Blockchain-Skalierungslösungen: Layer 1 vs. Layer 2

Die Welt der Blockchain boomt: Im Jahr 2023 besitzen weltweit unglaubliche 420 Millionen Menschen Kryptowährungen. Dieses explosive Wachstum belastet die Infrastruktur der Blockchain-Netzwerke und beeinträchtigt deren Funktionsweise.

Damit Blockchain wirklich durchstarten kann, muss es in der Lage sein, eine große Anzahl von Nutzern und Transaktionen zu verarbeiten. Entwickler arbeiten an Möglichkeiten, diese Einschränkungen zu umgehen und Blockchain skalierbarer zu machen.

Es haben sich zwei Hauptansätze herausgebildet:

• Skalierungslösungen der Ebene 1
• skalierungslösungen der Ebene 2

Es gibt zwei Arten von Skalierungslösungen, die gerade getestet werden, um die Leistung von Blockchain-Netzwerken zu verbessern.

Die Bedeutung der Skalierbarkeit in der Blockchain kann gar nicht genug betont werden. Sie ist ein Faktor, der sich auf Folgendes auswirkt:

• Wie gut ein Netzwerk funktioniert
• Die Art von Erfahrung, die Nutzer machen
• Seine Fähigkeit, ein breiteres Publikum zu erreichen

Ohne Skalierbarkeit wäre es für die Blockchain-Technologie schwierig, eine große Anzahl von Nutzern zu unterstützen, was ihr Potenzial für eine breite Akzeptanz einschränken würde.

Die wichtigsten Vorteile der Skalierbarkeit

Transaktionsverarbeitungsgeschwindigkeit

Die Fähigkeit, mehr Transaktionen pro Sekunde zu verarbeiten, ist für Echtzeitanwendungen entscheidend. Das bedeutet schnellere Bestätigungszeiten und ein nahtloses Erlebnis für die Nutzer.

Kosteneffizienz

Durch Skalierung ist es möglich:

• Transaktionsgebühren senken
• Reduzier den Energieverbrauch
• Mach die Blockchain zu einer praktischen und erschwinglichen Option für alle möglichen Branchen.

Netzwerkstabilität

Wenn ein Netzwerk für hohen Datenverkehr ausgelegt ist, bleibt es auch bei hoher Nachfrage eher stabil. Überlastung und Verzögerungen sind weniger ein Problem, und Transaktionen werden seltener aufgehalten.

Innovationsmöglichkeiten

Wenn die Skalierbarkeit besser wird, gibt's jede Menge neue Möglichkeiten:

• Komplexe dezentrale Anwendungen werden einfacher umsetzbar.
• DeFi-Plattformen können effizienter arbeiten
• Entwickler können Ideen ausprobieren, die vorher durch Netzwerkbeschränkungen nicht möglich waren

Bei der Blockchain-Technologie gibt es verschiedene Ebenen, die zusammenarbeiten, damit das ganze System reibungslos läuft. Die erste Ebene, oft als Layer 1 bezeichnet, ist wie das Fundament eines Gebäudes.

Kernkonzept

Lösungen der Ebene 1 beinhalten direkte Änderungen am Blockchain-Protokoll selbst. Dazu können gehören:

• Anpassung der Konsensmechanismen (die Regeln, die die Überprüfung von Transaktionen regeln)
• Passe die Blockgröße an (die bestimmt, wie viele Transaktionen gleichzeitig verarbeitet werden können)
• Änderung anderer grundlegender Aspekte des Protokolls

Indem diese Kernbestandteile des Protokolls robuster gemacht werden, kann das gesamte System mehr Transaktionen verarbeiten und eine größere Anzahl von Nutzern unterstützen.

Hauptmerkmale von Layer-1-Lösungen

• Gezielte Verbesserungen am zugrunde liegenden Protokoll, die die Verarbeitung von Transaktionen vereinfachen und beschleunigen können
• Grundlegende Änderungen an der Kernarchitektur der Blockchain, im Gegensatz zum Hinzufügen von Lösungen darauf
• Direkte Protokolländerungen, die sich auf das gesamte Netzwerk auswirken

Beliebte Layer-1-Skalierungsmethoden

Sharding

Sharding zerlegt die Blockchain in kleinere Teile, die als Shards bezeichnet werden. Jeder Shard kann eigenständig arbeiten und einen Teil der Transaktionen gleichzeitig mit den anderen bearbeiten.

Wenn mehrere Dinge gleichzeitig passieren, wie zum Beispiel eine Reihe von Transaktionen, die alle zusammen verarbeitet werden, kann das die Abläufe echt beschleunigen. Das kommende Ethereum 2.0 ist ein Beispiel dafür, wie das in der Praxis funktioniert: Es nutzt Sharding, um die Anzahl der Transaktionen, die verarbeitet werden können, zu erhöhen.

Verbesserungen des Konsensmechanismus

Eine der Herausforderungen für Blockchain-Systeme ist, wie sie sich darauf einigen, was echt ist und was nicht. Die alte Methode, die als Proof of Work bezeichnet wird, ist ziemlich ressourcenintensiv und braucht viel Rechenleistung.

Der Umstieg auf neuere Ansätze kann die Skalierbarkeit echt verbessern:

• Proof of Stake (von Cardano verwendet)
• Delegated Proof of Stake (von EOS verwendet)

Diese Systeme reduzieren den Rechenaufwand und den Energieverbrauch, die für den Betrieb des Netzwerks nötig sind, erheblich.

Vorteile und Einschränkungen

Vorteile:

• Die Verbesserung der Skalierbarkeit direkt auf Protokollebene führt zu einer deutlichen Steigerung des Transaktionsdurchsatzes
• Viele Lösungen halten die Dezentralisierung des Netzwerks bei oder machen sie sogar noch stärker
• Das ist wichtig, um die Sicherheit zu gewährleisten und Zensur zu verhindern

Einschränkungen:

• Komplexität der Umsetzung – Änderungen an einem Protokoll bringen Risiken und Schwachstellen mit sich
• Risiko der Zentralisierung, wenn bestimmte Lösungen bestimmte Knoten oder Validatoren bevorzugen
• Implementierung mit hohem Risiko – grundlegende Änderungen können erhebliche Auswirkungen auf die Sicherheit haben
• Umfangreiche Tests erforderlich – sorgfältige Planung und Risikobewertung sind unerlässlich

Layer-2-Lösungen laufen über dem Basisprotokoll und nutzen verschiedene Techniken wie Off-Chain-Transaktionsabwicklung und sekundäre Protokolle, um die Skalierbarkeit zu verbessern.

Kernkonzept

Es gibt einen großen Unterschied zwischen Layer-1- und Layer-2-Lösungen. Während Layer-1-Lösungen das Kernprotokoll ändern müssen, ist das bei Layer-2-Ansätzen nicht nötig. Sie können die Skalierbarkeit verbessern, ohne die zugrunde liegende Blockchain-Architektur zu verändern.

Das geht, weil Layer-2-Lösungen Transaktionen außerhalb der Hauptkette abwickeln können und nur dann auf diese zurückgreifen, wenn es nötig ist. Dadurch werden Transaktionen schneller und effizienter, da die Hauptkette nicht mit jeder Transaktion überladen wird.

Grundprinzipien

Der Kern dieses Ansatzes basiert auf mehreren Ideen:

• Off-Chain-Transaktionsabwicklung – reduziert Überlastungen und macht das ganze System skalierbarer
• Schnellere, kostengünstigere Verarbeitung – Transaktionen können schneller und kostengünstiger verarbeitet werden, ohne dass die Sicherheit beeinträchtigt wird
• Selektive Abwicklung – Transaktionen werden nur dann in der Hauptkette abgewickelt, wenn es unbedingt nötig ist

Arten von Layer-2-Lösungen

Staatliche Kanäle

Staatliche Kanäle ermöglichen es Leuten, viele Transaktionen zu machen, ohne sie sofort in die Blockchain zu schreiben. Dazu tauschen sie Nachrichten aus, die mit Kryptografie gesichert sind. Wenn sie fertig sind, schreiben sie das Endergebnis in die Blockchain.

Das funktioniert gut für:

• Zahlungsanwendungen
• Online-Spiele
• Jedes Szenario, das schnelle, häufige Transaktionen erfordert

Rollups

Rollups nehmen eine Reihe von Transaktionen, packen sie zusammen in Pakete und fügen diese Pakete regelmäßig in die Haupt-Blockchain ein.

Es gibt zwei Arten:

• Optimistische Rollups – führe Transaktionen durch und verlass dich auf Streitbeilegungsmechanismen, um Probleme zu klären
• zk-Rollups – Nutze Zero-Knowledge-Proofs, um Transaktionen zu überprüfen, ohne sensible Infos preiszugeben

Sidechains

Sidechains sind eigenständige Blockchains, die trotzdem mit einer Haupt-Blockchain verbunden sind. Diese Konfiguration ermöglicht Folgendes:

• Schnellere Transaktionsverarbeitung
• Raum zum Ausprobieren verschiedener Konsensmechanismen
• Asset-Transfers zwischen Ketten
• Interoperabilität beibehalten

Plasma

Plasma beinhaltet die Erstellung von baumartigen Strukturen, bei denen Sidechains (Unterketten) an der Hauptblockchain (Übergeordneter Kette) verankert sind. Transaktionen werden in Blöcken auf der Unterkette gruppiert, und der Status wird regelmäßig in der Hauptkette abgeglichen.

Dieser Ansatz hat folgende Vorteile:

• Dezentrale Börsen
• Tokenisierte Assets
• Anwendungen, die hohe Skalierbarkeit und Sicherheit brauchen

Verarbeitung und Leistung

Layer-1-Lösungen:

• Transaktionen direkt in der Blockchain abwickeln
• Kann in Zeiten hoher Aktivität zu Engpässen führen
• Mach umfangreiche Tests und Validierungen
• Du musst dich mit allen Netzwerkteilnehmern abstimmen

Layer-2-Lösungen:

• Entlast die Hauptkette, indem du Transaktionen außerhalb der Kette abwickelst
• Das führt zu schnelleren Transaktionszeiten, vor allem in Situationen, in denen es auf Geschwindigkeit ankommt
• Einfacher umzusetzen
• Du musst für nahtlose Integration, Sicherheit und Kompatibilität sorgen

Sicherheit und Dezentralisierung

Layer-1-Lösungen:

• Die Aufrechterhaltung oder Verbesserung der Sicherheit und Dezentralisierung hat Priorität.
• Jede Änderung am Protokoll kann die Netzwerkintegrität beeinträchtigen
• Konzentrier dich darauf, das grundlegende Sicherheitsmodell beizubehalten

Layer-2-Lösungen:

• Kann Sicherheitsprobleme mit sich bringen, wie z. B. Streitigkeiten über Kanäle und Datenverfügbarkeit
• Die Transaktionsintegrität kann gewahrt bleiben, wenn Herausforderungen richtig angegangen werden
• Sorgfältige Bewertung von Sicherheitsabwägungen erforderlich

Wie entscheidest du dich zwischen diesen beiden Ansätzen zur Skalierung? Das hängt von mehreren Faktoren ab:

Wichtige Überlegungen

Netzwerkanforderungen

• Wie viel Transaktionsvolumen kannst du bewältigen?
• Wie schnell müssen Transaktionen bearbeitet werden?
• Wie viel Geld ist für die Umsetzung da?

Sicherheitsbalance

Wenn es um die Netzwerkintegrität geht, musst du die Auswirkungen von Skalierbarkeit, Sicherheit und Dezentralisierung abwägen. Das heißt:

• Die Vor- und Nachteile abwägen
• Lösungen, die die Netzwerkintegrität aufrechterhalten, haben Vorrang
• Langfristige Nachhaltigkeit checken

Komplexität der Umsetzung

• Die Entwicklung von Änderungen am Kernprotokoll braucht viel Aufwand und Koordination
• Off-Chain-Lösungen könnten einen einfacheren Ansatz bieten
• Jede Option muss sorgfältig anhand der verfügbaren Ressourcen geprüft werden

Anforderungen für die Bewerbung

Jede Anwendung hat ihre eigenen Anforderungen und Leistungsbedürfnisse. Um zu entscheiden, ob eine Layer-1- oder Layer-2-Lösung besser passt, musst du Folgendes checken:

• Spezifische Anwendungsfälle
• Leistungsanforderungen
• Erwartungen an die Benutzererfahrung
• Kostenüberlegungen

Anwendungsfälle der Ebene 1

Netzwerke für Transaktionen mit hohem Volumen

Bei der Abwicklung von Transaktionen mit hohem Volumen sind Geschwindigkeit und Effizienz entscheidend. Netzwerke, die Folgendes unterstützen:

• Kryptowährungsbörsen
• Zahlungsabwicklungsplattformen
• Enterprise-Blockchain-Anwendungen

Diese müssen in der Lage sein, On-Chain-Transaktionen effizient zu verarbeiten. Lösungen umfassen die Optimierung der zugrunde liegenden Architektur durch Sharding oder die Verbesserung von Konsensprotokollen.

DeFi-Plattformen

Im Bereich der dezentralen Finanzen gibt's Plattformen wie:

• Dezentrale Börsen
• Kreditplattformen
• Liquiditätspools

Diese erfordern eine kosteneffiziente Transaktionsverarbeitung, bei der jede Sekunde zählt. Verbesserungen der Netzwerkinfrastruktur können:

• Erhöhe den Transaktionsdurchsatz
• Kosten senken
• Mach DeFi praktischer und benutzerfreundlicher

Anwendungsfälle der Ebene 2

Gaming und Mikrotransaktionen

Gaming-Plattformen, auf denen Spieler Gegenstände oder Dienstleistungen kaufen und verkaufen können, können von Layer-2-Lösungen echt profitieren. Diese Systeme funktionieren besser, wenn sie Folgendes nutzen:

• Staatliche Kanäle für schnelle, günstige Transaktionen
• Off-Chain-Verarbeitung für häufige Interaktionen
• Regelmäßige Abrechnung der Endergebnisse

Datenschutzrelevante Anwendungen

Anwendungen, bei denen Infos privat bleiben müssen, wie zum Beispiel:

• Krankenakten
• Details zur Lieferkette
• Vertrauliche Geschäftstransaktionen

Layer-2-Lösungen können Tools nutzen, die dafür sorgen, dass Daten privat bleiben, während Transaktionen trotzdem durchgeführt werden können.

Hochfrequenzhandel

Anwendungen, die Folgendes erfordern:

• Sofortige Transaktionsverarbeitung
• Geringe Latenz
• Minimale Gebühren
• Hoher Durchsatz

Die Welt der Blockchain steht vor einem großen Wandel. Es zeichnen sich mehrere Trends ab:

Aktuelle Marktrichtung

Einführung von Layer 2

Blockchains der zweiten Ebene sind auf dem besten Weg, bei der Einführung die Führung zu übernehmen, weil sie:

• Mach Transaktionen schneller
• Reduzier die Kosten deutlich
• Arbeit nahtloser mit anderen Blockchains zusammen

Blockchains der dritten Generation

Inzwischen sorgen Blockchains der dritten Generation wie Solana schon für Aufsehen, weil sie hunderte Transaktionen pro Sekunde verarbeiten können. Ethereum wird gerade gründlich überarbeitet, um die seit langem bestehenden Probleme mit Geschwindigkeit und Skalierbarkeit zu lösen.

Marktdynamik

Layer-2-Lösungen sind im Grunde eine Antwort auf die Einschränkungen von Layer-1-Blockchains. Wenn es Layer-1-Blockchains aber schaffen, sich selbst zu skalieren, könnte der Bedarf an diesen Lösungen nachlassen.

Das Schicksal von Layer-1-Blockchains mit integrierten Interoperabilitäts- und Skalierbarkeitsfunktionen hängt von folgenden Faktoren ab:

• Marktakzeptanz
• Leistung im Vergleich zu Layer-2-Lösungen
• Anwendung durch Entwickler
• Benutzererfahrung

Die fortlaufende Entwicklung

Die Blockchain-Technologie entwickelt sich rasend schnell, und es kommen ständig neue Ideen dazu. Im Moment sind Layer-2-Blockchains die beste Methode, um Dinge schneller und billiger zu machen.

Da sich die Lage ständig ändert, kann niemand sagen, was die Zukunft bringt. Eines ist aber klar: Nur die Zeit wird zeigen, ob Layer-1-Blockchains aufholen und zur ersten Wahl werden können.

Bei der Entscheidung zwischen Layer-1- und Layer-2-Skalierung kommt es wirklich darauf an, welche Anforderungen ein Projekt in Bezug auf Sicherheit und Skalierbarkeit hat.

Sowohl Layer 1 als auch Layer 2 haben ihre Vorteile, und welche der beiden besser ist, hängt davon ab, wofür die Blockchain genutzt wird. Das Wichtigste ist, das zu verstehen:

• Deine spezifischen Anforderungen für den Anwendungsfall
• Prioritäten in Sachen Sicherheit und Dezentralisierung
• Toleranz gegenüber der Komplexität der Umsetzung
• Leistungs- und Kostenvorstellungen

Wenn man diese Punkte genau bedenkt, kann man die Skalierungslösung wählen, die am besten zu den eigenen Bedürfnissen und Zielen passt.