Parachains (kurz für Parallel-Chains) sind projektspezifische Blockchains, die in den Netzwerken von Polkadot (DOT) und Kusama (KSM) verankert sind. Sie bilden selbst eine Blockchain, stützen sich aber auf die Hauptketten von Polkadot und Kusama, auch Relay-Chains genannt, um Sicherheit und Interoperabilität zu gewährleisten.
Parachains: eine Einleitung
Parachains sind Produkte der Kusama- und Polkadot-Blockchain. Sie bezeichnen Ketten, die parallel zu Relay-Chains, den Hauptketten von Polkadot und Kusama, laufen und deren Sicherheit übernehmen – was den Informationsaustausch zwischen Parachains erleichtert.
Sie verfügen in der Regel über eigene Token und Konsensmechanismen und werden von Knoten, den sogenannten Kollatoren, verwaltet. Diese arbeiten Seite an Seite mit den Validierern der Relay-Chains.
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Polkadot und Kusama
Das Polkadot-Ökosystem wurde 2020 von Ethereum-Mitbegründer Gavin Wood als Layer-0-Lösung eingeführt. Das als „verbesserte Vision von Ethereum“ bezeichnete Netzwerk ist speziell auf höhere Geschwindigkeit und Skalierbarkeit ausgelegt.
Layer-0-Blockchains fungieren als grundlegende Basis für Layer-1-Blockchains. Sie beziehen sich auf in sich geschlossene Netzwerke wie Bitcoin oder Ethereum und erleichtern den Informationsaustausch zwischen ihnen. In diesem Sinne bietet das Polkadot-Ökosystem Entwicklern eine eingebaute Infrastruktur, auf der sie ihre eigenen Blockchain-Projekte mit kettenübergreifender Interoperabilität aufbauen können.
Das Kusama-Netzwerk fungiert als Vorproduktionsumgebung, in der Entwickler die Projekte, die sie im Polkadot-Ökosystem starten wollen, in einer Live-Umgebung testen können. So können große Updates und Fehlerbehebungen gründlich getestet werden, bevor sie in das eigentliche Netzwerk implementiert werden.
Polkadot geht das Skalierbarkeitsproblem von Layer-1-Blockchains mithilfe von Parachains an. Diese übernehmen einen Großteil der Verarbeitungsarbeit von der Haupt-Blockchain und stellen gleichzeitig Entwicklern Tools zur Erstellung ihrer eigenen Blockchains zur Verfügung. So wird eine übermäßige Abhängigkeit von bestimmten Netzwerken vermieden. Im Gegenzug sorgt die Hauptkette für die Sicherheit der Parachains und erleichtert die Kommunikation zwischen ihnen. Parachains sind nicht zu verwechseln mit Layer-2-Blockchains. Layer 2 ist eine alternative Lösung, um das Skalierbarkeitsproblem ebenfalls zu lösen. Die bekannteste Layer-2-Blockchain für Bitcoin ist das Lightning-Netzwerk, welches 1 Mio. Transaktionen pro Sekunde abwickeln kann.
Wie funktioniert eine Parachain?
Eine Parachain ist für eine beliebige Anzahl von Anwendungsfällen anpassbar. Aufgrund ihrer parallelen Natur ist sie in der Lage, die Informationsverarbeitung zu „parallelisieren“, was Skalierbarkeit ermöglicht.
Infolgedessen fallen in der Regel niedrigere Transaktionsgebühren an und die Abwicklung erfolgt schneller. Parachains sind im Polkadot-Netzwerk verankert sind und profitieren von dessen Sicherheit. Dennoch können sie als unabhängige Systeme mit einzigartigen Protokollen, Zugangskonfigurationen, unterschiedlichen Funktionen und Aktivitäten sowie eigenen Token betrachtet werden.
Das Kusama- und Polkadot-Ökosystem haben eine vorläufige Obergrenze von bis zu 100 für die Anzahl der Parachains festgelegt. Es werden Parachain-Auktionen durchgeführt, um zu entscheiden, welche Projekte Parachain-Slots erhalten sollen. Das Ziel ist dabei, eine faire Entscheidung zu treffen und nicht einfach das Projekt mit den meisten Mitteln auszuwählen. Diese Auktionen werden auch Candle Auctions (Kerzen-Auktionen) genannt, da das Ende der Parachain-Auktion zu einem zufälligen Zeitpunkt endet.
Parachain-Auktion: Slot-Akquisition durch Versteigerung
Damit ein Parachain-Projekt gestartet werden kann, muss es sich einen Slot über eine Parachain-Auktion sichern. Während einer Parachain-Auktion werden potenzielle Projekte den Inhabern von KSM- und DOT-Token zur Abstimmung vorgelegt, um das herausragendste Projekt auswählen. Im Gegenzug kann das Parachain-Projekt ein System einrichten, bei dem es eine Rendite für die Unterstützer erwirtschaftet.
Auktionen folgen einem Kerzen-Auktionsmechanismus, der eine bestimmte Dauer hat und in zwei Stufen abläuft.
Die Eröffnungsphase dauert 44 Stunden – während der Parachain-Auktionen geben Kandidaten in dieser Zeit ihre ersten Gebote ab.
Die Endphase findet während der darauffolgenden 5 Tage statt. Nach Ablauf dieses Zeitraums wird der Gewinner aus den Parachain-Auktionen mit den meisten DOT- und KSM-Unterstützern rückwirkend ermittelt.
Wie wird die Datenverarbeitung aufgeteilt?
Der Gewinner des Parachain-Projekts kann im Wesentlichen seine eigene Blockchain im Polkadot-Ökosystem aufbauen und eng mit der Relay-Chain zusammenarbeiten. Parachains folgen einem ähnlichen Muster des Hinzufügens von Blöcken mit bestimmten Modifikationen im Vergleich zu anderen Blockchain-Netzwerken.
In einer Blockchain werden Informationen in Blöcken gespeichert, die Platz für eine begrenzte Menge an Informationen bieten. Damit ein neuer Block zur Kette hinzugefügt werden kann, muss ein Validierer jede in einem Block enthaltene Transaktion authentifizieren. Dies ist ein Prozess, der von der Mehrheit des Netzwerks bestätigt werden muss. Konsensmechanismen wie Proof of Work oder Proof of Stake helfen den Netzwerkmitgliedern (Knoten) dabei, eine Einigung oder einen Konsens über den Status des Ledgers zu erzielen.
Knoten, die eine Parachain aufrechterhalten, werden Kollatoren genannt, die von ihrem jeweiligen Konsenssystem ausgewählt werden. Sie arbeiten mit den Validierern der Relay-Chain zusammen, die über den Proof-of-Stake-Mechanismus ausgewählt werden.
Blockerstellung in einer Parachain: Die Kollatoren bündeln die Transaktionen, die in einer Parachain stattgefunden haben, zu einem Blockkandidaten. Anschließend leiten sie ihn zusammen mit dem Nachweis, dass sie die Zustandsübergangsregeln befolgt haben, an die Validierer der Relay-Chain weiter. Die Zustandsübergangsregeln bestimmen, ob und wann sich ein Datensatz ändern kann.
Validierung in der Relay-Chain: Validierer in der Relay-Chain werden auf der Grundlage der von ihnen vorgelegten Token-Einsätze ausgewählt. Nach Erhalt des Blockkandidaten überprüfen sie dessen Gültigkeit und leiten ihn an andere Knoten in der Kette zur Genehmigung weiter.
Genehmigung und Parachain-Blockbildung: Nach der Genehmigung durch die Knoten in der Relay-Chain können die Kollatoren nun einen neuen Block zur Parachain hinzufügen. Die Validierer in der Relay-Chain erstellen Kandidatenbelege, die sich auf kleinere Dokumente beziehen. Diese stellen den Beweis für die Gültigkeit der Parachain-Blöcke dar, was eine größere Skalierbarkeit ermöglicht.
Haben Parachains eine Zukunft?
Es besteht kein Zweifel daran, dass das Polkadot-Ökosystem eine kreative Lösung für die Herausforderungen gefunden hat, denen sich Ökosysteme wie Ethereum gegenüberstehen.
Blockchain-Netzwerke bieten ein großes Potenzial für die Entwicklung verteilter Projekte, insbesondere dezentraler Anwendungen. Es ist jedoch sehr schwierig, ein Blockchain-Netzwerk einzurichten. Dies führt zu einer übermäßigen Abhängigkeit von etablierten Netzwerken und damit zu Problemen der Netzwerküberlastung, welche sich in hohen Transaktionsgebühren und langsameren Verarbeitungszeiten niederschlagen.
Ein Multi-Chain-Netzwerk (Parachain-Netzwerk) wie Kusama oder Polkadot bietet deshalb eine kreative Lösung für das Skalierbarkeitsproblem. Gleichzeitig bleibt ein Multi-Chain-Netzwerk der dezentralen Eigenschaft von Blockchain-Netzwerken treu. Außerdem hat es die Ressourcen für den Start eines Blockchain-Netzwerks und lässt seinen eigenen Community-Mitgliedern die Wahl, welche Projekte gestartet werden sollen.
Angesichts dieser Vorteile ist es wahrscheinlich, dass Projekte, die an Parachain-Auktionen teilnehmen, in naher Zukunft zunehmen werden. Es könnte also interessant sein, jetzt noch Kusama und Polkadot zu kaufen.