Was ist der Unterschied zwischen Layer-1 und Layer-2?

Als die Blockchain-Technologie zum ersten Mal auftauchte, war sie revolutionär. Bitcoin wurde 2009 eingeführt und war die erste dezentrale digitale Währung, die eine sichere und transparente Möglichkeit bot, Werte zu übertragen, ohne sich auf Banken zu verlassen. Als jedoch immer mehr Menschen das Bitcoin-Netzwerk nutzten, traten einige Probleme auf. Die Transaktionen wurden langsamer, die Gebühren stiegen und das System hatte Mühe, die wachsende Nachfrage zu bewältigen.

Und dieses Problem gab es nicht nur bei Bitcoin. Ethereum, eine andere Blockchain, die intelligente Verträge einführte, stand vor ähnlichen Herausforderungen. Das Problem war klar: Diese Netzwerke waren nicht darauf ausgelegt, eine große Anzahl von Transaktionen schnell und kostengünstig zu verarbeiten.

Dies führte zu der Idee des Blockchain-Skalierbarkeits-Trilemmas, das besagt, dass Blockchains nur in zwei von drei Dingen hervorragend sein können:

• Dezentralisierung (frei von der Kontrolle durch eine einzige Instanz);
• Sicherheit (vor Angriffen geschützt sein);
• Skalierbarkeit (Handhabung vieler Benutzer).

Bitcoin und Ethereum konzentrierten sich darauf, dezentralisiert und sicher zu sein, was bedeutete, dass sie mit der Skalierung zu kämpfen hatten.

Um diese Probleme zu beheben, begannen die Entwickler mit der Verbesserung von Layer-1-Blockchains. Sie versuchten, Blöcke größer zu machen oder zu ändern, wie Transaktionen verifiziert werden. Diese Änderungen waren zwar hilfreich, erforderten aber oft viel Zeit und Einigkeit in der Community.

Das war der Zeitpunkt, an dem Layer-2-Lösungen aufkamen. Anstatt zu versuchen, alles auf der Ebene 1 zu erledigen, schufen die Entwickler Systeme der Ebene 2, die auf dem zugrunde liegenden Blockchain-Protokoll aufbauen. Diese Systeme verarbeiten Transaktionen schneller und billiger, indem sie sie separat bearbeiten und die Hauptblockchain nur bei Bedarf aktualisieren.

Aber lassen Sie uns tiefer gehen, um den Unterschied zwischen Layer-1 und Layer-2 besser zu verstehen, indem wir uns auf ihre wichtigsten Aspekte konzentrieren: ihre Rolle, Skalierung und Blockchains.

Schicht-1 vs. Schicht-2: Auf einen Blick

Schicht-1 vs. Schicht-2: Ihre Rolle

Lassen Sie uns damit beginnen, ihre Rollen zu verstehen, denn sie unterscheiden sich. Wie bereits erwähnt, arbeiten Blockchain-Netzwerke mit einem dezentralen System. Eine Gruppe von Knoten verarbeitet Transaktionen, und ein Konsensprotokoll stellt sicher, dass alles korrekt ist. Nach der Validierung werden diese Transaktionen zu einer unveränderlichen Kette von Datenblöcken hinzugefügt, wodurch eine sichere und transparente Aufzeichnung entsteht.

Da Blockchains jedoch immer beliebter werden, stößt dieses System auf eine große Herausforderung: die Skalierbarkeit. Je mehr Menschen eine Blockchain nutzen, desto mehr Rechenleistung benötigt sie, um Transaktionen zu verarbeiten.

Das System kann bei steigender Nachfrage überlastet werden, was die Transaktionsgeschwindigkeit verlangsamt und die Nutzer frustriert. Beispielsweise können einige Transaktionen auf beliebten Blockchains bis zu 10 Minuten dauern, was für viele Anwendungen unpraktisch ist.

Um dieses Problem anzugehen, wurden verschiedene Skalierungslösungen entwickelt. Diese Lösungen zielen darauf ab, die wachsende Zahl von Transaktionen zu bewältigen, ohne die dezentrale und sichere Natur der Blockchain zu gefährden. Und von diesen Blockchain-Skalierungslösungen sind die Layer-1- und Layer-2-Lösungen am beliebtesten. Beide wurden entwickelt, um das Problem der Skalierbarkeit zu lösen, allerdings auf unterschiedliche Weise:

• Layer-1-Blockchains, wie Bitcoin und Ethereum, konzentrieren sich auf die Verbesserung des Basissystems. Sie führen Aktualisierungen ein, um das Netzwerk effizienter zu machen, wie z.B. die Änderung des Konsensmechanismus, die Vergrößerung der Blockgrößen oder das Sharding.
• Layer-2-Blockchains arbeiten neben Layer-1 auf der Hauptblockchain und übernehmen einen Teil der Arbeitslast. Durch die Verarbeitung von Transaktionen in separaten Netzwerken und die anschließende Synchronisierung mit der Hauptkette trägt Layer-2 dazu bei, Staus zu reduzieren und das System zu beschleunigen.

Gemeinsam lösen diese Schichten das Problem des Engpasses (allerdings auf unterschiedliche Weise) und stellen sicher, dass die Blockchain-Technologie mit der wachsenden Nachfrage Schritt halten kann und für Nutzer weltweit effektiv bleibt.

Schicht-1 vs. Schicht-2: Skalierung

Die Skalierungslösungen für Blockchain-Netzwerke unterscheiden sich erheblich zwischen Layer-1 und Layer-2, aber beide zielen auf dasselbe Problem ab: die Verbesserung der Fähigkeit des Netzwerks, eine wachsende Anzahl von Transaktionen zu verarbeiten und gleichzeitig die Kernprinzipien der Sicherheit und Dezentralisierung zu wahren.

Layer-1-Upgrades stärken die Grundlage, indem sie Einschränkungen auf der Protokollebene beheben. Diese Lösungen sind oft dauerhaft, erfordern aber einen großen Konsens zwischen Entwicklern und Benutzern, was die Implementierung verzögern kann.

Layer-2 bietet jedoch eine sofortige Entlastung, indem es die Belastung der Hauptkette reduziert. Sie ermöglicht schnellere und billigere Transaktionen, ohne dass Änderungen an der zugrunde liegenden Blockchain erforderlich sind, und ist daher ideal für die kurzfristige Skalierung.

Durch die Kombination von Layer-1-Verbesserungen mit Layer-2-Lösungen können Blockchain-Ökosysteme ein Gleichgewicht zwischen Skalierbarkeit, Dezentralisierung und Sicherheit herstellen und so Engpässe überwinden, die derzeit die Masseneinführung behindern.

Um die Skalierungslösungen für Layer-1- und Layer-2-Blockchains besser zu verstehen, lesen Sie weiter unten.

Layer-1-Skalierungslösungen

1. Vergrößern der Blockgröße

Eine der frühesten und einfachsten Lösungen für die Skalierung der Schicht 1 ist die Vergrößerung der Transaktionsblöcke. Jeder Block enthält einen Stapel von Transaktionen, und größere Blöcke können mehr Transaktionen aufnehmen.

Bitcoin Cash zum Beispiel hat diese Strategie umgesetzt und seine Blockgröße von 1 MB auf 8 MB und später auf 32 MB erhöht. Dies ermöglichte es Bitcoin Cash, mehr als 100 Transaktionen pro Sekunde zu verarbeiten, verglichen mit der viel langsameren Rate von Bitcoin von etwa 7 Transaktionen pro Sekunde.

Dieser Ansatz ist zwar effektiv, um die Kapazität zu erhöhen, hat aber auch Nachteile, wie z.B. einen höheren Speicherbedarf der Knoten und potenzielle Zentralisierungsrisiken.

2. Sharding

Sharding ist eine ausgeklügelte Technik, die von traditionellen Datenbanksystemen inspiriert ist. Dabei wird die Blockchain in kleinere, besser verwaltbare Segmente oder „Shards“ unterteilt, die unabhängig voneinander arbeiten.

Jeder Shard verarbeitet seine eigenen Transaktionen und speichert einen Teil der Daten der Blockchain. So können mehrere Shards gleichzeitig Transaktionen verarbeiten und den Gesamtdurchsatz erhöhen.

Die Ethereum-Blockchain hat zum Beispiel Sharding in ihre Roadmap integriert, um den Übergang zu Proof-of-Stake zu ergänzen, wodurch das Netzwerk Tausende von Transaktionen pro Sekunde verarbeiten kann.

3. Aktualisierte Konsensmechanismen

Konsensmechanismen sind das Rückgrat der Sicherheit und Funktionalität der Blockchain, aber nicht alle sind gleich effizient.

Beim traditionellen Proof-of-Work (PoW), wie es Bitcoin verwendet, müssen die Miner komplexe mathematische Rätsel lösen, um Transaktionen zu validieren. Diese Methode ist zwar sicher, aber rechenintensiv und langsam.

Um dieses Problem zu lösen, ist Ethereum zu Proof-of-Stake (PoS) übergegangen, bei dem die Validierer Kryptowährung als Sicherheit hinterlegen müssen, anstatt Rätsel zu lösen. PoS reduziert den Energieverbrauch und die Rechenlast drastisch, während die Sicherheit und Dezentralität erhalten bleiben.

Einige andere Layer-1-Blockchains, wie Cardano und Solana, haben von Anfang an PoS oder ähnliche Mechanismen eingesetzt und der Skalierbarkeit Priorität eingeräumt.

Layer-2-Skalierungslösungen

Diese Methoden erfordern keine Änderung der Kern-Blockchain, sondern interagieren mit ihr, um die Leistung zu verbessern. Zu den wichtigsten Strategien gehören:

1. Rollups

Rollups gehören zu den beliebtesten Layer-2-Skalierungslösungen. Sie bündeln mehrere Transaktionen zu einem Stapel, verarbeiten sie außerhalb der Kette und übermitteln dann die komprimierten Transaktionsdaten an die Hauptblockchain.

Dadurch wird das Layer-1-Netzwerk entlastet und kann sich auf das Abschließen von Blöcken konzentrieren, anstatt jede Transaktion zu verarbeiten.

Rollups gibt es in zwei Hauptformen:

• Optimistische Rollups, wie die von Optimism verwendeten, gehen standardmäßig davon aus, dass Transaktionen gültig sind, und führen nur dann Prüfungen durch, wenn ein Betrugsverdacht besteht.
• Zero-Knowledge (ZK) Rollups, wie sie in Netzwerken wie StarkNet vorkommen, verwenden kryptographische Beweise, um Transaktionen außerhalb der Kette zu validieren, bevor sie an die Hauptkette übermittelt werden.

2. Staatskanäle

State Channels ermöglichen es zwei Parteien, direkt außerhalb der Blockchain zu handeln. Sobald die Interaktion abgeschlossen ist, bleibt der Statuskanal für mehrere Transaktionen offen und nur der endgültige Status wird öffentlich in der Layer-1-Blockchain aufgezeichnet.

Das Lightning Network von Bitcoin ist ein bekanntes Beispiel. Es ermöglicht Nutzern, Mikrotransaktionen schnell und kostengünstig zu versenden, während die Sicherheit der Bitcoin-Blockchain erhalten bleibt.

3. Seitenketten

Side Chains sind unabhängige Blockchain-Netzwerke, die mit der Hauptkette verbunden sind. Im Gegensatz zu Rollups oder State Channels behalten Side Chains ihre Konsensmechanismen und Validatoren bei, so dass sie parallel zur Haupt-Blockchain arbeiten können.

Sie können große Mengen an Transaktionen unabhängig voneinander verarbeiten und später mit dem primären Netzwerk synchronisieren.

Polygon fungiert beispielsweise als Layer-2-Skalierungslösung für das Ethereum-Netzwerk. Es bietet schnellere und billigere Sidechain-Transaktionen, während es regelmäßig Daten auf der Hauptkette von Ethereum abrechnet.

Layer-1 vs. Layer-2: Beliebte Blockchains

Sie fragen sich wahrscheinlich, welche Layer-1- vs. Layer-2-Netzwerke am bekanntesten sind, richtig? Einige der bekanntesten Blockchain-Netzwerke, die als Layer-1 eingestuft werden, sind:

• Bitcoin (BTC);
• Ethereum (ETH);
• BNB Kette (BNB);
• Cardano (ADA);
• Solana (SOL);
• Polkadot (DOT);
• Avalanche (AVAX);
• Algorand (ALGO);
• Tezos (XTZ);
• Cosmos (ATOM), und andere.

Die beliebtesten Layer-2-Blockchains sind die folgenden:

• Polygon (POL, ex-MATIC);
• Arbitrum (ARB);
• Optimismus (OP);
• zkSync (ZK);
• StarkNet (STRK);
• Schleifenring (LRC);
• Unveränderlich (IMX);
• Base (BASE), und andere.

FAQs

Was sind Layer-1 und Layer-2 Blockchains?

Layer-1-Blockchain bezieht sich auf die primäre Infrastruktur einer Blockchain, wie Bitcoin oder Ethereum, die alle Transaktionen in ihrem Netzwerk abwickelt. Layer-2-Lösungen hingegen arbeiten außerhalb der Kette, um die Skalierbarkeit und Transaktionsgeschwindigkeit zu verbessern. Während Blockchains mehrere Schichten in ihrem Stack haben – Hardware, Daten, Netzwerk, Konsens und Anwendung – beziehen sich Layer-1 und Layer-2 speziell auf Skalierungsmethoden innerhalb des Blockchain-Ökosystems.

Kann eine Blockchain nur auf Layer-1 funktionieren?

Viele Blockchains, darunter auch Bitcoin, wurden zunächst ausschließlich als Layer-1-Netzwerke betrieben. Als jedoch die Nachfrage der Nutzer stieg, wurden Probleme mit der Skalierbarkeit deutlich, was zur Entwicklung von Layer-2-Lösungen führte, um die Leistung zu verbessern.

Was ist besser: Schicht-1 oder Schicht-2?

Die Wahl hängt von dem jeweiligen Anwendungsfall ab. Schicht-1 ist unerlässlich, um robuste Sicherheit und Dezentralisierung zu gewährleisten. Im Gegensatz dazu ist Schicht-2 ideal, um die Transaktionsgeschwindigkeit und -effizienz zu verbessern, was sie eher zu einer ergänzenden Lösung als zu einem direkten Vergleich macht.

Kann Schicht-2 ohne Schicht-1 existieren?

Layer-2-Lösungen sind für die Sicherheit und die abschließende Transaktionsvalidierung auf Layer-1-Netzwerke angewiesen. Sie erweitern die Funktionalität, verlassen sich aber auf die grundlegende Blockchain für Integrität und Vertrauen.

Gehen Layer-2-Lösungen bei der Sicherheit Kompromisse ein?

Layer-2-Lösungen sind so konzipiert, dass sie die Sicherheit aufrechterhalten, indem sie die zugrunde liegende Layer-1-Blockchain zur Validierung nutzen. Sie funktionieren zwar anders, aber ihre Verbindung zu Layer 1 stellt sicher, dass die übergreifenden Sicherheitsstandards eingehalten werden.

Letzte Überlegungen

Wir hoffen also, dass Sie am Ende dieses Artikels die wichtigsten Überlegungen zum Dilemma zwischen Layer-1 und Layer-2 verstanden haben. Sie sind in der Tat entstanden, weil die Blockchain ein Opfer ihres Erfolgs wurde. So bietet Layer-1 eine Grundlage für die Netzwerksicherheit, während Layer-2 ein Upgrade ist, das Blockchains schneller und einfacher nutzbar macht.

Gemeinsam lösen sie die Probleme, die mit der wachsenden Popularität der Blockchain einhergingen, und machen sie so fit für die Zukunft. Auch wenn Layer-1- und Layer-2-Lösungen die Skalierbarkeit deutlich verbessern, steht die Blockchain-Technologie immer noch vor Herausforderungen, die kontinuierliche Innovation und Entwicklung erfordern.