Als Layer 0 wird ein Rahmenwerk bezeichnet, das allen Blockchain-Protokollen zugrunde liegt. Dieses Layer-0-Netzwerk stellt sicher, dass Blockchains der Layer 1 ordnungsgemäß funktionieren und miteinander kommunizieren können. Gleichzeitig ermöglicht es den Nutzern, Blockchain-basierte Unternehmen und dezentralisierte Anwendungen (DApps) aufzubauen, Datenquellen zu validieren (Data Validation) und vieles mehr.
Layer-0-Blockchains: Einführung
Layer-0-Lösungen zielen darauf ab, ein Grundgerüst zu bilden, das "unterhalb" der Layer-1-Blockchains funktioniert. Bei Layer-1-Blockchains handelt es sich um geschlossene Netzwerke, wie zum Beispiel Bitcoin und Ethereum. Die Layer-1-Blockchain-Technologie soll für hohe Sicherheit und Dezentralisierung sorgen, während die wiederum auf Layer 1 aufbauende Layer 2 das Skalierbarkeitsproblem lösen soll. Unter Skalierbarkeit versteht man die beschränkte Kapazität einer Blockchain bei der Verarbeitung von Transaktionen. Die Layer 1 und Layer 2 sollen gemeinsam eine chain-übergreifende Kommunikation und mehr Transaktionen in derselben Zeit bearbeiten können.
Das Skalierbarkeitsproblem bezieht sich auf die weit verbreitete Ansicht, dass es für ein Blockchain-Netzwerk (Blockchain Network) nicht möglich ist, seine einzigartigen Eigenschaften (sicher und dezentral) beizubehalten und mit den derzeitigen Modellen gleichzeitig nachhaltig zu skalieren. Dies führt letztendlich zu Netzwerküberlastungen, hohen Gebühren für Transaktionsvalidierung und langsameren Transaktionszeiten. Um dieses Problem zu lösen, wurde eine mehrschichtige Architektur vorgeschlagen, die von Projekten wie Polkadot und Kusama mit deren Parachains bekannt gemacht wurde.
Dieser Leitfaden erklärt das Problem der Skalierbarkeit von Blockchain-Technologien, wie Layer-0-Protokolle das Problem angehen und wie sie ablaufen.
Drei Säulen der Blockchain und das Blockchain-Trilemma
Die Blockchain-Technologie basiert auf Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit.
Dezentralisierung: Der Kern der Blockchain-Technologie ist ein selbstverwaltendes System. Blockchains geben als dezentrale Netzwerke die Aufgaben der Überprüfung und Aufzeichnung von Transaktionen an ihre Nutzer weiter. Ganz im Gegensatz zu einer zentralen Behörde wie zum Beispiel einer Bank, die Transaktionen überprüft und ein Register für ihre Kunden führt. Auf diese Weise beteiligen sich alle Nutzer an der Verwaltung des Netzwerks, authentifizieren gemeinsam jede Transaktion und führen ein eigenes Protokoll.
Um die Dezentralisierung zu verwirklichen, muss ein Netzwerk eine sichere und vertrauenswürdige Umgebung schaffen. Damit es gewährleistet werden kann, verlassen sich öffentliche Blockchain-Netzwerke auf sogenannte Konsensmechanismen, zum Beispiel Proof-of-Work (PoW) und Proof-of-Stake (PoS). Diese ermöglichen es Nutzern, Transaktionen kollektiv zu authentifizieren. Sie werden für ihren Beitrag zu der Arbeit der Blockchain mit Krypto-Coins belohnt. Es besteht jedoch immer das Risiko, dass das Netzwerk überbelastet wird, wenn zu viele Transaktionen zur gleichen Zeit ausgeführt werden.
Sicherheit: Die Implementierung von Prozessen, bei denen die Nutzer jede Transaktion gemeinsam verifizieren, ist ebenfalls entscheidend für die Sicherheit, damit sie ohne eine zentrale Kontrollinstanz funktioniert. Auf diese Weise baut das Netzwerk das Vertrauen seiner Nutzer auf.
Es ist möglich, die Netzwerkgröße zu begrenzen, um eine Überlastung zu verhindern, aber das kann sich negativ auf die Sicherheit auswirken. Es wird angenommen, dass eine begrenzte Beteiligung von Knoten (Nodes) einen 51-Prozent-Angriff erleichtert. Gemeint ist dabei Situation, dass jemand die Kontrolle über mehr als die Hälfte des Netzwerks hat und damit die Macht hat, Transaktionen zu manipulieren.
Skalierbarkeit: Jedes Netzwerk hat eine Kapazität für die Anzahl der Transaktionen, die es in einer bestimmten Zeit durchführen kann: Den sogenannten Durchsatz. Wenn die Zahl der Nutzer und Anwendungsfälle, zum Beispiel DApps, wächst, steigt auch die Zahl der Transaktionsanfragen. Das kann entweder zu Staus bei der Bearbeitung von Transaktionen führen, oder dass die Kosten dafür stark ansteigen, weil jetzt mehr Knoten die Arbeit erledigen.
Blockchain-Netzwerke benötigen Ressourcen, die sie nachhaltig skalieren können. So könnte eine Überlastung des Netzwerks und hohe Transaktionsgebühren vermieden werden, ohne dabei Abstriche bei der Sicherheit zu machen.
Das Blockchain-Trilemma bezieht sich auf die allgemeine Überzeugung, dass Netzwerke nicht alle drei Aspekte gleichzeitig gewährleisten können.
Das ist eine Theorie, die sich beispielsweise bei Bitcoin deutlich zeigt. Hier dauert es im Durchschnitt 10 Minuten, bis ein Block verifiziert wird. Die Schürfer konnten die wachsende Liste der anstehenden Transaktionen nicht mehr zeitnah bewältigen. Daher wurde bei der Bitcoin-Blockchain das Lightning Network als Layer-2-Lösung im Blockchain-Ökosystem (Blockchain Ecosystem) eingeführt. Dieses Network wickelt nun einen Teil der Zahlungen ab.
Ethereum (ETH) hat mit ähnlichen Problemen zu kämpfen. Die Zahl der Nutzer ist mit dem Boom der DeFi-Anwendungen, die auf der Plattform basieren, stark gewachsen. Das hat dazu geführt, dass die Transaktionsgebühren so hoch geworden sind, dass einige Nutzer die Plattform nicht mehr nutzen können oder wollen.
Wie funktioniert Layer 0?
Layer-0-Blockchains gehen dieses Problem an, indem sie ein Rahmenwerk mit dem nötigen Arsenal für Entwickler bereitstellen. So können sie ihre eigenen Layer-2-Blockchains entwickeln, die in einer Layer-1-Blockchain (Haupt-Blockchain) verankert sind. Auf diese Weise wird Arbeitslast verteilt, was 2 Vorteile hat:
Man ist nicht immer so stark auf die bestehenden Blockchains angewiesen, um DApps oder andere Projekte zu entwickeln. Der Start einer Blockchain der Layer 1 auf einem Protokoll der Layer 0 ist vergleichbar mit dem Start einer Layer 2 auf Blockchains der Layer 1.
Schafft ein Cross-Chain- bzw. Multi-Chain-Netzwerk mit Interoperabilität zwischen einzelnen Blockchains. Dadurch wird es möglich, die Verarbeitung von Transaktionen auf eine sichere Weise zu verteilen und so den Durchsatz zu erhöhen.
So können Blockchains der Layer 1 die Skalierbarkeit an die Layer 2 delegieren, während sie sich um andere Elemente des Trilemmas kümmern. Sie muss also nicht mehr vergeblich versuchen, alle 3 Ziele gleichzeitig zu erfüllen. Einer der wertvollen Nebeneffekte ist: Die Nutzer können problemlos mehrere Blockchains gleichzeitig nutzen, ohne manuell zu anderen Chains wechseln zu müssen, wenn sie diverse Token handeln möchten.
Die wichtigsten Elemente einer Layer-0-Blockchain
Blockchains der Layer 0 bestehen aus 3 Hauptkomponenten:
Haupt-Blockchain/Main Chain: Sie wird auch als Relay Chain bezeichnet und fungiert als Haupt-Blockchain, in der die Transaktionsdaten der Layer-1-Netzwerke gesichert werden.
Sidechains: Dies sind unabhängige Layer-1-Blockchains, die parallel zur Main Chain laufen. Als souveräne Layer-1-Netzwerke haben sie ihre eigenen Token, Konsens-Algorithmen (Consensus Algorithms) und Protokolle. Sie können sich aber für die Sicherheit auf die Haupt-Chain verlassen oder wahlweise für die eigene Sicherheit sorgen.
Cross-Chain- bzw. Multi-Chain-Transaktionen: Das Cross-Chain-Protokoll gewährleistet den sicheren Austausch von Informationen zwischen zwei oder mehr unabhängigen Blockchain-Netzwerken.
Die Zukunft der Layer-0-Protokolle
Layer-0-Protokolle werden gemeinhin als legitime Alternative zu Smart Contracts und als tadellose Lösung für das Skalierbarkeitsproblem von Blockchain-Netzwerken angesehen. Es gibt eine Handvoll erfolgreicher Layer-0-Plattformen: Vor allem Horizen, Polkadot und Cosmos, auf denen eine große Anzahl dezentraler Anwendungen und Layer-1-Protokolle laufen.
Die Nutzung der Layer-0-Technologie kann theoretisch eine grenzenlose Skalierbarkeit ermöglichen und dadurch eines der größten Probleme von Blockchains lösen: Die Überlastung der Netzwerke. Die Technologie kann auch dazu beitragen, dass Blockchains sicher und wirklich dezentral bleiben. Falls du mehr über Blockchains lernen willst und dich vielleicht sogar fürs Programmieren interessierst, lies hier: Beste Unis für Krypto-Studiengänge.
