Was sind Blockchain-Rollups?

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Wenn Sie sich mit Blockchain-Rollups nur schwer anfreunden können, hilft Ihnen dieser Artikel. Hier erklären wir Ihnen alles, was Sie über Blockchain-Rollups wissen müssen.

Ethereum hat ein exponentielles Wachstum in Bezug auf Nutzer, Wert und den Gesamtbetrag der vom Netzwerk verwalteten Daten erfahren. Die Einführung von Smart Contracts und der erhebliche Anstieg der Krypto-Nutzung im Jahr 2021 haben das Wachstum von Ethereum weiter vorangetrieben.

Laut State of the Dapps sind etwa 3.000 dezentralisierte Anwendungen auf Ethereum aufgebaut, von den etwa 4.000 Dapps, die heute existieren. Ethereum dominiert auch den DeFi-Markt mit 191 DeFi-Projekten powered by Ethereum von den insgesamt 216 DeFi-Projekten im Ökosystem. Die zweitgrößte Kryptowährung ist auch das meistgenutzte Netzwerk für NFT-Projekte und NFT-Transaktionen.

Die zunehmende Nutzung von Ethereum stößt jedoch an ihre Kapazitätsgrenzen und führt schließlich zu einer Überlastung des Netzwerks. Die Verzögerung bei der Verarbeitung von Transaktionen ist einer der Hauptgründe, warum Ethereum mehrere Konkurrenten entwickelt hat.

Um den Bedarf an Skalierbarkeit in Ethereum und anderen Blockchains zu befriedigen, haben sich Layer2-Skalierungslösungen entwickelt. Rollups sind eine der Skalierungslösungen, die dazu beitragen, die Verarbeitung von Transaktionen im Layer 1-Hauptnetz zu verbessern. In diesem Artikel wird erläutert, was Rollups sind und wie sie funktionieren.

Blockchain-Rollups

Die regulären Blöcke von Ethereum können nur einen begrenzten Betrag an Daten verstauen. Aufgrund der steigenden Anzahl von Nutzern und Anwendungen, die auf Ethereum aufbauen, steigt der Netzwerkverkehr.

Da der Platz in jedem Ethereum-Block begrenzt ist, benötigt das Netzwerk mehr Zeit, um Transaktionen zu verarbeiten. Während das Hauptnetz einigen wenigen ausgewählten Transaktionen mit den höchsten Geboten Vorrang einräumt, müssten alle anderen Transaktionen warten.

Im Ethereum-Hauptnetz können wir zwei Arten von Informationen veröffentlichen – Transaktionen und Daten. Die Speicherung von Transaktionsinformationen und die On-Chain-Verarbeitung können für das Hauptnetz sehr aufwändig sein. Andererseits sind die Daten, die aus einer Transaktion resultieren, weniger umfangreich und bleiben unabhängig von der Anzahl der Transaktionen gleich. Das ist so ähnlich wie bei einem Scheck, der unabhängig von seinem Betrag das gleiche Gewicht hat.

Anstatt also eine ganze Transaktion zu speichern und zu verarbeiten, können wir Daten speichern, die eine Reihe von Transaktionen enthalten. Die Verarbeitung von Transaktionen Off-Chain und die Übermittlung nur der daraus resultierenden Daten an das Hauptnetz kann dem Netzwerk helfen, mehr Transaktionen zu verarbeiten. Dies hat zwei Vorteile: Die Off-Chain-Verarbeitung entlastet das Hauptnetz, und eine einzige Datei kann mehrere Transaktionen enthalten.

Blockchain-Rollups „rollen“ oder kompilieren ein Bündel von Transaktionen und verwandeln sie in einen einzigen Datensatz und übermitteln ihn an das Ethereum Hauptnetz. Sie nehmen die Transaktionen aus dem Hauptnetz und verarbeiten sie off-chain, konvertieren sie in ein einziges Datenpaket und übermitteln sie zurück an das Ethereum-Hauptnetz. Aus diesem Grund werden Rollups auch als „off-chain skalierende Lösungen“ bezeichnet.

Durch die Verarbeitung und Übermittlung von mehr Transaktionen in einer einzigen Dateneinheit spielen Rollups eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Skalierbarkeit von Ethereum. Es gibt zwei Arten von Blockchain-Rollups mit unterschiedlichen Sicherheitsmodellen. Lassen Sie uns über jeden einzelnen sprechen.

ZK-Rollups

ZK oder Zero Knowledge Rollups helfen beim Skalieren des Ethereum-Hauptnetzes, indem sie Berechnungen und Speicherplatz off-chain verlagern. ​​ZK-Rollups-Chain ist ein Off-Chain-Protokoll, das auf der Ethereum-Blockchain aufbaut.

ZK-Rollups können Tausende von Transaktionen in einem einzigen Stapel bündeln und über das Layer-2-Protokoll ausführen. . Sie erstellen einen „Gültigkeitsnachweis“, um die Korrektheit der verarbeiteten Transaktionen zu bestätigen. Und schließlich übermitteln sie die minimalen zusammenfassenden Daten an das Hauptnetz. Lassen Sie uns die beiden Arten von ZK-Rollups besprechen.

ZK-SNARK

ZK-SNARK steht für Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge.

In ZK-SNARKS gehen Verifizierer und Prüfer alle Transaktionen in einem bestimmten Rollup durch und verifizieren die Transaktionen off-chain. Validatoren fordern die Prüfer wiederholt heraus, um die Gültigkeit von Transaktionen zu bestätigen. Wenn sie die Transaktionen für rechtmäßig halten, übermitteln sie den „Gültigkeitsnachweis“ für diese Transaktionen an Ethereum Layer 1.

Durch die Auslagerung eines Teils der Arbeit an den ZK-SNARK-Checker kann Ethereum mehr Transaktionen verarbeiten. ZK-SNARKs sind bekannt für ihren geringen Beweisumfang und die Verifikation in konstanter Zeit.

Lassen Sie uns die einzelnen Begriffe des Akronyms ZK-SNARKS erläutern.

ZK – Zero-knowledge. Dies bedeutet, dass außer der Gültigkeit der Transaktionen keine weiteren Informationen erforderlich sind.

S – Succinct, was kurz bedeutet. Das bedeutet, dass die Größe des Proofs gering ist, was zu einer schnellen und einfachen Verarbeitung der Transaktionen führt. Diese Funktion der ZK-SNARKS hilft Ethereum, mehr Transaktionen zu verarbeiten.

N – Non-interactive. Das bedeutet, dass keine Interaktion mit den Personen erforderlich ist, die die Arbeit oder Transaktionen verifizieren.

ARK – Argument of Knowledge. Dies bedeutet, dass der vom Prüfer erbrachte Gültigkeitsnachweis (dass diese Transaktionen rechtmäßig sind) zutrifft. Dieser Teil impliziert die Qualität der Berechnungsstärke der ZK-SNARKS.

Die ZK-SNARKs gewährleisten die Sicherheit und den Datenschutz der Transaktionen. Sie sind jedoch anfällig für bestimmte Arten von Hacks, die als Quantencomputer-Hacks bezeichnet werden.

ZK-STARK

ZK-STARK steht für Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge. Sie werden derzeit von StarkWare Industries entwickelt und sind hauptsächlich auf Skalierbarkeit ausgerichtet.

ZK-STARKs arbeiten ähnlich wie ZK-SNARKS. Sie bündeln ebenfalls Transaktionen, verifizieren die Transaktionen off-chain, erstellen Gültigkeitsnachweise und übermitteln sie an das Ethereum-Hauptnetz. Sie sind jedoch neuere und verbesserte Versionen von ZK-SNARKs, vor allem wegen ihrer besseren Skalierbarkeit und Transparenz.

Lassen Sie uns die einzelnen Begriffe des Akronyms ZK-STARK erläutern.

S – Scalable. Dabei wird deutlich, dass ZK-STARKS besser skalierbar sind als ZK-SNARKS. Sie nutzen eine fortschrittliche Technologie, die ihnen hilft, Beweise schneller als ZK-SNARKs zu erstellen. ZK-STARKS sind daher besser skalierbar.

T – Transparent. Hierin liegt der größte Unterschied zwischen ZK-SNARKS und ZK-STARKS. Diese Rollups sind nicht von vertrauenswürdigen Parteien abhängig, was sie transparenter macht als ZK-SNARKs.

ARK – Argument of Knowledge. Dies bedeutet dasselbe wie bei ZK-SNARKS, aber es wird ein anderer Berechnungsansatz verwendet und die Notwendigkeit vertrauenswürdiger Setups entfällt.

Obwohl ZK-STARKs aufgrund ihrer fortschrittlichen Technologie schneller Beweise erzeugen, erstellen sie größere Beweise, deren Verifizierung mehr Zeit in Anspruch nimmt als ZK-SNARKs. ZK-STARKS sind im Vergleich zu ZK-SNARKS skalierbarer, sicherer und transparenter.

Außerdem verbrauchen die ZK-SNARKs schätzungsweise nur 24 % der Gasgebühren. Auf diese Weise machen sie die Ausführung der Transaktion für den Endnutzer weniger kostspielig. Trotz des Einsatzes fortschrittlicher Technologien befinden sich die ZK-STARKs noch in der Anfangsphase, und es kann einige Zeit dauern, bis sie ihre Effizienz unter Beweis stellen.

Optimistic-Rollups

Optimistic-Rollups verarbeiten auch off-chain Transaktionen und übermitteln die Transaktionsdaten, die so genannten „Call Data“, an die Hauptblockchain. Optimistic-Rollups verwenden Komprimierungstechniken, um den Betrag der auf Ethereum geposteten Daten zu reduzieren. Auf diese Weise werden sie mehr Transaktionen verarbeiten, um die Skalierbarkeit zu verbessern.

Diese Layer-2-Skalierungslösungen werden optimistisch genannt, weil sie davon ausgehen, dass alle Transaktionen standardmäßig gültig sind. Und sie genehmigen alle Transaktionen im Ethereum-Hauptnetz. Dies spart viel Zeit und Mühe, die für die Ausführung von Transaktionen und die Übermittlung von Daten an die Haupt-Blockchain erforderlich gewesen wäre.

Nachdem ein optimistischer Rollup-Batch an Ethereum übermittelt wurde, kann jeder diese Transaktionen innerhalb eines bestimmten Zeitfensters, der so genannten „Challenge-Periode“, anfechten.

Während bei ZK-Rollups Gültigkeitsnachweise verwendet werden, kommen bei Optimistic-Rollups Betrugsnachweise zum Einsatz. Sie verwenden einen Mechanismus zum Nachweis von Betrug, um unrechtmäßige Transaktionen zu erkennen.

Wenn eine Transaktion ungültig erscheint und sich als unrechtmäßig erweist, führt das Rollup-Protokoll die Transaktionen erneut aus und aktualisiert den Rollup. Bei ungültigen Transaktionen wird der Validator des Blocks mit einer Strafe belegt.

Smart Contracts auf Ethereum steuern den Betrieb von Optimistic-Rollups. Sie sind also auf das Ethereum-Hauptnetz angewiesen, was die Sicherheit angeht. Dennoch besteht ein erhöhtes Risiko für Betrug, wenn es an ehrlichen Validatoren oder Datenknoten mangelt.

Optimistic-Rollups sind einfach zu implementieren und im Vergleich zu ZK-Rollups kostengünstiger. Einer der Gründe dafür ist, dass ZK-SNARKs High-End-Hardware benötigen, um „Gültigkeitsnachweise“ für die verarbeiteten Transaktionen zu erstellen. Was die Transparenz betrifft, so sind ZK-STARKs und Optimistic Rollups im Vergleich zu ZK-SNARKs transparenter.

Eine skalierbare Zukunft

Blockchain-Rollups sind innovative – und wesentliche – Lösungen zur Verbesserung der Skalierbarkeit des Ethereum-Netzwerks. Es gibt mehrere Iterationen, die sich dem Thema auf leicht unterschiedliche Weise nähern, je nachdem, wie sie die Elemente Sicherheit und Effizienz miteinander in Einklang bringen.

Da die Blockchain-Technologie noch in den Kinderschuhen steckt, müssen wir das volle Potenzial und die Auswirkungen dieser Lösung erst noch erkennen. Doch allein die Existenz von Rollups – und anderen Lösungen, die auf die aktuellen Spannungen der Blockchain abzielen – macht eine wichtige Aussage: Das Ökosystem Blockchain ist noch lange nicht in seinem endgültigen Status. Und da so viele Beteiligte in die Effizienz und Skalierbarkeit der Technologie investieren, wird sich die Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten von Blockchain in Zukunft wohl noch vergrößern.

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