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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Inhaltsverzeichnis

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 senken. 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 außerhalb der Blockchain und nutzen die Haupt-Blockchain nur für die endgültige Abwicklung.

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

Bitcoin und Ethereum, obwohl beide Layer-Two-Lösungen verwenden, unterscheiden sich grundlegend aufgrund ihrer zugrunde liegenden Architekturen:

Sicherheitsvererbung: Ethereums L2-Lösungen erben die Sicherheit direkt vom Ethereum-Mainnet durch aktive Validatoren. Im Gegensatz dazu verlassen sich Bitcoins L2s auf ihre eigenen Sicherheitsprotokolle, da sie keine direkte Einbindung von Bitcoins Hauptnetzwerk-Validatoren haben.

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

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 werden Bitcoin Layer-Two-Lösungen benötigt?

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

Skalierbarkeit und Durchsatz: Die Bitcoin-Basisschicht kann nur etwa sieben Transaktionen pro Sekunde verarbeiten, was zu Staus und hohen Gebühren während der Stoßzeiten führt. L2-Lösungen bieten einen Weg zur Skalierung, ohne die Sicherheit von Bitcoin zu beeinträchtigen.

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

Smart-Contract-Fähigkeiten: Die Bitcoin-Basisschicht fehlt es an fortgeschrittener Smart-Contract-Funktionalität, die für dezentrale Anwendungen (dApps) und dezentrale Finanzen (DeFi) Plattformen unerlässlich ist.

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

Wie Bitcoin Layer-Two-Lösungen funktionieren

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

Häufige 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 auf der Blockchain aufgezeichnet, was die Geschwindigkeit erhöht und die Kosten senkt.

Sidechains: Als separate Blockchains arbeiten, die an Bitcoin gekoppelt sind, ermöglichen Sidechains wie das Liquid Network schnellere Transaktionen und zusätzliche Funktionen, die 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 außerhalb der Blockchain durchzuführen, ohne jede Transaktion auf der Haupt-Bitcoin-Blockchain zu erfassen. Dieser Ansatz verbessert die Transaktionsgeschwindigkeit erheblich und senkt 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 von Adresse, die mehrere Personen benötigt, um eine Transaktion zu autorisieren und zu unterschreiben, 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 und signierte Transaktionsdaten austauschen, um ihre jeweiligen Bitcoin-Bilanzen im aktuellen Zustand des Kanals zu aktualisieren. Diese Transaktionen werden während dieses Prozesses nicht an das Bitcoin-Netzwerk gesendet.

Wenn sie mit dem Transaktionsprozess fertig sind, unterzeichnen und senden die beiden Parteien den Endzustand des Kanals an die Bitcoin-Blockchain. Dieser Endzustand spiegelt die zuletzt vereinbarte Bitcoin-Verteilung zwischen den beiden Parteien wider. Die Multi-Signature-Bedingungen sind erfüllt, sodass die Gelder gemäß den endgültigen Bilanzen neu verteilt 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 Transaktionen periodisch auf der Bitcoin-Hauptkette weitergeleitet und abgeschlossen werden. 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 Ausgabeadresse auf der Bitcoin-Blockchain, indem er eine Transaktion sendet. Diese Aktion immobilisiert die Bitcoins effektiv auf der Hauptkette. Die Sidechain erkennt dieses Sperrereignis und reagiert, indem sie eine äquivalente Menge an Token auf der Sidechain prägt und freigibt, oft als sBTC (Sidechain BTC) bezeichnet, die die gesperrten Bitcoins von der Hauptkette repräsentieren. Einmal auf der Sidechain, können Benutzer diese Token frei übertragen und nutzen, z.B. für 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, setzen Sidechains eine Föderation oder eine Gruppe von Validatoren ein. Diese Föderation übernimmt 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 verschobenen 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 Vermögenstransferprozesses aufrechtzuerhalten.

Unabhängiger Konsens: Ein bestimmendes 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 nutzen einzigartige Konsensalgorithmen wie Proof-of-Authority (PoA) oder Delegated Proof-of-Stake (DpoS), die effizienter oder besser geeignet für die Zwecke der Sidechain sein können. Darüber hinaus führen Sidechains erweiterte 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 verschieben, während sie sich weiterhin auf Bitcoin für Datenverfügbarkeit und Konsens stützen.

Die wichtigsten Mechanismen der Rollup-Technologie umfassen die Transaktionsausführung auf der Rollup-Kette, Datenkomprimierung und Verankerung auf Bitcoin Layer One. Benutzer übermitteln Transaktionen zur Ausführung auf der Rollup-Kette, 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 das Rollup die Transaktionsdaten in einen kompakten kryptografischen Beweis oder eine Verpflichtung, die den Nettoeffekt all dieser Transaktionen auf den Zustand darstellt. Dieser komprimierte Beweis wird dann regelmäßig als einzige Transaktion an die Bitcoin-Blockchain gesendet. Ein Smart Contract oder Verifizierungsmechanismus auf Bitcoins Layer One kann effizient die durch den Rollup-Beweis dargestellte Zustandstransition validieren und anwenden.

Jedoch stehen Rollups auf Bitcoin vor einer entscheidenden Herausforderung, da die Basis-Bitcoin-Schicht nicht in der Lage ist, die von Rollup-Systemen erzeugten kryptografischen Beweise oder Verpflichtungen nativ zu verifizieren. Es gibt einige Ansätze, um Rollups auf Bitcoin zu ermöglichen, darunter souveräne Rollups und die Erweiterung des Bitcoin-Skripts.

Souveräne Rollups verwenden Bitcoin als Datenverfügbarkeitsschicht, 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 das Rollup zu bewegen und herauszubewegen, wird ein dezentrales Peg-System, wie sBTC, verwendet, das sich auf eine dezentrale Gruppe von Signierern anstelle der Bitcoin-Basisschicht verlässt.

Die Erweiterung der Bitcoin-Skriptsprache und der Opcodes, um Gültigkeitsrollups zu ermöglichen, würde es der Bitcoin-Basisschicht erlauben, die Zustandstransitionen 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 bessere Programmierbarkeit hinzuzufügen.

Vorteile von Bitcoin Layer-Two-Lösungen

Bitcoins Layer One, obwohl bekannt für seine Sicherheit und Dezentralisierung, leidet unter mehreren Leistungsbeschränkungen. Transaktionen auf der Bitcoin-Hauptkette benötigen etwa 10 Minuten zur Bestätigung, fehlen Smart-Contract-Funktionalität und verursachen oft hohe Transaktionsgebühren aufgrund von Netzwerkstaus. 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 Bitcoin-Basisschicht. Diese Entlastung reduziert den Stau auf der Hauptkette und führt zu einem reibungsloseren und effizienteren Netzwerkbetrieb. Die erhöhte Skalierbarkeit ist entscheidend für die weitverbreitete Akzeptanz von Bitcoin für alltägliche Transaktionen und Hochfrequenzhandel.

Niedrigere Transaktionsgebühren: Da Layer-Two-Transaktionen nicht alle Transaktionsdaten auf der Bitcoin-Blockchain aufzeichnen müssen, reduzieren sie erheblich die Menge an Daten, die gespeichert werden müssen. 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 abschreckend wirken können.

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

Erhöhte Privatsphäre: Einige Layer-Two-Implementierungen bieten erweiterte Datenschutzfunktionen. Techniken wie Onion-Routing und Anonymität von Zahlungskanälen erschweren die Rückverfolgung von Transaktionen und bieten den Benutzern ein höheres Maß an Privatsphäre.

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

Geerbte Sicherheit: Layer-Two-Lösungen leiten einen Teil ihrer Sicherheit von der zugrunde liegenden Bitcoin-Blockchain ab. Durch das Verankern von Transaktionen an Bitcoins robusten und dezentralisierten Proof-of-Work-Konsens 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 Fähigkeit, Nachweise im Bitcoin-Netzwerk abzuwickeln. Brücken können anfällig für Sicherheitsrisiken sein, und Verbesserungen in der Abwicklungsgeschwindigkeit und -kosten sind für die zukünftige Skalierbarkeit erforderlich.

Einige der größten Herausforderungen, denen sich Bitcoin L2-Lösungen gegenübersehen, 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 Token auf der L2-Kette prägen. Jedoch hat dieses Brückendesign Sicherheitsrisiken und Probleme im Benutzererlebnis. Viele Kryptowährungshacks und -verluste sind aufgrund von Schwachstellen in Kettenüberbrückungsbrücken aufgetreten.

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

Sicherheit ohne direkte Bitcoin-Validierung aufrechterhalten: 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, dasselbe Sicherheitsniveau wie die Bitcoin-Basisschicht zu erreichen.

Erhöhte Zentralisierungsrisiken: Einige L2-Lösungen erfordern die Einrichtung von Zahlungskanälen und Relaisknoten oder betreiben ihren eigenen Konsensmechanismus. Dies könnte zur Konzentration der Kontrolle in den Händen weniger Einheiten führen, was möglicherweise die dezentralen Prinzipien von Bitcoin untergräbt.

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

Wichtige Bitcoin Layer-Two-Projekte

Mit der Weiterentwicklung von Bitcoin sind mehrere Layer-2-Projekte entstanden, um seine Skalierbarkeits-, Effizienz- und Funktionsprobleme zu lösen. Hier sind einige der bekanntesten Bitcoin L2-Projekte, die derzeit die Landschaft prägen:

1. Lightning Network Das Lightning Network ist zweifellos 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, was die Benutzerfreundlichkeit von Bitcoin für alltägliche Zahlungen erheblich verbessert.

Hauptmerkmale:

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

Lesen Sie "Was ist Lightning Network?" in unserem Learning Center

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