Die Layer-2-Blockchain-Technologie hat an Bedeutung gewonnen und wird weiterhin praktikable Lösungen für die Probleme des Blockchain-Netzwerks finden. Layer 2 ist ein sekundäres Protokoll oder Framework, das auf einem bestehenden Blockchain-System aufbaut. So wie es in Ethereum-Netzwerken vorkommt, findet man es auch in anderen Blockchain-Netzwerken. Sie wird als "Off-Chain"-Netzwerk bezeichnet, und ihr Hauptziel ist es, die primäre Schicht zu unterstützen. Der Hauptzweck von Schicht 2 ist die Skalierung der Blockchain-Transaktionskapazität, ohne die Dezentralisierungsvorteile des Blockchain-Protokolls zu beeinträchtigen.

Da die Nachfrage nach Ethereum-Blockchain in den letzten Jahren explodiert ist, können wir darüber diskutieren, wie die Traktion zu hohen Gasgebühren und langsamen Transaktionen geführt hat. Die Skalierung von Blockchain-Netzwerken ist notwendig, da Root-Netzwerke nur etwa 15-20 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten können und auch andere Probleme wie fragwürdiger Datenschutz und einige native Einschränkungen bestehen. Und Root-Blockchain-Netzwerke können diese Probleme theoretisch lösen, allerdings zu einem Preis, der als Skalierbarkeits-Trilemma bezeichnet wird.

Das Skalierbarkeits-Trilemma

Das Skalierbarkeits-Trilemma ist ein Begriff, der von Vitalik Buterin, dem Gründer von Ethereum, geprägt wurde. Er verwendete den Begriff, um zu beschreiben, dass es unmöglich ist, alle drei wünschenswerten Eigenschaften (Dezentralisierung, Skalierbarkeit und Sicherheit) eines Blockchain-Netzwerks gleichermaßen zu maximieren. Das Trilemma erklärt, dass Blockchain-Systeme zwei der Eigenschaften auf Kosten der dritten maximieren können. Dies führt zu Kompromissen, die von den Anwendungen und ihrem spezifischen Einsatz abhängen. Das Attribut, das sich als am nützlichsten erweisen wird, hängt vom jeweiligen Anwendungsfall ab und hat oberste Priorität. 

Wünschenswerte Blockchain-Attribute

Dezentralisierung: Dies bedeutet, dass die Energie von einem zentralen Kanal aus verteilt und gestreut wird. So können Kontrolle und Datenspeicherung von mehreren Knotenpunkten im Netz gemeinsam genutzt werden. Dies macht das Netz effizient, widerstandsfähig und demokratisch. Jeder kann sich an dem Ökosystem beteiligen, da jeder Nutzer einer der vielen Zahlungsabwickler im Netzwerk werden kann.

Skalierbarkeit: Dieses Attribut bezeichnet die Fähigkeit eines Blockchain-Netzwerks, den Zustrom von Transaktionen zu bewältigen. Ein Netzwerk gilt als skalierbar, wenn es Tausende von Transaktionen pro Sekunde verarbeiten kann. Das Problem der Skalierbarkeit ist jedoch, dass sie sich mit der Dezentralisierung gegenseitig ausschließt. Dies erklärt, warum die Skalierbarkeit in stark dezentralisierten Netzwerken wie Blockchain und Ethereum eine Herausforderung darstellt. 

Sicherheit: Dieses Attribut bezieht sich auf die Fähigkeit des Netzwerksystems, Daten vor Lecks, Verlust oder Änderungen zu schützen. Das Netzwerk verwendet Verschlüsselung zur Speicherung und Übertragung von Kryptowährungsdaten zwischen Wallets und öffentlichen Ledgern. 

Trilemma-Kompromisse entstehen dadurch, dass ein Blockchain-Netzwerk nicht in der Lage ist, alle drei dieser Eigenschaften zu maximieren.

Dezentralisiert und sicher Netzwerke sind Netzwerke wie Bitcoin- und Ethereum-Netzwerke, die nicht skalierbar sind. Sie eignen sich nicht für ein kommerzielles Zahlungssystem, da eine Transaktion etwa 5 Minuten und in einigen Fällen sogar bis zu einer Stunde dauern kann. Wenn die Anzahl der Knoten eines Netzwerks zunimmt, ist seine Skalierbarkeit gefährdet, da es schneller ist, zehn statt 100 verteilte Ledger hochzuladen.

SQL, SAP und Oracle klassifizieren als skalierbar und sicher Netze. Sie sind zentralisiert, d.h. die Daten in diesen Netzen werden von Datenbankadministratoren verwaltet und an verschiedenen Orten und in Sicherungskopien gespeichert und nicht wie bei dezentralen Systemen in Knotenpunkten.

Neue Blockchains wie EOS, NEO und Tomochain sind dezentralisiert und skalierbar, da sie einen Teil der Dezentralisierung für die Skalierbarkeit opfern. 

Verstehen von Ethereum Layer 2

Da der Hauptzweck von Schicht 2 darin besteht, die Skalierbarkeit von Blockchain-Netzwerken zu verbessern, werden diese Lösungen wesentlich zur Verbreitung von Blockchain beitragen. Beim Aufbau des gewünschten Blockchain-Ökosystems muss das Layer-2-Blockchain-System die Anforderungen an Dezentralisierung, Skalierbarkeit und Sicherheit miteinander in Einklang bringen. 

Schicht 1 ist die Basis-Konsensus-Schicht des Ethereum-Netzwerks. Es wird vermutet, dass Ethereum schließlich Lösungen zur Skalierung der Schicht 1 durch Sharding einführen wird, wodurch die Aktivität des Netzwerks auf 64 führende Ketten statt auf eine aufgeteilt wird. 

Bevor dies jedoch implementiert wird, funktionieren L2-Tools so gut, dass sie Skalierungslösungen bieten. L2-Tools verarbeiten Daten, um die Arbeitsbelastung des Root-Netzwerks (Basisschicht) zu verringern. Daher kann das Ethereum-Netzwerk eine viel höhere Anzahl von Transaktionen verarbeiten, indem Transaktionen von der Hauptkette auf Plattformen der zweiten Schicht ausgelagert werden. 

Schicht 2 ist an die Basisschicht gebunden und nutzt deren vorhandene Elemente, wie z. B. die intelligenten Verträge, die für die Endgültigkeit und Sicherheit auf Schicht 1 angewiesen sind. 

Wenn eine Transaktion in einem dezentralen Blockchain-Netzwerk durchgeführt wird, gibt es einen universellen Konsens in allen Netzwerken. Die Kopie der Transaktion wird auf allen Webknoten zur Validierung der Transaktion gespeichert. Um diese Datenverarbeitung massiv zu reduzieren, ermöglicht die zweite Schicht die Ausführung von Berechnungen außerhalb der Kette. Die zweite Schicht tut dies, während sie immer noch mit der Basisschicht verbunden ist, was Dezentralisierungs- und Sicherheitsvorteile mit sich bringt und Verarbeitungsressourcen für andere Dinge freisetzen würde.

Im Laufe der Jahre haben sich die Skalierungstechniken der Schicht zwei für das Ethereum-Netzwerk als hilfreich erwiesen, darunter State Channels, Side Chains, Plasma und ZK Rollups. 

Staatliche Kanäle

State Channels helfen dabei, genügend Verarbeitungsressourcen für das Ethereum-Netzwerk zu schaffen, indem Transaktionen ausgelagert werden. Transaktionen werden außerhalb der Blockchain verarbeitet, und nur der endgültige Zustand der Knoten wird auf der Blockchain aufgezeichnet.

Dieses Tool geht von der Prämisse aus, dass nicht jede Transaktion in der Blockchain aufgezeichnet werden muss, da nur die an der Transaktion beteiligten Teilnehmer die Details kennen sollten. Die Transaktionen können fortgesetzt werden, und erst wenn der Kanal geschlossen wird, wird der endgültige Zustand der Knoten übertragen und als eine einzige On-Chain-Transaktion registriert.

Kanäle sind ein wirksames Instrument zur Skalierung und können Tausende von Transaktionen in einer Sekunde verarbeiten. Allerdings haben sie auch einige Nachteile: Sie bieten keine offene Teilnahme. Die Nutzer müssen im Voraus bekannt sein, und sie müssen ihre Gelder in einem Multisig-Vertrag hinterlegen (ähnlich wie die Nutzer des Lightning Network Bitcoin in den Zahlungskanal des Systems einzahlen müssen). Darüber hinaus sind State Channels anwendungsspezifisch und können nicht zur Skalierung von intelligenten Verträgen für allgemeine Zwecke verwendet werden.

Sidechains

Sidechains sind unabhängige, Ethereum-kompatible Blockchains mit eigenen Blockparametern und einem eigenen Konsensmodell. Transaktionen werden in die Sidechains verlagert, da die Sidechains höhere Transaktionsgeschwindigkeiten und leistungsfähigere individuelle intelligente Verträge verarbeiten können. Das Netzwerk schafft eine wechselseitige Verbindung zwischen der Hauptkette und der Sidechain, um die Arbeitsfähigkeit zu ermöglichen und somit die Arbeitslast zu teilen. 

Allerdings bestehen bei Sidechains Sicherheitsbedenken, da sie über weniger Rechenleistung zur Aufrechterhaltung des Konsenses verfügen als die Hauptblockchain. Und das eröffnet die Möglichkeit eines Angriffs auf die Sidechain durch Miner auf den Blockchains.

Rollups

Rollups ähneln fortgeschrittenen, nicht-kustodialen Sidechains und können die Durchsatzkapazitäten des führenden Ethereum-Netzwerks erweitern. Die Skalierung erfolgt durch das Aufrollen von Sidechain-Transaktionen in einen kryptografischen Beweis, der als SNARK (succinct non-interactive argument of knowledge) bekannt ist. Dieser Beweis wird der Basisschicht vorgelegt. T

Alle Transaktionen in Rollups werden in der Sidechain ausgeführt, während die Hauptkette die Transaktionsdaten als ZK-Proof speichert. Es gibt zwei Arten von Rollups, die Folgendes umfassen:

• ZK Rollups: Bei ZK-Rollups ist der ZK-Beweis (Zero-Knowledge Proof) eine Methode, mit der eine Entität einer anderen Entität beweisen kann, dass sie bestimmte Informationen kennt, ohne sie preiszugeben. 
•  Optimistische Rollups: Optimistische Rollups verwenden eine EVM-kompatible virtuelle Maschine namens Optimistic Virtual Machine (OVM), um Smart Contracts auszuführen, die auf Ethereum ausgeführt werden können. 

Obwohl ZK-Rollups effizienter und schneller sind, machen sie es bestehenden Smart Contracts nicht leicht, auf L2 zu migrieren. Optimistic Rollup ist unerlässlich, um sicherzustellen, dass bestehende Smart Contracts ihre Kompositionsfähigkeit behalten.

Es gibt auch andere Skalierungslösungen der Schicht zwei wie Plasma. Plasma ist mit den anderen Lösungen für die zweite Schicht vergleichbar, weist aber feine Unterschiede in seiner Funktionsweise auf.

Was bedeutet Layer-2-Skalierung für Blockchain?

Die L2-Skalierungslösung hat sich für die Blockchain als sehr effizient erwiesen, und das bedeutet, dass die Blockchain-Technologie auch für andere Branchen mit hohem Datenverarbeitungsbedarf eingesetzt werden kann. Sie skaliert dezentrale Netzwerke so weit, dass sie mit zentralisierten, etablierten Systemen wie Visa konkurrieren können. 

Technologien wie die Layer-Two-Scaling-Lösung öffnen die Tür für aufstrebende Unternehmen, die das Blockchain-Netzwerk zur Wertschöpfung nutzen wollen. Dies trägt zur allgemeinen Akzeptanz der Blockchain bei, da moderne Wirtschaftszweige wie E-Commerce und Fintech die Blockchain-Technologie in ihre Geschäftsmodelle integrieren und auf die Eigenschaften Dezentralisierung, Skalierbarkeit und Sicherheit setzen können, die sie verspricht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die Blockchain-Entwicklung noch in der Anfangsphase befindet. Die Lösung zur Skalierung auf zwei Ebenen ist einer der Ansätze, um die Technologie auf ihr optimales Niveau zu bringen. Daher ist es für die Industrie wichtig, sich diese neue Technologie zu eigen zu machen, da sie eine neue Stufe der digitalen Disruption verspricht. Der immer stärker werdende Wunsch nach Dezentralisierung, Sicherheit, Einfachheit und Datenschutz findet in der Blockchain eine Antwort.