Naarmate Bitcoin steeds populairder wordt, stuit het oorspronkelijke ontwerp – dat slechts zeven transacties per seconde ondersteunt – vaak op schaalbaarheidsproblemen. Dit leidt tot hogere kosten en langere transactietijden. Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, zijn er Bitcoin Layer Two (L2)-oplossingen ontwikkeld. Deze oplossingen verbeteren het Bitcoin-netwerk door transacties buiten de hoofdblockchain te verwerken, waardoor de transactiedoorvoer toeneemt terwijl de veiligheid gewaarborgd blijft en nieuwe functies zoals slimme contracten mogelijk worden.
Gebruik de multichain Bitcoin.com Wallet-app, waar miljoenen mensen op vertrouwen om veilig en eenvoudig Bitcoin (BTC), Bitcoin Cash (BCH), Ether (ETH) en de populairste cryptovaluta’s – waaronder ERC-20-tokens op Ethereum, Polygon, Avalanche en BNB Smart Chain – te verzenden, ontvangen, kopen, verkopen, verhandelen, gebruiken en beheren.
Wat zijn Bitcoin Layer-2-oplossingen?
Bitcoin Layer-2-oplossingen (Bitcoin L2’s) zijn secundaire protocollen die bovenop de hoofdblockchain van Bitcoin zijn gebouwd. Ze zijn bedoeld om schaalbaarheidsproblemen aan te pakken, transactiesnelheden te verbeteren en kosten te verlagen. Sommige L2’s introduceren ook slim contract mogelijkheden, waardoor het potentieel van Bitcoin wordt uitgebreid. Door een aparte uitvoeringslaag te creëren, verwerken deze oplossingen transacties buiten de blockchain om en gebruiken ze de hoofdblockchain alleen voor de definitieve afwikkeling.
Belangrijkste verschillen tussen Layer-2-oplossingen voor Bitcoin en Ethereum
Hoewel zowel Bitcoin als Ethereum gebruikmaken van layer-2-oplossingen, verschillen ze fundamenteel van elkaar vanwege hun onderliggende architecturen:
Overerving van beveiligingsinstellingen: De L2-oplossingen van Ethereum ontlenen hun beveiliging rechtstreeks aan het Ethereum-mainnet via actieve validators. De L2’s van Bitcoin daarentegen zijn afhankelijk van hun eigen beveiligingsprotocollen, aangezien er geen directe betrokkenheid is van de validators van het Bitcoin-mainnet.
Transactiecontrole: Ethereum L2’s maken gebruik van geavanceerde verificatiemethoden zoals fraudeproeven en zero-knowledge-bewijzen, waarover Bitcoin momenteel niet beschikt. Dit beperkt de complexiteit van L2-oplossingen die op Bitcoin kunnen worden gebouwd in vergelijking met Ethereum.
Functionaliteit van slimme contracten: Ethereum is ontworpen om smart contracts standaard te ondersteunen, terwijl dat bij Bitcoin niet het geval is. Daarom zijn Bitcoin L2-oplossingen er vaak op gericht deze mogelijkheid toe te voegen, waardoor de functionaliteit verder reikt dan louter het overmaken van waarde.
Afrekeningslagen: Bitcoin L2’s verwerken transacties op de Bitcoin-blockchain en maken daarbij gebruik van het proof-of-work-consensusmodel voor de beveiliging. Ethereum L2’s daarentegen verwerken transacties op het Ethereum-mainnet, dat gebruikmaakt van een proof-of-stake-consensusmodel.
Waarom zijn Layer-2-oplossingen voor Bitcoin nodig?
De behoefte aan layer-2-oplossingen voor Bitcoin vloeit voort uit de beperkingen van de basislaag van Bitcoin:
Schaalbaarheid en doorvoercapaciteit: De basislaag van Bitcoin kan slechts ongeveer zeven transacties per seconde verwerken, wat tijdens piekuren leidt tot overbelasting en hoge kosten. L2-oplossingen bieden een manier om op te schalen zonder afbreuk te doen aan de veiligheid van Bitcoin.
Hoge kosten: Hoge transactiekosten, die tijdens enkele periodes van piekbelasting meer dan 120 dollar hebben bedragen, maken kleine transacties onpraktisch. L2-oplossingen helpen deze kosten te verlagen.
Mogelijkheden op het gebied van smart contracts: De basislaag van Bitcoin beschikt niet over geavanceerde smart contract-functionaliteit, wat essentieel is voor gedecentraliseerde applicaties (dApps) en gedecentraliseerde financiering (DeFi) platforms.
Kapitaal vrijmaken: Een aanzienlijk deel van het Bitcoin-kapitaal blijft onderbenut, aangezien Bitcoin in de eerste plaats als waardeopslag fungeert. L2-oplossingen zijn erop gericht dit kapitaal te ontsluiten door snellere transacties en innovatieve toepassingen mogelijk te maken.
Hoe Layer-2-oplossingen voor Bitcoin werken
Een blockchain-netwerk bestaat uit twee lagen: de uitvoeringslaag, die transacties verwerkt, en de consensuslaag, die deze transacties valideert en goedkeurt. Bitcoin L2’s ontwikkelen een afzonderlijke uitvoeringslaag om transacties off-chain af te handelen, die vervolgens worden doorgegeven aan de Bitcoin-consensuslaag voor definitieve afwikkeling.
Veelgebruikte benaderingen voor Bitcoin Layer 2-oplossingen zijn onder meer:
Staatszenders: Gebruikt door de Lightning Network, dankzij state channels kunnen twee partijen talrijke transacties buiten de blockchain om uitvoeren. Alleen de uiteindelijke status wordt op de blockchain vastgelegd, wat de snelheid verhoogt en de kosten verlaagt.
Sidechains: Sidechains zoals het Liquid Network functioneren als afzonderlijke blockchains die aan Bitcoin zijn gekoppeld en maken snellere transacties en extra functies mogelijk; de afwikkeling vindt periodiek plaats op de hoofdketen van Bitcoin.
Roll-ups: Deze bundelen meerdere off-chain-transacties tot één enkele transactie, waardoor een cryptografisch bewijs van geldigheid wordt gecreëerd dat ter afwikkeling aan de Bitcoin-blockchain wordt voorgelegd.
Staatszenders
Staatszenders, zoals die worden gebruikt in de Lightning Network, stellen twee partijen in staat om een onbeperkt aantal Bitcoin-transacties off-chain uit te voeren, zonder elke transactie op de hoofdblockchain van Bitcoin vast te leggen. Deze aanpak zorgt voor een aanzienlijke verbetering van de transactiesnelheid en een verlaging van de kosten.
Om een kanaal te openen, zetten de twee partijen een bepaalde hoeveelheid Bitcoin vast in een multi-signature (multisig) adres op de Bitcoin-blockchain. Een multisig-adres op Bitcoin is een type adres waarbij meerdere personen een transactie moeten goedkeuren en ondertekenen, in plaats van slechts één. Zij komen onderling de aanvankelijke verdeling van Bitcoin voor dit kanaal overeen. Zodra het kanaal is geopend, kunnen de partijen een onbeperkt aantal off-chain-transacties uitvoeren, waarbij ze ondertekende transactiegegevens uitwisselen om hun respectieve Bitcoin-saldi in de huidige status van het kanaal bij te werken. Deze transacties worden tijdens dit proces niet naar het Bitcoin-netwerk verzonden.
Zodra de transactie is afgerond, ondertekenen beide partijen de definitieve status van het kanaal en verzenden deze naar de Bitcoin-blockchain. Deze definitieve status geeft de meest recente, overeengekomen verdeling van Bitcoin tussen beide partijen weer. Aan de voorwaarden voor meervoudige ondertekening is voldaan, waardoor het geld kan worden herverdeeld op basis van de definitieve saldi.
Sidechains
Bitcoin-sidechains, zoals het Liquid Network, draaien op afzonderlijke blockchains die aan Bitcoin zijn gekoppeld. Deze sidechains maken gebruik van hun eigen consensusmechanismen, waardoor snellere transacties en extra functies mogelijk zijn, terwijl transacties periodiek worden doorgegeven aan en afgewikkeld op de Bitcoin-hoofdketen. Zo werken Bitcoin-sidechains:
Tweewegpen: De basistechnologie die de overdracht van activa tussen de Bitcoin-hoofdketen en een zijketen mogelijk maakt, wordt de „two-way peg“ genoemd. Om activa van de Bitcoin-hoofdketen naar een zijketen te verplaatsen, vergrendelt een gebruiker eerst zijn bitcoins in een speciaal outputadres op de Bitcoin-blockchain door een transactie te versturen. Door deze handeling worden de bitcoins op de hoofdketen in feite geblokkeerd. De zijketen detecteert vervolgens deze vergrendeling en reageert door een gelijkwaardig aantal tokens op de zijketen te slaan en vrij te geven, vaak aangeduid als sBTC (sidechain BTC), die de vergrendelde bitcoins uit de hoofdketen vertegenwoordigen. Eenmaal op de sidechain kunnen gebruikers deze tokens vrij overdragen en gebruiken voor diverse doeleinden, zoals transacties en slimme contracten, waarbij ze profiteren van het snellere en efficiëntere consensusmechanisme van de sidechain. Om activa terug te brengen naar de Bitcoin-hoofdketen, verbrandt of vernietigt de gebruiker de sidechain-tokens. Deze verbrandingsactie wordt gedetecteerd door de hoofdketen, die vervolgens de oorspronkelijk vergrendelde bitcoins weer vrijgeeft naar het adres van de gebruiker op de hoofdketen.
Federatie/Validators: Om het proces van de tweerichtingskoppeling veilig te beheren en te valideren, maken sidechains gebruik van een federatie of een groep validators. Deze federatie vervult verschillende cruciale functies. De federatie of groep van validators speelt een cruciale rol bij het beheer en de beveiliging van het tweerichtings-peg-proces tussen de hoofdketen en de sidechain. Zij houden toezicht op het vergrendelen en ontgrendelen van activa op beide ketens en zorgen ervoor dat transacties nauwkeurig worden geregistreerd. Ook valideren zij of de hoeveelheid verplaatste activa aan beide kanten overeenkomt, waardoor problemen zoals dubbele uitgaven worden voorkomen. Deze federatie kan worden beheerd door vertrouwde partijen, scripts met meerdere handtekeningen of slimme contracten, die allemaal bijdragen aan het handhaven van de integriteit en veiligheid van het proces voor de overdracht van activa.
Onafhankelijke consensus: Een kenmerkend aspect van sidechains is hun onafhankelijke consensusmechanisme, dat los van de Bitcoin-hoofdketen functioneert. Dankzij deze onafhankelijkheid kunnen sidechains aangepaste blokparameters implementeren, waaronder verschillende bloktijden, blokgroottes en transactiedoorvoer die zijn geoptimaliseerd voor hun specifieke toepassingen. Ze maken gebruik van unieke consensusalgoritmen zoals Proof-of-Authority (PoA) of Delegated Proof-of-Stake (DpoS), die efficiënter of geschikter kunnen zijn voor de doeleinden van de sidechain. Daarnaast introduceren sidechains geavanceerde functies zoals smart contracts, privacyverbeteringen en andere schaalbaarheidsoplossingen die niet standaard beschikbaar zijn op de Bitcoin-hoofdketen.
Roll-ups
Bitcoin-layer-2-rollups werken door de uitvoering van transacties en de bijbehorende gegevens van de hoofdblockchain van Bitcoin naar een afzonderlijke rollup-keten of -laag te verplaatsen, terwijl ze nog steeds aan Bitcoin gekoppeld blijven voor de beschikbaarheid van gegevens en consensus.
De belangrijkste mechanismen van de rollup-technologie zijn onder meer de uitvoering van transacties op de rollup-keten, gegevenscompressie en verankering aan Bitcoin-laag één. Gebruikers dienen transacties in die op de rollup-keten worden uitgevoerd in plaats van rechtstreeks op de Bitcoin-blockchain. De rollup-keten verwerkt deze transacties en werkt de rekeningsaldi dienovereenkomstig bij. Nadat veel transacties off-chain zijn verwerkt, comprimeert de rollup de transactiegegevens tot een compact cryptografisch bewijs of ‘commitment’, dat het netto-effect van al die transacties op de toestand weergeeft. Dit gecomprimeerde bewijs wordt vervolgens periodiek als één enkele transactie naar de Bitcoin-blockchain verzonden. Een smart contract of verificatiemechanisme op laag 1 van Bitcoin kan de door het rollup-bewijs weergegeven statusovergang efficiënt valideren en toepassen.
Rollups op Bitcoin staan echter voor een belangrijke uitdaging, aangezien de basislaag van Bitcoin niet in staat is om de cryptografische bewijzen of toezeggingen die door rollup-systemen worden gegenereerd, op eigen kracht te verifiëren. Er worden momenteel enkele benaderingen onderzocht om rollups op Bitcoin mogelijk te maken, waaronder ‘sovereign rollups’ en het uitbreiden van het Bitcoin-script.
Sovereign rollups gebruiken Bitcoin als een laag voor gegevensbeschikbaarheid, zonder erop te vertrouwen voor geldigheidsbewijzen. Deze rollups werken onafhankelijk: ze verwerken transacties off-chain en publiceren alleen gecomprimeerde transactiegegevens op Bitcoin. Ze beheren hun eigen consensusmechanismen en transactie-uitvoeringsomgevingen off-chain, waarbij ze Bitcoin gebruiken om de gecomprimeerde rollup-gegevens te verankeren en op te slaan. Om activa zoals BTC in en uit de rollup te verplaatsen, wordt een gedecentraliseerd koppelingssysteem, zoals sBTC, gebruikt, dat steunt op een gedecentraliseerde groep ondertekenaars in plaats van op de basislaag van Bitcoin.
Door de scripttaal en opcodes van Bitcoin uit te breiden om validiteitsrollups mogelijk te maken, kan de basislaag van Bitcoin de toestandsveranderingen van de rollup verifiëren en afdwingen. Hiervoor zou hoogstwaarschijnlijk een soft-fork-upgrade aan Bitcoin om nieuwe opcodes zoals OP_CAT of WTC toe te voegen voor betere programmeerbaarheid.
Voordelen van Layer-2-oplossingen voor Bitcoin
De layer-1 van Bitcoin staat weliswaar bekend om zijn veiligheid en decentralisatie, maar kampt met een aantal beperkingen op het gebied van prestaties. Transacties op de hoofdketen van Bitcoin hebben ongeveer 10 minuten nodig om te worden bevestigd, beschikken niet over smart contract-functionaliteit en brengen vaak hoge transactiekosten met zich mee als gevolg van netwerkcongestie. Om deze uitdagingen aan te pakken, zijn er Bitcoin-laag-twee-oplossingen ontwikkeld, die een reeks verbeteringen bieden die de bruikbaarheid en functionaliteit van het Bitcoin-netwerk aanzienlijk verbeteren.
Schaalbaarheid: Een van de belangrijkste voordelen van Bitcoin-layer-2-oplossingen is dat ze de transactiecapaciteit van het netwerk aanzienlijk kunnen vergroten. Door transacties buiten de hoofdblockchain te verwerken, kunnen layer-2-projecten een veel groter aantal transacties per seconde verwerken dan de basislaag van Bitcoin. Deze ontlasting vermindert de overbelasting van de hoofdketen, wat resulteert in een soepelere en efficiëntere werking van het netwerk. De toegenomen schaalbaarheid is cruciaal voor de brede acceptatie van Bitcoin voor dagelijkse transacties en hoogfrequente handel.
Lagere transactiekosten: Aangezien bij layer-2-transacties niet alle transactiegegevens op de Bitcoin-blockchain hoeven te worden vastgelegd, wordt de hoeveelheid op te slaan gegevens aanzienlijk verminderd. Dit leidt tot lagere transactiekosten, waardoor microtransacties en andere overboekingen van kleine bedragen economisch haalbaar worden. Gebruikers profiteren van de lagere kosten, wat met name belangrijk is voor toepassingen zoals geldovermakingen en microbetalingen, waarbij hoge kosten een belemmering kunnen vormen.
Snellere bevestigingen: Layer-2-oplossingen bieden vrijwel onmiddellijke transactiebevestigingen, wat in schril contrast staat met de gemiddelde bloktijd van 10 minuten op de Bitcoin-hoofdketen. Deze snelle bevestigingstijd is essentieel voor toepassingen die een snelle afwikkeling vereisen, zoals transacties bij verkooppunten en online handel. De mogelijkheid om snellere bevestigingen te realiseren, verbetert de gebruikerservaring en verbreedt het scala aan praktische toepassingen voor Bitcoin.
Verbeterde privacy: Sommige layer-2-implementaties bieden verbeterde privacyfuncties. Technieken zoals onion routing en anonimiteit via betalingskanalen maken het moeilijker om transacties te traceren, waardoor gebruikers een hogere mate van privacy genieten.
Mogelijkheden op het gebied van smart contracts: Bepaalde Bitcoin-layer-2-projecten maken smart contract-functionaliteit mogelijk bovenop Bitcoin. Deze toevoeging opent de deur naar nieuwe toepassingen, waaronder dApps en DeFi-protocollen.
Overgeërfde beveiliging: Layer-2-oplossingen ontlenen een deel van hun veiligheid aan de onderliggende Bitcoin-blockchain. Door transacties te koppelen aan de robuuste en gedecentraliseerde proof-of-work-consensus van Bitcoin, kunnen Layer-2-netwerken profiteren van de enorme rekenkracht die het Bitcoin-netwerk beveiligt.
Uitdagingen van Bitcoin Layer 2-oplossingen
Ondanks hun voordelen kampen Bitcoin L2-netwerken met uitdagingen, met name wat betreft veilige koppelingen tussen Bitcoin en L2-netwerken en de snelheid en het vermogen om bewijzen op het Bitcoin-netwerk af te wikkelen. Koppelingen kunnen kwetsbaar zijn voor beveiligingsrisico’s, en voor toekomstige schaalbaarheid zijn verbeteringen nodig op het gebied van afwikkelingssnelheid en -kosten.
Enkele van de grootste uitdagingen voor Bitcoin L2-oplossingen zijn onder meer:
Veilige koppeling tussen Bitcoin en L2-netwerken: Bitcoin L2-netwerken, zoals sidechains, maken gebruik van bruggen om verbinding te maken met de Bitcoin-hoofdketen. Deze bruggen werken door activa op Bitcoin te vergrendelen en gelijkwaardige tokens op de L2-keten te slaan. Dit ontwerp van de bruggen brengt echter veiligheidsrisico’s en problemen met de gebruikerservaring met zich mee. Er hebben zich veel hacks en verliezen van cryptovaluta voorgedaan als gevolg van kwetsbaarheden in cross-chain-bruggen.
Snelheid en kosten van transactieafwikkeling op het Bitcoin-netwerk: Hoewel L2-oplossingen transacties buiten de blockchain verwerken, moet de definitieve status uiteindelijk op de hoofdketen van Bitcoin worden afgewikkeld. De snelheid en de kosten van dit afwikkelingsproces op de basislaag van Bitcoin zijn belangrijke factoren die van invloed zijn op de efficiëntie van L2-netwerken.
Beveiliging handhaven zonder directe Bitcoin-validatie: In tegenstelling tot Ethereum L2’s, waar validators L2-transacties verifiëren, nemen Bitcoin L2’s de beveiliging niet volledig over van de Bitcoin-knooppunten, die transacties valideren. Bitcoin L2’s moeten vertrouwen op hun eigen, onafhankelijke beveiligingsprotocollen, waardoor het een uitdaging is om hetzelfde beveiligingsniveau te bereiken als de basislaag van Bitcoin.
Risico’s van toenemende centralisatie: Bij sommige L2-oplossingen is het nodig om betalingskanalen en relaisknooppunten op te zetten, of een eigen consensusmechanisme te gebruiken. Dit zou kunnen leiden tot een concentratie van de zeggenschap bij een klein aantal entiteiten, wat de gedecentraliseerde principes van Bitcoin mogelijk zou ondermijnen.
Technische complexiteiten en integratieproblemen: De integratie van L2-oplossingen in de bestaande infrastructuur van Bitcoin brengt aanzienlijke technische uitdagingen met zich mee, zoals het waarborgen van compatibiliteit, het handhaven van beveiligingsnormen en het bereiken van consensus binnen de gemeenschap over voorgestelde updates.
Belangrijke Layer-2-projecten voor Bitcoin
Naarmate Bitcoin zich verder ontwikkelt, zijn er verschillende Layer-2-projecten ontstaan om de problemen op het gebied van schaalbaarheid, efficiëntie en functionaliteit aan te pakken. Hieronder volgen enkele van de meest prominente Bitcoin L2-projecten die momenteel het landschap bepalen:
1. Lightning NetworkHet Lightning Network is misschien wel de bekendste Layer-2-oplossing voor Bitcoin. Het maakt gebruik van state channels om off-chain transacties tussen twee partijen mogelijk te maken. Dit zorgt voor vrijwel onmiddellijke en goedkope transacties, waardoor Bitcoin aanzienlijk gebruiksvriendelijker wordt voor dagelijkse betalingen.
Belangrijkste kenmerken:
- Off-chain-transacties
- Lage kosten
- Directe betalingsafwikkeling
- Verbeterde privacy dankzij onion routing
Lees "Wat is het Lightning Network?" in ons Leercentrum voor meer informatie over het Bitcoin Lightning Network.
2. Liquid NetworkHet Liquid Network, ontwikkeld door Blockstream, is een Bitcoin-sidechain die is ontworpen voor snelle en vertrouwelijke transacties. Het maakt de uitgifte en overdracht van activa, waaronder Bitcoin en stablecoins, mogelijk tegen lagere kosten en met snellere afwikkelingstijden in vergelijking met de hoofdblockchain van Bitcoin.
Belangrijkste kenmerken:
- Tweeweg-peg voor het overmaken van Bitcoin
- Vertrouwelijke transacties
- Uitgifte en beheer van activa
- Snelle afwikkelingstijden
3. OnderstamRootstock is een met de Ethereum Virtual Machine (EVM) compatibele Bitcoin-sidechain die gebruikmaakt van Proof-of-Work-consensus en merged mining. Hiermee kunnen Bitcoin-gebruikers BTC vastzetten en RBTC genereren, waardoor de functionaliteit van Bitcoin wordt uitgebreid met geavanceerde mogelijkheden voor slimme contracten.
Belangrijkste kenmerken:
- Functionaliteit van slimme contracten
- Tweezijdige koppeling met Bitcoin
- Compatibel met de programmeertaal Solidity van Ethereum
- Verbeterde beveiliging dankzij de hash-snelheid van Bitcoin
4. StapelsStacks is een unieke Layer-2-oplossing die is geïntegreerd met de Bitcoin-blockchain om slimme contracten, gedecentraliseerde applicaties en digitale activa mogelijk te maken. Het maakt gebruik van een vernieuwend consensusmechanisme, genaamd Proof of Transfer (PoX), dat voor de veiligheid is gekoppeld aan Bitcoin. Het Stacks-netwerk maakt ook gebruik van een eigen token, Stacks (STX).
Belangrijkste kenmerken:
- Slimme contracten
- Proof of Transfer (PoX)-consensus
- Gedecentraliseerde applicaties
- Integratie met het beveiligingsmodel van Bitcoin
5. Wrapped Bitcoin (WBTC) op EthereumWrapped Bitcoin (WBTC) is een Layer-2-oplossing die Bitcoin met Ethereum verbindt. Hiermee kunnen gebruikers hun BTC omzetten in een ERC-20-token, waardoor Bitcoin kan worden gebruikt in het DeFi-ecosysteem van Ethereum.
Belangrijkste kenmerken:
- Koppelt Bitcoin aan Ethereum
- Maakt het gebruik van Bitcoin in DeFi-toepassingen mogelijk
- Compatibiliteit met ERC-20-tokens
