Blockchain Layer 1 und 2: Was Sie wissen sollten

In der Blockchain-Technologie bedeutet der Begriff „Skalierung“ die Erhöhung des Durchsatzes des Systems, gemessen an der Anzahl der pro Sekunde durchgeführten Transaktionen. Da Kryptowährungen im Alltag zunehmend verwendet werden, wurde es notwendig, Blockchain-Layer zu erstellen, um die Netzwerksicherheit, die Aufbewahrung von Aufzeichnungen usw. zu verbessern. Die erste Schicht in einem dezentralen Ökosystem ist die Blockchain. Layer 2 hingegen ist die Integration von Drittkomponenten kombiniert mit Layer 1, um die Anzahl der Knoten und damit den Systemdurchsatz zu erhöhen. Viele Lösungen, die auf der Second-Layer-Blockchain basieren, werden derzeit implementiert. Diese Lösungen verwenden Smart Contracts, um Transaktionen zu automatisieren.

Layer-XNUMX-Blockchain im Vergleich zu Layer-XNUMX-Blockchain

Die Blockchain-Technologie hat viele Vorteile: Sie erhöht das Sicherheitsniveau, ermöglicht es Ihnen, Transaktionen ohne unnötigen Aufwand durchzuführen und Aufzeichnungen zu führen. Mit zunehmender Verbreitung seiner Verwendung treten jedoch eine Reihe von Problemen auf. Eines dieser Probleme ist die Skalierbarkeit.

In der Blockchain muss jede Transaktion in einem dezentralen System mehrere Phasen durchlaufen, die erhebliche Rechenleistung und Zeit erfordern. Um die Fähigkeit der Blockchain zu verbessern, Daten zu verarbeiten, implementieren Blockchain-Entwickler eine Skalierung der zweiten Ebene in ihre Struktur. Lassen Sie uns mehr darüber herausfinden, wie es funktioniert.

Warum ist Blockchain-Skalierbarkeit wichtig?

Die Definition des Wortes „Skalierbarkeit“ variiert von Experte zu Experte. Im Kern bedeutet Blockchain-Skalierbarkeit jedoch die Fähigkeit des Systems, jedem Benutzer eine umfassende Erfahrung zu bieten, unabhängig von der Gesamtzahl der Benutzer zu einem bestimmten Zeitpunkt.

Der Begriff „Durchsatz“ bezieht sich auf die Anzahl der vom System pro Sekunde verarbeiteten Transaktionen. Während Unternehmen/Zahlungskanäle wie Visa fast 20 verarbeiten TPS unter Verwendung des elektronischen Zahlungsnetzwerks VisaNet, der Hauptsache Bitcoin-Blockchain kann nur 3 bis 7 TPS ausführen.

Der Unterschied im Durchsatz mag schockierend sein, aber dafür gibt es eine einfache Erklärung. Bitcoin verwendet ein dezentralisiertes System, während VisaNet auf einem zentralisierten System arbeitet. Ersteres verwendet mehr Rechenleistung und Zeit, um die Privatsphäre seiner Benutzer zu gewährleisten. Jede Datentransaktion muss mehrere Phasen durchlaufen, einschließlich Annahme, Bergbau, Verteilung und Überprüfung durch das Knotennetz.

Da erwartet wird, dass Kryptowährung zu einer integralen Kraft in der Geschäftswelt wird, versuchen Blockchain-Entwickler, den Anwendungsbereich von Blockchain zu erweitern. Durch die Erstellung von Blockchain-Layern und die Optimierung der Layer-XNUMX-Skalierung wollen sie die Verarbeitungszeiten beschleunigen und die TPS erhöhen.

Bitcoins Kampf mit der Skalierbarkeit

Bitcoin begann als einfache Blockchain zum Senden und Empfangen digitaler Währungen. Seit seiner Gründung ist es jedoch mit einem Skalierbarkeitsproblem konfrontiert, das zu der Frage geführt hat: Was passiert, wenn immer mehr Menschen anfangen, Bitcoin zu verwenden?

Dieses Szenario kann als Netzwerkproblem betrachtet werden. Jedes System hat einen bestimmten Durchsatz und kann nur eine bestimmte Anzahl von Transaktionen pro Sekunde (TPS) verarbeiten. Darüber hinaus muss jede Transaktion in einem dezentralen System verifiziert werden, sodass ausreichend Datenspeicherplatz erforderlich ist.

Schneller Vorlauf bis 2021. Als die Popularität von Bitcoin zunahm, geschah das Erwartete: Das Protokoll lief über. Als Ergebnis ist die Datenverarbeitungsgeschwindigkeit gesunken.

Warum erfordert die aktuelle Blockchain eine Second-Layer-Technologie?

Die Antwort ist einfach: ein Anstieg der Nachfrage und ein Anstieg der Transaktionskosten. Lassen Sie uns dies am Beispiel von Ethereum erläutern.

Da Ethereum über einen Konsensmechanismus verfügt, ermöglicht es viele dezentrale Anwendungen. In der Blockchain-Technologie ist der Konsensmechanismus ein fehlertolerantes System, das es ermöglicht, Vereinbarungen über einen einzigen Zustand des Netzwerks auf verteilten Knoten zu treffen. Diese Protokolle stellen sicher, dass sich alle Knoten auf Transaktionen einigen und synchron sind. Dies macht es extrem schwierig, die Ethereum-Blockchain zu überschreiben oder anzugreifen.

Dank der Stabilität und Sicherheit von Ethereum begann der ICO-Wahn, in dessen Folge Einzelpersonen begannen, Münzen auf der Blockchain zu erstellen. Infolgedessen gab es einen Zustrom von Benutzern und eine Zunahme der Anzahl der Transaktionen, die in Ethereum getätigt wurden. Als das System verstopft wurde, stiegen die Transaktionsgebühren – oder „Gas“ – die von den Parteien gezahlt werden, die Transaktionen im Ethereum-Netzwerk verarbeiten.

Wenn das Blockchain-Netzwerk verstopft wird, landen ausstehende Transaktionen im Speicherpool und die Verarbeitung dauert länger. Um dieses Problem zu lösen, fangen Miner an, Transaktionen mit einem höheren Gaspreis zu priorisieren, um sie zu bestätigen. Dies erhöht den Mindestwert, der zum Abschluss einer Transaktion erforderlich ist, weiter.

Der Zyklus steigender Preise erreicht den Punkt, an dem die Gaspreise in die Höhe schießen und die Situation für alle verschlechtern. Die Layer-XNUMX-Skalierung zielt darauf ab, dieses Problem anzugehen und die Transaktionskosten zu senken.

Problem der ersten Ebene

Das First-Layer-Netzwerk ist eine Blockchain in einem dezentralisierten System. Zwei Beispiele für solche Netzwerke sind Bitcoin und Ethereum.

Die Layer-XNUMX-Skalierung ändert das der Blockchain zugrunde liegende Protokoll, um die Skalierbarkeit sicherzustellen. Bei solchen Lösungen werden Protokollregeln geändert, um den Durchsatz und die Geschwindigkeit von Transaktionen zu erhöhen und dadurch mehr Daten und Benutzer aufzunehmen.

Die Skalierung der ersten Ebene kann wie folgt aussehen:

• Erhöhung der Bestätigungsgeschwindigkeit blockieren
• Erhöhen der Kapazität eines Blocks, der Daten enthält.

Zusammen erhöhen diese Skalierungslösungen die Netzwerkbandbreite. Allerdings scheint Tier 1 mit der wachsenden Zahl von Blockchain-Nutzern nicht Schritt halten zu können. Nachfolgend sind einige der Nachteile des Systems aufgeführt.

Ineffizientes Konsensprotokoll

Die Layer-1-Blockchain verwendet immer noch den alten und unbequemen Proof-of-Work-Konsensmechanismus.

Obwohl dieser Mechanismus sicherer als andere ist, schränkt seine Geschwindigkeit seine Verwendung ein. Miner müssen Rechenleistung aufwenden, um kryptografische Algorithmen zu lösen. Somit wird im Allgemeinen mehr Rechenleistung und Zeit benötigt.

Lösung

Der alternative Konsens ist Pfandnachweis, die in verwendet werden Ethereum 2.0. Dieser Konsensmechanismus bestätigt neue Blöcke von Transaktionsdaten gemäß der Bereitstellung der Netzwerkteilnehmer, was den Prozess effizienter macht.

Übermäßige Arbeitsbelastung

Als die Anzahl der Benutzer zunahm, stieg auch die Arbeitslast auf der Blockchain der ersten Schicht. Aus diesem Grund nahm die Geschwindigkeit und Leistung der Datenverarbeitung ab.

Lösung

Eine groß angelegte Lösung für dieses Problem ist Sharding. Einfach ausgedrückt zerlegt das Scheren die Arbeit der Verifizierung und Authentifizierung von Transaktionen in kleine und überschaubare Teile. Auf diese Weise kann die Arbeitslast über das Netzwerk verteilt werden, um die Rechenleistung von mehr Knoten zu nutzen.

Da das Netzwerk diese Fragmente parallel verarbeitet, kann eine serielle Verarbeitung mehrerer Transaktionen gleichzeitig erfolgen.

Layer-2-Skalierungslösungen

Die Layer-2-Blockchain arbeitet auf der „nativen“ Ebene, um ihre Effizienz zu steigern. Durch das effektive Auslagern von Transaktionen übernimmt Layer 2 einen Teil der Transaktionslast der Layer-1-Blockchain und überträgt sie auf eine andere Systemarchitektur.

Die Layer-2-Blockchain übernimmt dann die Last und übergibt die Daten an Layer 1 zur endgültigen Verarbeitung der Ergebnisse. Da der Großteil der Datenverarbeitungslast auf diese angrenzende unterstützende Architektur übertragen wird, wird die Netzwerküberlastung reduziert: Die Tier-1-Blockchain wird nicht nur weniger überlastet, sondern auch skalierbarer.

Ein Beispiel für eine Blockchain der ersten Ebene ist das Netzwerk Blitznetzwerk Bitcoin, skalierbar auf der zweiten Ebene, der gleichzeitig die Last von Bitcoin übernimmt und sich an ihn meldet. Dadurch erhöht das Lightning Network die Geschwindigkeit der Datenverarbeitung in der Bitcoin-Blockchain. Darüber hinaus bringt das Lightning Network intelligente Verträge in die Layer-XNUMX-Bitcoin-Blockchain ein.

Hier sind ein paar andere Second-Level-Skalierungslösungen:

Verschachtelte Blockchain (Plasma)

Eine verschachtelte Blockchain der zweiten Ebene läuft über einer anderen Blockchain. Im Wesentlichen legt die Blockchain der ersten Ebene die Parameter fest, und die verschachtelte Blockchain der zweiten Ebene führt die Prozesse aus.

Auf einer Haupt-Blockchain können mehrere Blockchain-Layer vorhanden sein. Stellen Sie es sich wie eine typische Unternehmensstruktur vor. Anstatt dass eine Person (z. B. der Manager) die ganze Arbeit erledigt, weist der Manager Aufgaben an Untergebene zu, die dem Manager berichten, sobald sie ihre Aufgaben erledigt haben. Dadurch wird die Belastung des Managers reduziert und die Skalierbarkeit verbessert.

Ein Beispiel ist das OMG Plasma-Projekt, das als Layer-XNUMX-Blockchain für das Layer-XNUMX-Protokoll Ethereum fungiert, um günstigere und schnellere Transaktionen zu ermöglichen.

Staatliche Kanäle

Zustandskanäle ermöglichen eine bidirektionale Kommunikation zwischen Blockchain-Teilnehmern. Gleichzeitig können die Teilnehmer die Wartezeit verkürzen, da kein Dritter in den Prozess involviert ist – beispielsweise ein Miner.

So funktioniert es:

• Im Rahmen von Smart Contracts vereinbaren die Teilnehmer vorab, einen Teil des Basislayers zu sperren.
• Sie können dann direkt miteinander interagieren, wodurch die Notwendigkeit entfällt, Bergleute einzubeziehen.
• Nach Abschluss des gesamten Transaktionssatzes fügen sie den endgültigen Zustand des Kanals zur Blockchain hinzu.

Sowohl das Raiden Network von Ethereum als auch das Lightning Network von Bitcoin sind Beispiele für staatliche Kanäle. Das Lightning Network ermöglicht es den Teilnehmern, mehrere Mikrotransaktionen über einen bestimmten Zeitraum durchzuführen. Gleichzeitig ermöglicht Raiden den Teilnehmern, Smart Contracts über persönliche Kanäle auszuführen.

Regierungskanäle wie das Lightning Network sind ebenfalls absolut sicher, da nur die Teilnehmer Kenntnis von den Transaktionen haben. Andererseits zeichnet die Layer-XNUMX-Blockchain von Ethereum alle Transaktionen in einem öffentlich überprüfbaren Ledger auf.

Seitenketten

Neben Regierungskanälen wie dem Lightning Network und Smart Contracts sind Sidechains auch eine Lösung für die Skalierung der Layer-XNUMX-Blockchain-Technologie. Eine Sidechain ist eine Transaktionskette, die eine große Anzahl von Transaktionen ermöglicht. Es verfügt über einen Konsensmechanismus, der unabhängig von der nativen Schicht ist. Dieser Mechanismus kann optimiert werden, um die Skalierbarkeit und Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern. In dieser Situation muss die Mainchain Transaktionsaufzeichnungen bestätigen, die Sicherheit aufrechterhalten und Streitigkeiten beilegen.

Sidechains unterscheiden sich von öffentlichen Kanälen dadurch, dass sie alle Transaktionen öffentlich in einem Hauptbuch aufzeichnen. Auch wenn eine Sicherheitsverletzung in einer Sidechain auftritt, wirkt sich dies nicht auf andere Sidechains oder die zugrunde liegende Mainchain selbst aus.

Rollups

Rollups sind Layer-XNUMX-Blockchain-Skalierungslösungen, die Transaktionen außerhalb der Layer-XNUMX-Blockchain ausführen und Transaktionsdaten darauf hosten. Da sich die Daten in der Basisschicht befinden, ermöglicht dies der ersten Schicht, die Rollups zu sichern.

Rollups haben zwei verschiedene Sicherheitsmodelle:

Optimistische Zusammenfassungen: In ihnen gelten Transaktionen standardmäßig als gültig. Daher führen sie Berechnungen zur Betrugserkennung nur dann durch, wenn es ein Problem gibt.
Rollups ohne Wissen: Diese Rollups führen Off-Chain-Berechnungen durch. Danach geben sie den Gültigkeitsnachweis an die Basisschicht oder Mainchain weiter.
Rollups tragen dazu bei, den Transaktionsdurchsatz zu erhöhen, die Teilnahme zu öffnen und die Gasgebühren für Benutzer zu senken.

Schicht 1 und 2 Beschränkungen

Die mehrstufige Blockchain hat eine Reihe von Vorteilen. Der Hauptvorteil von Tier-1-Lösungen besteht beispielsweise darin, dass Entwickler der bestehenden Architektur nichts hinzufügen müssen, wenn sich die zugrunde liegende Schicht ändert.

In der Zwischenzeit ändern Layer-2-Lösungen für die Skalierung das Basisschichtprotokoll nicht. Darüber hinaus ermöglichen diese Lösungen die Durchführung vieler Mikrotransaktionen, ohne dass die Benutzer überhöhte Zahlungen leisten müssen Transaktions Gebühren oder verbringen Sie Zeit damit, Miner zu überprüfen.

Diese beiden Blockchain-Schichten haben jedoch ihre eigenen Einschränkungen, die berücksichtigt werden müssen.

Ergänzung zu bestehenden Protokollen

Das Hauptproblem bei Blockchain-Layern besteht darin, sie zu bestehenden Protokollen hinzuzufügen. Das Marktkapital von Bitcoin und Ethereum geht in die Milliarden. Benutzer handeln täglich Millionen von Dollar. Daher ist es nicht sinnvoll, den Prozess durch unnötiges Programmieren und Experimentieren zu verkomplizieren, da dies kostspielig sein wird.

Das Trilemma der Skalierbarkeit

Vitalik Buterin, Gründer von Ethereum, prägte den Begriff „Skalierbarkeitstrilemma“, um sich auf die Fähigkeit einer Blockchain zu beziehen, drei zu jonglieren organische Eigenschaften:

• Sicherheit
• Skalierbarkeit
• Dezentralisierung

Das Trilemma besagt, dass jede Blockchain-Technologie maximal zwei Eigenschaften haben kann, aber niemals alle drei auf einmal. Daher wird die aktuelle Blockchain-Technologie immer gezwungen sein, Kompromisse bei einer der grundlegenden Eigenschaften einzugehen. Bitcoin ist ein großartiges Beispiel dafür. Während es die Blockchain geschafft hat, Dezentralisierung und Sicherheit zu optimieren, musste sie unverschuldet Abstriche bei der Skalierbarkeit machen.

Was ist die Zukunft nach der ersten und zweiten Ebene?

Skalierbarkeit ist einer der Gründe, warum eine Massenadoption von Kryptowährungen in der Blockchain-Industrie derzeit nicht möglich ist. Mit der wachsenden Nachfrage nach Kryptowährungen wächst auch der Druck, Blockchain-Protokolle zu skalieren. Da beide Schichten der Blockchain bestimmte Einschränkungen haben, wird die Lösung in Zukunft darin bestehen, ein Protokoll zu erstellen, das das Trilemma der Skalierbarkeit lösen kann.

Ergebnis

In Bezug auf den oben genannten Engpass gibt es zwei Möglichkeiten: 1) das Skalierungsproblem abmildern oder 2) nach praktikablen Alternativen suchen. Blockchain-Entwickler wählen die erste Option, wenn sie mit Ethereum 2.0 zur Layer-XNUMX-Skalierung in Aktion übergehen.

Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung befinden sich Blockchain-Systeme noch in der Entwicklung. Die brennende Frage der Zukunft ist, ob die Blockchain-Schichten und die Skalierung der zweiten Schicht temporär oder dauerhaft sein werden. Im Moment weiß es niemand genau.