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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 ist es, Skalierbarkeitsprobleme zu lösen, Transaktionsgeschwindigkeiten zu verbessern und Gebühren zu reduzieren. Einige L2s führen auch Smart-Contract-Fähigkeiten ein, um die potenziellen Anwendungsfälle von Bitcoin zu erweitern. Durch die Schaffung einer separaten Ausführungsebene bearbeiten diese Lösungen Transaktionen off-chain 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: Ethereums L2-Lösungen erben Sicherheit direkt vom Ethereum-Mainnet durch aktive Validatoren. Im Gegensatz dazu verlassen sich Bitcoins L2s auf ihre eigenen Sicherheitsprotokolle, da sie nicht direkt von den Validatoren des Bitcoin-Hauptnetzwerks beteiligt sind.

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

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

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

Warum sind Bitcoin Layer-Two-Lösungen nötig?

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 abwickeln, was während Spitzenzeiten zu Überlastung und hohen Gebühren führt. L2-Lösungen bieten eine Möglichkeit, zu skalieren, ohne die Sicherheit von Bitcoin zu beeinträchtigen.

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

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

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

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 off-chain 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, erlauben State Channels zwei Parteien, zahlreiche Transaktionen off-chain durchzuführen. Nur der Endzustand wird auf der Blockchain verzeichnet, was die Geschwindigkeit erhöht und die Kosten reduziert.

Sidechains: Als separate Blockchains arbeiten, die an Bitcoin gebunden sind, ermöglichen Sidechains wie das Liquid Network schnellere Transaktionen und zusätzliche Funktionen, indem sie periodisch auf der Bitcoin-Hauptkette abgewickelt werden.

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 off-chain durchzuführen, ohne jede Transaktion auf der Haupt-Bitcoin-Blockchain zu verzeichnen. Dieser Ansatz verbessert die Transaktionsgeschwindigkeit erheblich und reduziert die Kosten.

Um einen Kanal zu öffnen, sperren die beiden Parteien einen bestimmten Betrag an Bitcoin in einer Multi-Signature (multisig)-Adresse auf der Bitcoin-Blockchain. Eine Multisig-Adresse auf Bitcoin ist eine Art Adresse, die mehrere Personen benötigt, um eine Transaktion zu autorisieren und zu signieren, anstatt nur eine. Sie einigen sich auf 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 übertragen.

Wenn sie mit dem Transaktionsprozess fertig sind, signieren und übertragen die beiden Parteien den Endzustand des Kanals an die Bitcoin-Blockchain. Dieser Endzustand spiegelt die neueste vereinbarte Verteilung von Bitcoin zwischen den beiden Parteien wider. Die Multi-Signature-Bedingungen werden erfüllt, sodass die Mittel entsprechend der Endsalden neu verteilt werden können.

Sidechains

Bitcoin Sidechains, wie das Liquid Network, arbeiten auf separaten Blockchains, die an Bitcoin gebunden 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 zunächst seine Bitcoins in einer speziellen Output-Adresse 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 äquivalente Menge an Tokens auf der Sidechain prägt und freigibt, oft als sBTC (Sidechain BTC) bezeichnet, die die gesperrten Bitcoins von der Hauptkette repräsentieren. Sobald sie auf der Sidechain sind, können Benutzer diese Tokens frei transferieren und für verschiedene Zwecke verwenden, wie Transaktionen und Smart-Contracts, die von dem schnelleren und effizienteren Konsensmechanismus der Sidechain profitieren. Um Vermögenswerte zur Bitcoin-Hauptkette zurückzuführen, verbrennt oder zerstört der Benutzer die Sidechain-Tokens. Dieses Verbrennungsereignis wird von der Hauptkette erkannt, die dann die ursprünglich gesperrten Bitcoins an die Addresse des Benutzers auf der Hauptkette freigibt.

Federation/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 Vermögensübertragungsprozesses zu erhalten.

Unabhängiger Konsens: Ein entscheidendes Merkmal von Sidechains ist ihr unabhängiger Konsensmechanismus, der separat von der Bitcoin-Hauptkette operiert. 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 fortschrittliche Funktionen wie Smart-Contracts, Datenschutzverbesserungen und andere Skalierungslösungen ein, die auf der Bitcoin-Hauptkette nicht nativ verfügbar sind.

Rollups

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

Die Schlüsselfunktionen der Rollup-Technologie umfassen die Transaktionsausführung auf der Rollup-Kette, die Datenkompression und das Ankern an Bitcoin Layer One. 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 Kontosalden entsprechend. Nach der Verarbeitung vieler Off-Chain-Transaktionen komprimiert das Rollup die Transaktionsdaten in einen kompakten kryptografischen Nachweis oder eine Verpflichtung, die die Nettoauswirkung all dieser Transaktionen auf den Zustand darstellt. Dieser komprimierte Nachweis wird dann periodisch als eine einzige Transaktion an die Bitcoin-Blockchain übermittelt. Ein Smart-Contract oder ein Verifizierungsmechanismus auf Bitcoin Layer One kann effizient den durch den Rollup-Nachweis dargestellten Zustandstransition validieren und anwenden.

Rollups auf Bitcoin stehen jedoch vor einer wesentlichen Herausforderung, da die Basis-Bitcoin-Schicht nicht in der Lage ist, die von Rollup-Systemen erzeugten kryptografischen Nachweise oder Verpflichtungen nativ zu überprüfen. Es werden einige Ansätze erforscht, um Rollups auf Bitcoin zu ermöglichen, einschließlich souveräner Rollups und der Erweiterung von Bitcoin-Skripten.

Souveräne Rollups verwenden Bitcoin als Datenschicht, ohne auf es für Gültigkeitsnachweise zu vertrauen. Diese Rollups operieren unabhängig, verarbeiten Transaktionen off-chain und veröffentlichen nur komprimierte Transaktionsdaten auf Bitcoin. Sie verwalten ihre eigenen Konsensmechanismen und Transaktionsausführungsumgebungen off-chain 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 anstelle von Bitcoins Basisschicht stützt.

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

Vorteile von Bitcoin Layer-Two-Lösungen

Bitcoins Layer One, 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 aufgrund von Netzwerküberlastung fallen oft hohe Transaktionsgebühren an. Um diese Herausforderungen zu meistern, 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 größten Vorteile von Bitcoin Layer-Two-Lösungen ist ihre Fähigkeit, die Transaktionskapazität des Netzwerks erheblich zu erhöhen. Durch die Verarbeitung von Transaktionen außerhalb der Haupt-Blockchain können Layer-Two-Projekte ein viel höheres Transaktionsvolumen pro Sekunde bewältigen als die Basisebene von Bitcoin. Diese Entlastung reduziert die Überlastung auf der Hauptkette, was zu einem reibungsloseren und effizienteren Netzwerkbetrieb führt. Die erhöhte Skalierbarkeit ist entscheidend für die weit verbreitete Akzeptanz von Bitcoin für alltägliche Transaktionen und Hochfrequenzhandel.

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

Schnellere Bestätigungen: Layer-Two-Lösungen bieten nahezu sofortige Transaktionsbestätigungen, was einen starken Kontrast zur durchschnittlichen Blockzeit von 10 Minuten auf der Bitcoin-Hauptkette bildet. Diese schnelle Bestätigungszeit ist entscheidend für Anwendungsfälle, 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.

Erweiterte Privatsphäre: Einige Layer-Two-Implementierungen bieten erweiterte Datenschutzfunktionen. Techniken wie Onion Routing und die Anonymität von Zahlungskanälen machen es schwieriger, 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 erschließt neue Anwendungsfälle, einschließlich dApps und DeFi-Protokolle.

Vererbte Sicherheit: Layer-Two-Lösungen leiten einen Teil ihrer Sicherheit von der zugrunde liegenden Bitcoin-Blockchain ab. Durch das Verankern von Transaktionen an Bitcoins robuste und dezentrale Proof-of-Work-Konsensmechanismen können Layer-Two-Netzwerke von der enormen Rechenleistung profitieren, die das Bitcoin-Netzwerk sichert.

Herausforderungen von Bitcoin Layer-Two-Lösungen

Trotz ihrer Vorteile stehen Bitcoin L2-Netzwerke vor Herausforderungen, insbesondere bei der sicheren Überbrückung zwischen Bitcoin und L2-Netzwerken sowie der Geschwindigkeit und der Fähigkeit, Nachweise auf dem Bitcoin-Netzwerk zu klären. Brücken können anfällig für Sicherheitsrisiken sein, und Verbesserungen bei der Abwicklungsgeschwindigkeit und -kosten sind für zukünftige Skalierbarkeit erforderlich.

Einige der größten Herausforderungen für Bitcoin L2-Lösungen umfassen:

Sichere Überbrückung 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 Tokens auf der L2-Kette prägen. Dieses Brückendesign birgt jedoch Sicherheitsrisiken und Probleme mit dem Benutzererlebnis. Viele Kryptowährungshacks und Verluste sind aufgrund von Schwachstellen in Cross-Chain-Brücken aufgetreten.

Geschwindigkeit und Kosten der Abwicklung auf dem Bitcoin-Netzwerk: Während L2-Lösungen Transaktionen off-chain verarbeiten, müssen sie letztendlich den Endzustand auf der Bitcoin-Hauptkette abwickeln. Die Geschwindigkeit und die Kosten dieses Abwicklungsprozesses auf der Bitcoin-Basisebene sind wesentliche Faktoren, die die Effizienz von L2-Netzwerken beeinflussen.

Sicherheit ohne direkte Bitcoin-Validierung aufrechterhalten: Im Gegensatz zu Ethereum L2s, bei denen Validatoren L2-Transaktionen verifizieren, 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 herausfordernd macht, das gleiche Sicherheitsniveau wie die Bitcoin-Basisebene zu erreichen.

Erhöhte Zentralisierungsrisiken: Einige L2-Lösungen erfordern die Einrichtung von Zahlungskanälen und Relaisknoten oder den Betrieb ihres eigenen Konsensmechanismus. Dies könnte zu einer Konzentration der Kontrolle in den Händen weniger Entitäten führen, was die dezentralen Prinzipien von Bitcoin potenziell untergräbt.

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

Wichtige Bitcoin Layer-Two-Projekte

Da 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.

Wichtige Merkmale:

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

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

2. Liquid Network Das