Second-Layer-Technologien

Skalierung ist ein großes Problem für die Bitcoin- und Ethereum-Blockchain. Durch die Begrenzung des Speicherplatzes je Block stoßen diese Netzwerke schnell an eine Transaktionsgrenze. Abhilfe schafft die "Zweite Ebene".

Während das zentralisierte Netzwerk von Visa etwa 1.700 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten kann, sprechen wir bei den dezentralisierten Pendants Bitcoin und Ethereum von etwa 5 und 15 Transaktionen pro Sekunden. Vor allem durch die immer weiter steigende Anzahl an Transaktionen - mehr Menschen auf der Welt, Dezentrale Finanzen, Internet der Dinge - muss Bitcoin & Co eine Lösung für das Skalierungsproblem finden. Hierbei sollte man jedoch beachten, dass es sich bei der begrenzten Speichergröße je Block um eine wichtige Begrenzung handelt. Eine Erhöhung des "Blockspaces" könnte gravierende Auswirkungen auf die Dezentralität eines Netzwerks haben. Weiter Informationen hierzu findest du im Beitrag Bitcoin-Forks.


Was bedeutet Second-Layer?

Neben der oben genannten Variante der Blockgröße - Änderung im Protokoll des Netzwerks auf Layer-1 - besteht auch die Möglichkeit auf Layer-2 (L2) - sozusagen der zweiten Ebene - eine Skalierung zu forcieren. Layer-2-Lösungen unterscheiden sich jedoch nochmals etwas von Sidechains wie diese im Polkadot-Netzwerk eingesetzt werden.


Ein Beispiel für die Skalierung auf der ersten Ebene ist Sharding.


Die zweite Ebene ist mit mit der Haupt-Blockchain (Main Chain) verknüpft und verfügt daher auch über "Wissen" aus dieser. Die L2-Lösung kann daher auch bei Unklarheiten (wurde ein Coin versendet oder nicht?) über den Status von Besitzverhältnissen entscheiden. Neben der reinen Skalierungsmöglichkeit bietet eine zweite Ebene oftmals auch weitere Vorteile wie Datenschutzfunktionen.


Child Blockchains

Die "Kinder" werden an die Main Chain angedockt. Der Nachwuchs funktioniert im ersten Moment eigenständig, speichert den Gesamtzustand aber über einen Fingerabdruck (Hash) regelmäßig auf der Main Chain - hier genannt Root Chain. Die Benutzer eines Netzwerks gelangen über Smart Contracts auf die Child Chains - ein Beispiel hierfür ist Plasma. Plasma wird mit einer höheren Geschwindigkeit und einem anderen Konsensusmechanismus (kein Mining) als die Main Chain betrieben. Ein Benutzer kann die "Plasma-Welt" jederzeit wieder verlassen - hat allerdings aufgrund der Betrugsprävention eine Wartezeit. Dies ist auch ein Kritikpunkt dieser Technologie. Bei einer Überlastung auf die Root Chain kann die Wartezeit zu kurz sein, bei zu langen Warteperioden hingegen wird sie unbrauchbar.


zk-Rollups

Ein weiterer sehr vielversprechender Skalierungsansatz nennt sich zk-Rollups. Hierbei werden - einfach gesprochen - mithilfe eines Smart Contracts Transaktionen gebündelt. Im Ethereum-Netzwerk könnte durch diese Methodik die Anzahl an Transaktionen um den Faktor 1.000 erhöht werden. Durch eine spezielle Methode konnten bei einem Test die Transaktionskosten eine Zahlung auf 0,000124 USD gesenkt werden.


Zahlungskanäle und Zustandskanäle

Ein seit längerer Zeit verfolgtes Konzept betreffen "Zahlungskanäle", welche neben der Übertragung von Werten auch eine Aktualisierung des Blockchain-Zustandes ermöglichen. Vor allem das in 2018 gestartete Lightning-Netzwerk erfreut sich einer immer größeren Beliebtheit. Mit Lightning können anonyme Transaktionen zu extrem geringen Gebühren getätigt werden.


Funktionsweise des Lightning-Netzwerks

Über das Lightning-Netzwerk können - wie im Bitcoin-Netzwerk auch - Peer-to-Peer-Transaktionen (Person zu Person ohne Mittelsmann) durchgeführt werden. Hierfür eröffnen computerbetriebene Nodes untereinander "Payment Channels" (Zahlungskanäle). Beispielsweise bezahlt Alice eine gewisse Summe an Bitcoin in eine MultiSig-Wallet (Übertragung der beinhalteten Coins nur durch mehrere Private Keys möglich) ein. Alice und Bob erhalten jeweils einen der beiden Private Keys für die MultiSig-Wallet. Wie in deiner Stammkneipe, kannst du hier 1 Bitcoin hinterlegen und von diesem deine künftigen Getränke bezahlen. In der Praxis kann der "angeschriebene" Betrag natürlich nur in der entsprechenden Lokalität eingesetzt werden. Im Lightning-Netzwerk ist man hier flexibler.


Anstatt den hinterlegten Betrag nur bei deiner Stammkneipe verwenden zu können, kann dieser auch weitergereicht werden. Der Besitzer deiner favorisierten Lokalität gibt also einen Teilbetrag an die örtliche Eisdiele, den Bäcker und andere weiter. Sinngemäß kannst du morgens zum Bäcker und bezahlst mit der Aussage: "Den Betrag holst du vom Barbesitzer, bei dem habe ich noch Guthaben".


Durch die zunehmende Beliebtheit besitzt das Lightning-Netzwerk mittlerweile tausende Knotenpunkte und somit ist jeder Teilnehmer nur in paar Payment-Channels entfernt. In der Praxis müssten sich die Unternehmer und Kunden gegenseitig vertrauen - im Lightning-Netzwerk entfällt dieses Vertrauen. Voraussetzung für die Nutzung von Lightning ist ein zuvor eingerichteter Payment Channel zu einer Node. Damit man selbst Bitcoin über Lightning empfangen kann, muss jedoch zunächst jemand einen Channel zu dir eröffnen. Dies Arbeit übernimmt heute aber in der Regel die Software deiner Wallet.


Das Lightning-Netzwerk ist zudem "Privacy by default" - da keine Transaktionshistorie gespeichert wird, ist das System von Sich aus schon Privat.


Fazit Immer stärker drängen Second-Layer-Technologien in den Blockchain-Markt. Egal ob durch Sharding, das Lightning-Netzwerk oder über Parachains auf Polkadot - wir benötigen Skalierungsmöglichkeiten. Im Vergleich zum Ethereum-Netzwerk - Wechsel auf Proof-of-Stake - macht man beim Bitcoin-Netzwerk keine Abstriche in Sachen Sicherheit und setzt beim Thema Skalierung daher vor allem auf die zweite Ebene. Auch wenn die Nutzung dieser aktuell noch ein gewisses Maß an technischem Verständnis voraussetzt, so bin ich zuversichtlich, dass wir in wenigen Jahren eine Vielzahl an einsteigerfreundlichen Second-Layer-Anwendungen sehen werden. Die zweite Ebene wird die Kosten einer Transaktion im Netzwerk deutlich verringern, da diese nicht mehr On-Chain stattfinden müssen. Vermutlich werden die Kosten für eine einzelne Transaktion auf der Bitcoin-Blockchain in einigen Jahren ohnehin für die meisten Menschen gar nicht mehr bezahlbar sein. Genau aus diesem Grund ist die Lösung der Skalierungsproblematik eines der Kernprobleme welches Bitcoin auf dem Weg zur Massenadaption lösen muss.

 

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