In der sich schnell entwickelnden Landschaft der Blockchain-Technologie haben sich Rollups als vielversprechende Lösung für die Skalierungsprobleme von Ethereum herausgestellt.
Dieser Artikel befasst sich mit Blockchain-Rollups und beleuchtet die wichtigsten Unterschiede zwischen optimistischen und ZK-Rollups. Wir werden auch untersuchen, warum Rollups den Ruf haben, der heilige Gral für die Skalierung auf Layer 2 zu sein.
Ethereum Skalierungsprobleme
Bei Ethereum gibt es immer wieder Diskussionen, die sich um die Frage der Skalierbarkeit drehen. Die Skalierungsdebatte rückt in Zeiten erhöhter Netzwerkaktivität immer wieder in den Vordergrund. Ein Beispiel dafür ist der CryptoKitties-Wahn im Jahr 2017, bei dem das Netzwerk aufgrund der Beliebtheit der digitalen Katzen eine noch nie dagewesene Überlastung erlebte.
Auch der DeFi-Sommer 2020, in dem eine Vielzahl dezentraler Finanzprojekte an Fahrt aufnahm, belastete die Kapazitäten von Ethereum erheblich und verdeutlichte einmal mehr den dringenden Bedarf an skalierbaren Lösungen.
Der Anfang 2021 einsetzende Krypto-Bullenmarkt brachte auch eine Welle neuer Teilnehmer in das Ökosystem, was zu einem Anstieg des Transaktionsvolumens führte, da der Zustrom von Nutzern die Gasgebühren in die Höhe trieb und mit den Kosten für die Ausführung von Transaktionen im Netzwerk zu kämpfen hatte.
Die Suche nach der ultimativen Skalierungslösung
Als Antwort auf diese Herausforderungen hat sich die Ethereum-Gemeinschaft auf die Suche nach der optimalen Skalierungslösung gemacht. Verschiedene Teams und Projekte haben sich der Herausforderung gestellt und versuchen, Staus und hohe Gasgebühren abzumildern.
Layer-2-Lösungen, insbesondere Rollups, haben sich als vielversprechender Weg erwiesen, um den Durchsatz von Ethereum zu erhöhen. Diese Lösungen zielen darauf ab, die Überlastung des Netzwerks zu verringern, indem sie einen großen Teil der Transaktionen außerhalb der Hauptkette abwickeln und gleichzeitig die Sicherheitsgarantien aufrechterhalten.
Rollups
Stell dir ein Szenario vor, in dem du jedem deiner fünf Familienmitglieder einen Brief schreiben möchtest. Das würde bedeuten, dass du für jedes Familienmitglied einen eigenen Brief schreiben müsstest und für jeden Brief eine eigene Versandgebühr anfallen würde – ein potenziell teures Unterfangen. Um die Versandkosten zu senken und Papierverschwendung zu vermeiden, beschließt du, die einzelnen Briefe in einem einzigen Umschlag zusammenzufassen.
Diese Analogie zeigt Parallelen zum Konzept der Prozessoptimierung in verschiedenen Bereichen, auch in der Welt der Technologie und der Blockchain.
Wie funktionieren Rollups?
Ein Rollup ist eine Form der Skalierungslösung, bei der Transaktionen außerhalb der Blockchain, also außerhalb von Layer 1, ausgeführt werden, während die Transaktionsdaten auf Layer 1 gespeichert werden. Dieser Ansatz ermöglicht es, die Kapazität des Netzwerks zu erweitern und gleichzeitig die Sicherheit durch den Konsensmechanismus von Ethereum aufrechtzuerhalten.
Durch die Verlagerung von Berechnungen außerhalb der Kette kann eine größere Anzahl von Transaktionen verarbeitet werden. Dies wird erreicht, indem Rollup-Transaktionen auf einer separaten Chain ausgeführt werden, die sogar eine Rollup-spezifische Version der Ethereum Virtual Machine (EVM) verwenden kann. Sobald die Transaktionen auf der Rollup-Kette ausgeführt wurden, werden sie zusammengeführt und auf der Hauptkette von Ethereum veröffentlicht.
Arten von Rollups
So vielversprechend dieser Ansatz auch sein mag, er wirft eine Frage auf: Wie kann Ethereum sicherstellen, dass die geposteten Daten gültig sind und nicht von böswilligen Akteuren manipuliert wurden? Die Antwort hängt von der jeweiligen Rollup-Implementierung ab, aber im Allgemeinen setzt jeder Rollup Smart Contracts auf Layer 1 ein, die für die Verarbeitung von Ein- und Auszahlungen und die Überprüfung von Proofs zuständig sind. Diese Proofs spielen eine zentrale Rolle bei der Unterscheidung zwischen den verschiedenen Arten von Rollups.
1. ZK-Rollups
ZK steht für Zero-Knowledge und nutzt eine kryptografische Technik, die als Zero-Knowledge-Proofs bekannt ist. Transaktionen werden zusammen mit einem kryptografischen Beweis namens SNARK (Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge) an das Ethereum Mainnet übermittelt. Dieser Beweis zeigt mit kryptografischer Sicherheit, dass die vorgeschlagenen Änderungen am Zustand von Ethereum tatsächlich aus der Ausführung aller Transaktionen innerhalb des Batches resultieren. Bekannte Projekte wie Polygon, Loopring, StarkNet und zkSync verwenden ZK-Rollups.
2. Optimistic Rollups
Optimistische Rollups gehen von vornherein von der Gültigkeit aller Rollup-Daten aus. Dieses Maß an Vertrauen mag im Bereich der vertrauenslosen Systeme kontraintuitiv erscheinen, aber es wird strategisch eingesetzt, um Zeit zu sparen.
Betrügerische Transaktionen werden auch bei optimistischen Rollups verhindert, indem den Teilnehmern ein bestimmter Zeitrahmen eingeräumt wird, in dem sie Transaktionen anfechten können, die sie für ungültig halten. Diese Transaktionen werden dann zur Verifizierung an das Ethereum-Mainnet gesendet. Dieser Ansatz birgt jedoch ein finanzielles Risiko für diejenigen, die gültige Transaktionen fälschlicherweise anfechten oder betrügerische Transaktionen fälschlicherweise anklagen.
Die führenden Layer-2-Lösungen wie Arbitrum und Optimism verwenden überwiegend optimistic Rollups.
Feature | ZK Rollups | Optimistic Rollups |
Validation | Use zero-knowledge proofs to prove the validity of transactions | Assume transactions are valid until proven otherwise |
Transaction finality | Transactions are finalized immediately | Transactions are finalized after a challenge period |
Complexity | More complex to implement | Less complex to implement |
Privacy | Offers greater privacy | Offers lower privacy |
ZK-Rollup-Projekte
1. Polygon (MATIC)
Polygon, bekannt für seine Kooperationen mit Marken wie Disney und Starbucks, ist ein bekannter Name im Blockchain-Bereich. Das Unternehmen begann als Ethereum-Sidechain und wagte mit der Übernahme des Hermez Network den Einstieg in die zk-Rollups. Im Jahr 2022 stellte Polygon seine Pläne für ein zkEVM vor und fügte damit seinen technologischen Bemühungen eine weitere Ebene hinzu.
2. StarkNet
Während die meisten zkEVM-Projekte ZK-SNARKs für kryptografische Beweise verwenden, hat sich StarkNet für die Arbeit mit ZK-STARKs (Scalable, Transparent Arguments of Knowledge) entschieden. ZK-STARKs sind zwar sicherer, verbrauchen aber mehr Sprit und brauchen länger, um verifiziert zu werden, was einen Kompromiss darstellt. StarkNet wurde im November 2021 im Ethereum-Mainnet eingeführt und markiert StarkWares bedeutenden Beitrag zur STARK-basierten Technologie.
Optimistic Rollups-Projekte
1. Optimism (OP)
Optimism, der Vorreiter im Bereich Layer 2, verwendet Betrugsnachweise in einem Durchgang und verlässt sich bei der Ausführung von Layer-2-Transaktionen auf Layer 1. Die sofortige Betrugsprüfung wird durch zusätzliche Gasgebühren erkauft, da die Ausführung auf Layer 1 in der Kette stattfindet.
2. Arbitrum (ARB)
Arbitrum zeichnet sich durch die Implementierung von Mehrrunden-Betrugsnachweisen aus und bietet einen alternativen Ansatz für die Transaktionsausführung auf Layer 1. Damit werden die Probleme anderer optimistischer Rollup-Implementierungen behoben.
Die Zukunft der Rollups
Der Bereich der Rollups entwickelt sich schnell weiter, angetrieben durch das Streben nach schnelleren Transaktionen. Jede Rollup-Lösung bringt ihre Stärken und Schwächen mit und trägt so zur Weiterentwicklung der Technologie bei. Wir sind gespannt auf die innovativen Lösungen, die in diesem Bereich entstehen werden.
Fazit
Während Ethereum seinen Weg weitergeht, versprechen Layer-2-Technologien, einschließlich Rollups, viel für die Zukunft des Netzwerks. Diese Lösungen können die Überlastungsprobleme und die hohen Gasgebühren, mit denen die Nutzer derzeit zu kämpfen haben, lindern. Während sich der Bereich der Blockchain-Innovationen weiter ausdehnt, sieht die Umsetzung von Layer-2-Lösungen vielversprechender aus als je zuvor.
FAQ
Was ist der Unterschied zwischen Rollups und ZK?
Optimistic Rollups werden ” optimistic” genannt, weil sie immer davon ausgehen, dass alle Layer-2-Transaktionen gültig sind, bis das Gegenteil bewiesen ist. Die ZK-Rollups hingegen verwenden ein komplexes Verfahren, den sogenannten Zero-Knowledge-Proof, um die Gültigkeit der Transaktionen zu beweisen, ohne zu viel über die Einzelheiten der Transaktionen zu wissen.
Verwendet Ethereum ZK-Rollups?
Rollups führen die Transaktionen außerhalb der Ethereum-Blockchain aus und senden die Transaktionsdaten an das Ethereum-Netzwerk zurück. Ethereum dient als Abwicklungsebene für ZK-Rollups: L2-Transaktionen werden nur abgewickelt, wenn der L1-Vertrag auf Ethereum den Gültigkeitsnachweis akzeptiert.