Was sind Bitcoin Layer-2-Lösungen?

Da Bitcoin weiterhin an Popularität gewinnt, kämpft sein ursprüngliches Design, das nur sieben Transaktionen pro Sekunde unterstützt, oft mit der Skalierbarkeit. Dies führt zu höheren Gebühren und langsameren Transaktionszeiten. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, wurden Bitcoin Layer Two (L2) Lösungen entwickelt. Diese Lösungen verbessern das Bitcoin-Netzwerk, indem sie Transaktionen außerhalb der Haupt-Blockchain verarbeiten, wodurch der Transaktionsdurchsatz erhöht wird, während die Sicherheit erhalten bleibt und neue Funktionen wie Smart Contracts ermöglicht werden.

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Was sind Bitcoin Layer-Two-Lösungen?

Bitcoin Layer-Two-Lösungen (Bitcoin L2s) sind sekundäre Protokolle, die auf der Haupt-Bitcoin-Blockchain aufgebaut sind. Ihr Zweck besteht darin, Skalierungsprobleme zu lösen, die Transaktionsgeschwindigkeit zu verbessern und Gebühren zu senken. Einige L2s führen auch Smart-Contract-Fähigkeiten ein, um die Nutzungsmöglichkeiten von Bitcoin zu erweitern. Durch die Schaffung einer separaten Ausführungsebene bearbeiten diese Lösungen Transaktionen außerhalb der Blockchain und nutzen die Haupt-Blockchain nur für die endgültige Abwicklung.

Hauptunterschiede zwischen Bitcoin- und Ethereum-Layer-Two-Lösungen

Bitcoin und Ethereum unterscheiden sich grundlegend in ihren Layer-Two-Lösungen aufgrund ihrer zugrunde liegenden Architekturen:

Sicherheitsvererbung: Die L2-Lösungen von Ethereum erben die Sicherheit direkt vom Ethereum-Mainnet durch aktive Validatoren. Im Gegensatz dazu verlassen sich die L2s von Bitcoin auf ihre eigenen Sicherheitsprotokolle, da sie nicht direkt in die Validatoren des Bitcoin-Netzwerks eingebunden sind.

Transaktionsverifizierung: Ethereum L2s nutzen fortschrittliche Verifizierungsmethoden wie Betrugsnachweise und Zero-Knowledge-Proofs, die Bitcoin derzeit nicht bietet. Dies beschränkt die Komplexität der L2-Lösungen, die auf Bitcoin aufgebaut werden können, im Vergleich zu Ethereum.

Smart-Contract-Funktionalität: Ethereum wurde entwickelt, um Smart Contracts nativ zu unterstützen, während Bitcoin dies nicht war. Daher zielen Bitcoin L2s oft darauf ab, diese Fähigkeit hinzuzufügen, um seine Funktionalität über einfache Wertübertragungen hinaus zu erweitern.

Abwicklungsebenen: Bitcoin L2s wickeln Transaktionen auf der Bitcoin-Blockchain ab und nutzen dessen Proof-of-Work-Konsens für die Sicherheit. Ethereum L2s hingegen wickeln auf dem Ethereum-Mainnet ab, das ein Proof-of-Stake-Konsensmodell verwendet.

Warum sind Bitcoin Layer-Two-Lösungen notwendig?

Der Bedarf an Bitcoin Layer-Two-Lösungen ergibt sich aus den Einschränkungen der Bitcoin-Basisebene:

Skalierbarkeit und Durchsatz: Die Basisebene von Bitcoin kann nur etwa sieben Transaktionen pro Sekunde verarbeiten, was während Spitzenzeiten zu Überlastungen und hohen Gebühren führt. L2-Lösungen bieten eine Möglichkeit zur Skalierung, ohne die Sicherheit von Bitcoin zu beeinträchtigen.

Hohe Gebühren: Hohe Transaktionsgebühren, die während einiger Spitzenzeiten über 120 US-Dollar erreicht haben, machen kleine Transaktionen unpraktisch. L2-Lösungen helfen, diese Gebühren zu reduzieren.

Smart-Contract-Fähigkeiten: Die Basisebene von Bitcoin fehlt erweiterte Smart-Contract-Funktionalität, die für dezentrale Anwendungen (dApps) und dezentrale Finanzen (DeFi) Plattformen unerlässlich ist.

Freisetzung von Kapital: Ein erheblicher Teil des Kapitals von Bitcoin bleibt ungenutzt, da es hauptsächlich als Wertspeicher dient. L2-Lösungen zielen darauf ab, dieses Kapital durch schnellere Transaktionen und innovative Anwendungen freizusetzen.

Wie funktionieren Bitcoin Layer-Two-Lösungen

Ein Blockchain-Netzwerk besteht aus zwei Ebenen: der Ausführungsebene, die Transaktionen verarbeitet, und der Konsensschicht, die diese Transaktionen validiert und genehmigt. Bitcoin L2s entwickeln eine separate Ausführungsebene, um Transaktionen außerhalb der Blockchain zu bearbeiten, die dann zur endgültigen Abwicklung an die Bitcoin-Konsensschicht übermittelt werden.

Gängige Ansätze für Bitcoin Layer-Two-Lösungen umfassen:

State Channels: Verwendet vom Lightning Network, ermöglichen State Channels zwei Parteien, zahlreiche Transaktionen außerhalb der Blockchain durchzuführen. Nur der Endzustand wird in der Blockchain aufgezeichnet, was die Geschwindigkeit erhöht und die Kosten senkt.

Sidechains: Als separate Blockchains, die an Bitcoin gekoppelt sind, ermöglichen Sidechains wie das Liquid Network schnellere Transaktionen und zusätzliche Funktionen und wickeln periodisch auf der Bitcoin-Hauptkette ab.

Rollups: Diese bündeln mehrere Off-Chain-Transaktionen in eine einzige Transaktion und erstellen einen kryptografischen Gültigkeitsnachweis, der zur Abwicklung an die Bitcoin-Blockchain übermittelt wird.

State Channels

State Channels, wie sie im Lightning Network verwendet werden, ermöglichen es zwei Parteien, eine unbegrenzte Anzahl von Bitcoin-Transaktionen außerhalb der Blockchain durchzuführen, ohne jede Transaktion auf der Haupt-Bitcoin-Blockchain aufzuzeichnen. Dieser Ansatz verbessert die Transaktionsgeschwindigkeit erheblich und reduziert die Kosten.

Um einen Kanal zu eröffnen, sperren die beiden Parteien einen bestimmten Betrag an Bitcoin in eine Multi-Signature (multisig)-Adresse auf der Bitcoin-Blockchain. Eine Multisig-Adresse auf Bitcoin ist eine Art von Adresse, die mehrere Personen erfordert, um eine Transaktion zu autorisieren und zu unterschreiben, anstatt nur eine. Sie vereinbaren die anfängliche Verteilung von Bitcoin zwischen ihnen für diesen Kanal. Sobald der Kanal geöffnet ist, können die Parteien eine unbegrenzte Anzahl von Off-Chain-Transaktionen durchführen, indem sie signierte Transaktionsdaten austauschen, um ihre jeweiligen Bitcoin-Salden im aktuellen Zustand des Kanals zu aktualisieren. Diese Transaktionen werden während dieses Prozesses nicht an das Bitcoin-Netzwerk gesendet.

Wenn sie mit den Transaktionen fertig sind, signieren und senden die beiden Parteien den Endzustand des Kanals an die Bitcoin-Blockchain. Dieser Endzustand spiegelt die zuletzt vereinbarte Verteilung von Bitcoin zwischen den beiden Parteien wider. Die Multi-Signature-Bedingungen werden erfüllt, sodass die Gelder gemäß den endgültigen Salden umverteilt werden können.

Sidechains

Bitcoin-Sidechains, wie das Liquid Network, arbeiten auf separaten Blockchains, die an Bitcoin gekoppelt sind. Diese Sidechains nutzen ihre eigenen Konsensmechanismen, die schnellere Transaktionen und zusätzliche Funktionen ermöglichen, während sie periodisch Transaktionen auf der Bitcoin-Hauptkette weiterleiten und abschließen. So funktionieren Bitcoin-Sidechains:

Zwei-Wege-Peg: Die grundlegende Technologie, die den Transfer von Vermögenswerten zwischen der Bitcoin-Hauptkette und einer Sidechain ermöglicht, wird als „Zwei-Wege-Peg“ bezeichnet. Um Vermögenswerte von der Bitcoin-Hauptkette auf eine Sidechain zu übertragen, sperrt ein Benutzer zuerst seine Bitcoins in einer speziellen Ausgabestelle auf der Bitcoin-Blockchain, indem er eine Transaktion sendet. Diese Aktion immobilisiert effektiv die Bitcoins auf der Hauptkette. Die Sidechain erkennt dieses Sperrereignis und reagiert, indem sie eine entsprechende Menge an Token auf der Sidechain prägt und freigibt, die oft als sBTC (Sidechain BTC) bezeichnet werden und die gesperrten Bitcoins von der Hauptkette repräsentieren. Sobald sie sich auf der Sidechain befinden, können Benutzer diese Token frei für verschiedene Zwecke übertragen und nutzen, wie etwa Transaktionen und Smart Contracts, und von dem schnelleren und effizienteren Konsensmechanismus der Sidechain profitieren. Um Vermögenswerte zur Bitcoin-Hauptkette zurückzubringen, verbrennt oder zerstört der Benutzer die Sidechain-Token. Dieses Brennereignis wird von der Hauptkette erkannt, die dann die ursprünglich gesperrten Bitcoins zurück an die Adresse des Benutzers auf der Hauptkette freigibt.

Föderation/Validatoren: Um den Zwei-Wege-Peg-Prozess sicher zu verwalten und zu validieren, verwenden Sidechains eine Föderation oder eine Gruppe von Validatoren. Diese Föderation erfüllt mehrere kritische Funktionen. Die Föderation oder Gruppe von Validatoren spielt eine entscheidende Rolle bei der Verwaltung und Sicherung des Zwei-Wege-Peg-Prozesses zwischen der Hauptkette und der Sidechain. Sie überwachen das Sperren und Entsperren von Vermögenswerten auf beiden Ketten und stellen sicher, dass Transaktionen genau aufgezeichnet werden. Sie validieren auch, dass die Menge der bewegten Vermögenswerte auf beiden Seiten übereinstimmt, um Probleme wie Double Spending zu verhindern. Diese Föderation kann von vertrauenswürdigen Parteien, Multi-Signature-Skripten oder Smart Contracts betrieben werden, die alle darauf abzielen, die Integrität und Sicherheit des Asset-Transfer-Prozesses aufrechtzuerhalten.

Unabhängiger Konsens: Ein entscheidendes Merkmal von Sidechains ist ihr unabhängiger Konsensmechanismus, der separat von der Bitcoin-Hauptkette arbeitet. Diese Unabhängigkeit ermöglicht es Sidechains, benutzerdefinierte Blockparameter zu implementieren, einschließlich unterschiedlicher Blockzeiten, Blockgrößen und Transaktionsdurchsatz, die für ihre spezifischen Anwendungsfälle optimiert sind. Sie verwenden einzigartige Konsensalgorithmen wie Proof-of-Authority (PoA) oder Delegated Proof-of-Stake (DpoS), die effizienter oder besser für die Zwecke der Sidechain geeignet sein können. Darüber hinaus führen Sidechains erweiterte Funktionen wie Smart Contracts, Datenschutzverbesserungen und andere Skalierungslösungen ein, die nativ nicht auf der Bitcoin-Hauptkette verfügbar sind.

Rollups

Bitcoin Layer-Two Rollups arbeiten, indem sie die Transaktionsausführung und Daten von der Haupt-Bitcoin-Blockchain auf eine separate Rollup-Kette oder Ebene verschieben, während sie weiterhin an Bitcoin für Datenverfügbarkeit und Konsens ankern.

Die wichtigsten Mechanismen der Rollup-Technologie umfassen die Transaktionsausführung auf der Rollup-Kette, Datenkompression und das Ankern an die Bitcoin-Ebene eins. Benutzer reichen Transaktionen zur Ausführung auf der Rollup-Kette ein, anstatt direkt auf der Bitcoin-Blockchain. Die Rollup-Kette verarbeitet diese Transaktionen und aktualisiert die Kontostände entsprechend. Nachdem viele Transaktionen außerhalb der Blockchain verarbeitet wurden, komprimiert oder „rollt“ das Rollup die Transaktionsdaten in einen kompakten kryptografischen Nachweis oder eine Verpflichtung, die den Nettoeffekt all dieser Transaktionen auf den Zustand darstellt. Dieser komprimierte Nachweis wird dann regelmäßig als einzelne Transaktion an die Bitcoin-Blockchain übermittelt. Ein Smart Contract oder ein Verifizierungsmechanismus auf Bitcoins Ebene eins kann effizient validieren und den durch den Rollup-Nachweis dargestellten Zustandsübergang anwenden.

Allerdings stehen Rollups auf Bitcoin vor einer wesentlichen Herausforderung, da die Basisebene von Bitcoin nicht in der Lage ist, die von Rollup-Systemen erzeugten kryptografischen Nachweise oder Verpflichtungen nativ zu verifizieren. Es gibt einige Ansätze, die erforscht werden, um Rollups auf Bitcoin zu ermöglichen, einschließlich souveräner Rollups und der Erweiterung des Bitcoin-Skripts.

Souveräne Rollups verwenden Bitcoin als Datenschicht, ohne sich auf es für Gültigkeitsnachweise zu verlassen. Diese Rollups arbeiten unabhängig, verarbeiten Transaktionen außerhalb der Blockchain und veröffentlichen nur komprimierte Transaktionsdaten auf Bitcoin. Sie verwalten ihre eigenen Konsensmechanismen und Transaktionsausführungsumgebungen außerhalb der Blockchain und verwenden Bitcoin, um die komprimierten Rollup-Daten zu verankern und zu speichern. Um Vermögenswerte wie BTC in und aus dem Rollup zu bewegen, wird ein dezentrales Peg-System wie sBTC verwendet, das sich auf eine dezentrale Gruppe von Unterzeichnern stützt, anstatt auf die Basisebene von Bitcoin.

Die Erweiterung der Bitcoin-Skriptsprache und der Opcodes, um Gültigkeitsrollups zu ermöglichen, erlaubt es der Bitcoin-Basisebene, die Zustandsübergänge des Rollups zu verifizieren und durchzusetzen. Dies würde wahrscheinlich ein Soft-Fork-Upgrade von Bitcoin erfordern, um neue Opcodes wie OP_CAT oder WTC für eine bessere Programmierbarkeit hinzuzufügen.

Vorteile von Bitcoin Layer-Two-Lösungen

Bitcoins Ebene eins, obwohl bekannt für seine Sicherheit und Dezentralisierung, leidet unter mehreren Leistungsbeschränkungen. Transaktionen auf der Bitcoin-Hauptkette benötigen etwa 10 Minuten zur Bestätigung, es fehlt an Smart-Contract-Funktionalität, und sie verursachen oft hohe Transaktionsgebühren aufgrund von Netzwerküberlastungen. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, wurden Bitcoin Layer-Two-Lösungen entwickelt, die eine Reihe von Verbesserungen bieten, die die Benutzerfreundlichkeit und Funktionalität des Bitcoin-Netzwerks erheblich verbessern.

Skalierbarkeit: Einer der bedeutendsten Vorteile von Bitcoin Layer-Two-Lösungen ist ihre Fähigkeit, die Transaktionskapazität des Netzwerks erheblich zu erhöhen. Indem sie Transaktionen außerhalb der Haupt-Blockchain verarbeiten, können Layer-Two-Projekte ein viel höheres Transaktionsvolumen pro Sekunde bewältigen im Vergleich zur Basisebene von Bitcoin. Diese Entlastung reduziert die Überlastung auf der Hauptkette, was zu reibungsloseren und effizienteren Netzwerkoperationen führt. Die erhöhte Skalierbarkeit ist entscheidend für die weit verbreitete Akzeptanz von Bitcoin für alltägliche Transaktionen und den Hochfrequenzhandel.

Niedrigere Transaktionsgebühren: Da Layer-Two-Transaktionen nicht alle Transaktionsdaten auf der Bitcoin-Blockchain aufzeichnen müssen, reduzieren sie erheblich die Menge der zu speichernden Daten. Dies führt zu niedrigeren Transaktionsgebühren, was Mikrotransaktionen und andere Kleinwertübertragungen wirtschaftlich sinnvoll macht. Benutzer profitieren von den reduzierten Kosten, was insbesondere für Anwendungen wie Überweisungen und Mikrozahlungen wichtig ist, bei denen hohe Gebühren hinderlich sein können.

Schnellere Bestätigungen: Layer-Two-Lösungen bieten nahezu sofortige Transaktionsbestätigungen, im Gegensatz zu den durchschnittlichen 10-Minuten-Blockzeiten auf der Bitcoin-Hauptkette. Diese schnelle Bestätigungszeit ist für Anwendungsfälle erforderlich, die eine schnelle Abwicklung erfordern, wie Point-of-Sale-Transaktionen und Online-Handel. Die Möglichkeit, schnellere Bestätigungen zu erreichen, verbessert das Benutzererlebnis und erweitert die Palette der praktischen Anwendungen für Bitcoin.

Erhöhte Privatsphäre: Einige Layer-Two-Implementierungen bieten verbesserte Datenschutzfunktionen. Techniken wie Onion-Routing und Anonymität von Zahlungskanälen erschweren es, Transaktionen nachzuverfolgen, und bieten den Benutzern ein höheres Maß an Datenschutz.

Smart-Contract-Fähigkeiten: Bestimmte Bitcoin Layer-Two-Projekte ermöglichen Smart-Contract-Funktionalität auf Bitcoin. Diese Ergänzung eröffnet neue Anwendungsfälle, einschließlich dApps und DeFi-Protokolle.

Geerbte Sicherheit: Layer-Two-Lösungen leiten einen Teil ihrer Sicherheit aus der zugrunde liegenden Bitcoin-Blockchain ab. Indem sie Transaktionen an Bitcoins robusten und dezentralen Proof-of-Work-Konsens verankern, können Layer-Two-Netzwerke von der massiven Rechenleistung profitieren, die das Bitcoin-Netzwerk sichert.

Herausforderungen von Bitcoin Layer Two Solutions

Trotz ihrer Vorteile stehen Bitcoin L2-Netzwerke vor Herausforderungen, insbesondere bei der sicheren Verbindung zwischen Bitcoin und L2-Netzwerken sowie bei der Geschwindigkeit und Fähigkeit, Nachweise im Bitcoin-Netzwerk abzuwickeln. Brücken können anfällig für Sicherheitsrisiken sein, und Verbesserungen bei der Abwicklungsgeschwindigkeit und den Kosten sind für die zukünftige Skalierbarkeit erforderlich.

Zu den größten Herausforderungen, mit denen Bitcoin L2-Lösungen konfrontiert sind, gehören:

Sichere Verbindung zwischen Bitcoin und L2-Netzwerken: Bitcoin L2-Netzwerke wie Sidechains verwenden Brücken, um sich mit der Bitcoin-Hauptkette zu verbinden. Diese Brücken funktionieren, indem sie Vermögenswerte auf Bitcoin sperren und gleichwertige Token auf der L2-Kette prägen. Diese Brückengestaltung birgt jedoch Sicherheitsrisiken und Benutzerfreundlichkeitsprobleme. Viele Kryptowährungshacks und Verluste sind aufgrund von Schwachstellen in Cross-Chain-Brücken aufgetreten.

Geschwindigkeit und Kosten der Abwicklung im Bitcoin-Netzwerk: Obwohl L2-Lösungen Transaktionen außerhalb der Blockchain bearbeiten, müssen sie letztendlich den Endzustand auf der Bitcoin-Hauptkette abwickeln. Die Geschwindigkeit und Kosten dieses Abwicklungsprozesses auf der Basisebene von Bitcoin sind entscheidende Faktoren, die die Effizienz von L2-Netzwerken beeinflussen.

Aufrechterhaltung der Sicherheit ohne direkte Bitcoin-Validierung: Im Gegensatz zu Ethereum L2s, bei denen Validatoren L2-Transaktionen überprüfen, erben Bitcoin L2s nicht vollständig die Sicherheit von Bitcoins Knoten, die Transaktionen validieren. Bitcoin L2s müssen sich auf ihre eigenen unabhängigen Sicherheitsprotokolle verlassen, was es schwierig macht, das gleiche Sicherheitsniveau wie die Basisebene von Bitcoin zu erreichen.

Erhöhte Zentralisierungsrisiken: Einige L2-Lösungen erfordern die Einrichtung von Zahlungskanälen und Relay-Knoten oder den Betrieb ihres eigenen Konsensmechanismus. Dies könnte zur Konzentration der Kontrolle in den Händen weniger Einheiten führen, was die dezentralen Prinzipien von Bitcoin untergraben könnte.

Technische Komplexitäten und Integrationsherausforderungen: Die Integration von L2-Lösungen in die bestehende Infrastruktur von Bitcoin bringt erhebliche technische Komplexitäten mit sich, wie die Gewährleistung der Kompatibilität, die Einhaltung von Sicherheitsstandards und die Erzielung eines Konsenses innerhalb der Gemeinschaft über vorgeschlagene Updates.

Wichtige Bitcoin Layer-Two-Projekte

Während sich Bitcoin weiterentwickelt, sind mehrere Layer-2-Projekte entstanden, um seine Skalierbarkeits-, Effizienz- und Funktionalitätsprobleme anzugehen. Hier sind einige der prominentesten Bitcoin L2-Projekte, die derzeit die Landschaft prägen:

1. Lightning Network Das Lightning Network ist wohl die bekannteste Bitcoin Layer-2-Lösung. Es nutzt State Channels, um Off-Chain-Transaktionen zwischen zwei Parteien zu erleichtern. Dies ermöglicht nahezu sofortige und kostengünstige Transaktionen und verbessert die Benutzerfreundlichkeit von Bitcoin für alltägliche Zahlungen erheblich.

Hauptmerkmale:

• Off-Chain-Transaktionen
• Niedrige Gebühren
• Sofortige Zahlungsabwicklung
• Verbesserte Privatsphäre durch Onion-Routing

Lesen Sie "Was ist Lightning Network?" in unserem Learning Center für einen tieferen Einblick in das Bitcoin Lightning Network.

2. Liquid Network Das Liquid Network, entwickelt von Blockstream, ist eine Bitcoin-Sidechain, die für schnelle und vertrauliche Transaktionen entwickelt wurde. Es ermöglicht die Ausgabe und den Transfer von Vermögenswerten, einschließlich Bitcoin und Stablecoins, mit niedrigeren Gebühren und schnelleren Abwicklungszeiten im Vergleich zur Haupt-Bitcoin-Blockchain.

Hauptmerkmale:

• Zwei-Wege-Peg zum Transferieren von Bitcoin
• Vertrauliche Transaktionen
• Ausgabe und Verwaltung von Vermögenswerten
• Schnelle Abwicklungszeiten

3. Rootstock Rootstock ist eine Ethereum Virtual Machine (EVM)-kompatible Bitcoin-Sidechain, die Proof-of-Work-Konsens und Merged Mining verwendet. Sie ermöglicht es Bitcoin-Nutzern, BTC zu sperren und RBTC zu prägen, um Bitcoins Funktionalität mit erweiterten Smart-Contract-Fähigkeiten zu verbessern.

Hauptmerkmale:

• Smart-Contract-Funktionalität
• Zwei-Wege-Peg mit Bitcoin
• Kompatibel mit Ethereums Solidity-Sprache
• Erhöhte Sicherheit durch Bitcoins Hash-Rate

4. Stacks Stacks ist eine einzigartige Layer-2-Lösung, die sich mit der Bitcoin-Blockchain integriert, um Smart Contracts, dezentrale Anwendungen und digitale Vermögenswerte zu ermöglichen. Sie verwendet einen neuartigen Konsensmechanismus namens Proof of Transfer (PoX), der zur Sicherheit an Bitcoin anbindet. Das Stacks Network integriert auch einen nativen Token, Stacks (STX).

Hauptmerkmale:

• Smart Contracts
• Proof of Transfer (PoX) Konsens
• Dezentrale Anwendungen
• Integration mit Bitcoins Sicherheitsmodell

5. Wrapped Bitcoin (WBTC) auf Ethereum Wrapped Bitcoin (WBTC) ist eine Layer-2-Lösung, die Bitcoin mit Ethereum verbindet. Es ermöglicht Benutzern, ihre BTC in ein ERC-20-Token zu wickeln, wodurch Bitcoin im DeFi-Ökosystem von Ethereum verwendet werden kann.

Hauptmerkmale:

• Verbindet Bitcoin mit Ethereum
• Ermöglicht Bitcoin in DeFi-Anwendungen
• ERC-20-Token-Kompatibilität

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