bedienende Anwendungen und Schnittstellen

Dieses Setup gibt Unternehmen skalierbare und zuverlässige Tools für die Blockchain-Implementierung.

Der modulare Ansatz für die Blockchain-Architektur ist super, weil er die Flexibilität und Skalierbarkeit bietet, die große Unternehmen brauchen, um Anwendungen für verschiedene Branchen zu entwickeln.

Wenn Unternehmen wissen, wie diese verschiedenen Ebenen funktionieren, können sie besser entscheiden, welche Technologien für ihre Ziele am besten geeignet sind – egal, ob es darum geht, die Sicherheit zu verbessern, die Geschwindigkeit zu erhöhen, Kosten zu senken oder die Benutzerinteraktion zu verbessern.

Der mehrschichtige Ansatz sorgt dafür, dass sich die Blockchain-Technologie weiterentwickeln und skalieren kann, während die Kernprinzipien der Dezentralisierung und Sicherheit, die sie für moderne Anwendungen so wertvoll machen, beibehalten werden.