Günstiger Blockspace für alle: Skalierung durch Layer 2
Etablierte Blockchains wie Bitcoin und Ethereum verarbeiten begrenzte Datenmengen, doch die Nachfrage nach deren Blockspace steigt jedes Jahr an. Wie kann die Nachfrage bedient werden?
Die alte Leier: Mehr Blockspace
Ein Ansatz, um mehr Transaktionen abarbeiten zu können, ist, auf schnellere Blockchains zu setzen.
Die Liste an Projekten, die sich als schneller, funktionaler und moderner als Bitcoin und Ethereum positionieren, ist lang.
Litecoin und Dogecoin haben mehr, schnellere Blöcke als Bitcoin. Bitcoin Cash und Bitcoin SV haben viel größere Blöcke. IOTA und Hedera skalieren 2-dimensional in einem Block-Netz. Internet Computer und Fantom haben etwa die hundertfache Smart-Contract-Kapazität Ethereums. Polkadot und Atom setzen auf viele kleine, verbundene Chains. Die Auflistung ließe sich beliebig fortsetzen.
Mit der wichtigen Ausnahme Solanas hat bisher keines dieser Projekte den Durchbruch geschafft.
Polkadots und Atoms Ansatz geht schon fast in die Richtung von Skalierung durch Layer 2: Ein Ansatz, den verfügbaren Blockspace außerhalb der Host-Blockchain zu erweitern und nur gelegentlich die Summe der Veränderungen einzuspielen – die Erweiterung erfolgt also durch „eine zweite Schicht“ (Layer 2).
Das Vorgehen ähnelt einem Restaurant, welches nicht jedes Getränk und jede Speise einzeln abrechnet, sondern diese sammelt (als Art L2). Am Ende des Abends wird lediglich eine summierte Zahlung durchgeführt (welche dann der L1-Blockchain gemeldet wird).
Was bedeutet Skalierung mittels Layer 2?
Werden Transaktionen außerhalb der Haupt-Blockchain ausgeführt, aber gleichzeitig das Settlement auf der zugrundeliegenden Blockchain garantiert, so spricht man von Layer-2-Skalierung. Bitcoin und Ethereum bilden die erste Schicht (Layer 1, L1), während die auf ihnen aufbauende Blockchain eine darüberliegende Schicht (Layer2, L2) bildet.1
Was ist eine Layer 2 auf Ethereum?
Das L2-Ökosystem auf Ethereum ist mit Abstand das größte, Tendenz rasant wachsend.
Der unangefochten populärste Ansatz, L2 umzusetzen, basiert auf sog. Rollups. Inzwischen wird – nicht ganz korrekt – „L2“ oft synonym zu Rollup verwendet.2
Eine Rollup-L2 ist technisch gesehen zuerst einmal eine eigene Blockchain mit den üblichen Eigenschaften:
- Ihr Zustand gibt an, welche Adresse welche Assets hält.
- Adressen können Smart Contracts oder Konten sein.
- Konten werden über asymmetrische Verschlüsselung mit öffentlichem und privatem Schlüssel gesichert.
Jede gute Wallet, wie z. B. Metamask, interagiert mit den bekanntesten Rollup-L2 genauso wie mit der L1 Ethereum selbst. Für Endnutzer ist die L2 daher kaum von der L1 zu unterscheiden – sie ist aber schneller und günstiger.
Die Unterschiede von L2 und L1
In vielen alltäglichen Anwendungen ist die L2 von der L1 nicht zu unterscheiden. Wichtige Unterschiede gibt es dennoch: Bei den Assets, der Ausführung (Execution) und der Verfügbarkeit (Liveliness).
Assets auf der L2 müssen dort eingezahlt werden. Es wird z. B. ein Ether auf der L1 gesperrt, um auf der L2 verfügbar zu sein. Eine gute Analogie sind Casino-Chips: man kann jederzeit Euro und Casino-Chip-Euro in beide Richtungen tauschen, während im Casino an allen Tischen die Chips akzeptiert werden. Solange das Chips-Tauschen reibungslos funktioniert, ist es für Nutzer lediglich ein Klick.
Die Ausführung von Transaktionen leitet bei L2s ein Sequencer. Dieser ist oft eine einzelne zentralisierte Entität. Es wird viel geforscht, diese Rolle effizient zu dezentralisieren. Solange der Sequencer sich normal verhält, bekommt der Nutzer keinen Unterschied mit – ob nun ein dezentrales Netzwerk aus Nodes seine Transaktion verarbeiten, oder nur ein Sequencer, ist gleichgültig.
Der dritte Unterschied liegt in der Verfügbarkeit. Die Ausführung von Transaktionen ist bei Bitcoin und Ethereum selbst de facto garantiert. Bei L2 liegt diese Pflicht ebenso beim Sequencer: kurze Auszeiten sind selten, aber dennoch ein Risiko für Nutzer mit hoher Zeitsensitivität.
Die Risiken der L2 sind also der Asset-Rücktausch zur L1 und die zeitnahe, korrekte Ausführung von Transaktionen. Die gleichen Risiken hat natürlich auch ein Nutzer einer neuartigen L1, die mit besonders schnellem und günstigen Blockspace wirbt. Und genau hier liegt die Magie der L2.
Die Magie der L2
Die Nutzer der L2 können ihre Ansprüche gegen die L2 auf der L1, also auf Ethereum selbst, durchsetzen. Man sagt, die L2 „übernimmt die Sicherheit der L1“.
Die Aussage ist fundamental, daher gleich noch einmal: Hat eine L2 ernsthafte Probleme, wie z. B. einen korrupten Sequencer, der Transaktionen falsch ausführt, oder es stockt der „Casino-Chips-Umtausch“, so kann der Nutzer die L1 zur Hilfe rufen und den (vorsätzlichen oder versehentlichen) Fehler korrigieren lassen.
Im Falle eines optimistic Rollup kann z. B. ein Nutzer, dessen Transaktion nicht oder falsch ausgeführt wurde, innerhalb von 7 Tagen Einspruch einlegen. Die Blockchain Ethereum arbitriert komplett automatisch mit 100% Sicherheit korrekt und zahlt dem Nutzer seine rechtmäßigen Assets aus.
Vorteile der Skalierung durch Layer 2
Das Fonds-Management sieht die Skalierung durch Layer 2 als einen zukunftsträchtigen Ansatz. Ethereum ist ein unerschütterliches Fundament: Immer verfügbar, nicht zu stoppen, ein globales System, das Eigentumsrechte knallhart garantiert.
Auf diesem Fundament intelligent aufzubauen, ist der beste Weg zu erhöhter Komplexität ohne unnötige Abstriche bei der Sicherheit.
Alle komplexen Technologien nutzen Layer. Zum Beispiel nutzt das Internet ein Fundament aus BGP und TCP/IP, so finden sich Computer und senden sich Datenpakete. Darauf bauen UDP und SSL und später TLS auf, um zwischen zwei Computern sicher Daten auszutauschen. Darauf bauen Webapplikationen – die eigentlichen Anwendungen – auf.
Ein immenser Vorteil der verschiedenen L2 liegt in der Größe des Gestaltungsraums. Jede L2 entscheidet, wie sie genau an die L1 koppelt, wie der Asset-Transfer zwischen L1 und L2 funktioniert, welche Art von Transaktionen welche Gebühren in welcher Währung kosten, und für welche Aufgabe der Sequencer optimiert wird.
Eine L2, die wie z. B. dYdX auf den Derivatehandel spezialisiert ist, braucht z. B. schnelle, verlässliche Preisdaten; hingegen ist eine Gaming-L2 wie z.B. ImmutableX eher auf das Halten und den Transfer von vielen Gegenständen spezialisiert.
Da unabhängig von Dritten und ohne Koordinationsaufwand eine neue L2 leicht gestartet werden kann, wird viel experimentiert. Dies führt im Endeffekt, wie im Blockchain-Sektor üblich, zu rasanter Innovation. Langfristig kann kaum ein altes System mithalten.
Gleichzeitig ist der Aufwand überschaubar. Eine neue L1 zu starten, benötigt heute oft 9-stellige VC-Investments. Der Techstack der führenden L2-Anbieter ist hingegen leicht zu nutzen.
Die Reduktion in technischem Aufwand geht sogar soweit, dass einige etablierte L1 zu L2 migrieren, darunter z. B. das Stablecoin-Projekt Celo.
Nachteile der Skalierung durch Layer-2
„Und am siebten Tage vollendete Vitalik die Skalierung dezentraler Blockchains durch nahtlose L2s.“ So ist es natürlich nicht. Auch der L2-Ansatz bringt eine Fülle an Nachteilen mit sich.
L2 gegen L1
Es gibt heftige Kritik an L2-Lösungen. Lightning, eine der ersten L2 auf Bitcoin, steht seit Beginn in der Kritik. Man wirft L2-Befürwortern vor, Bitcoin als L1 künstlich zu begrenzen, damit L2 profitieren. Daraus entstand u. a. 2017 die inzwischen wenig erfolgreiche, wenn doch etablierte Bitcoin-Kopie Bitcoin Cash: L1-Skalierung statt L2.
Bei Ethereum wiederholt sich diese Debatte aktuell. Kritiker der L2 sehen die Entwicklung Ethereums selbst – der L1 – als zurückgestellt. Statt des vollen Shardings, einem Upgrade Ethereums welches den Durchsatz der L1 vervielfachen sollte, wechselte die Ethereum-Roadmap zu Danksharding, welches lediglich den Platz für L2-Commits vervielfacht. Die führenden L2-DAO wie ARB und OP setzen sich laut Kritikern mit prall gefüllten Koffern dafür ein, die L1 zu limitieren, damit ihre L2 mehr Nachfrage erfahren.
Das Fonds-Management stimmt zu, dass in gewisser Hinsicht L1 und L2 in Konflikt stehen. Als langfristiges Gleichgewicht sieht es aber eine feste, sich nicht mehr ändernde L1, mit viel Spielraum für Experimente auf Ebenen darüber. Mehr Stabilität bei der L1 auf aktuellem Stand erscheint nicht verfrüht.
Fragmentierte Liquidität
Ein zweiter akuter Kritikpunkt an L2-Lösungen ist die Fragmentierung von Liquidität. Populäre DeFi-Anwendungen wie Uniswap, wo Nutzer z. B. Dollar gegen Ether tauschen können, handeln über Liquiditätspools, in denen Marktmacher Liquidität für Handelspaare anbieten. Je mehr Liquidität in solchen Pools liegt, desto kostengünstiger sind die Ausführungen für Händler. Der Uniswap-Pool USD/ETH existiert einmal auf der ETH L1, aber auch einmal auf jeder großen ETH L2. Die Liquidität jedes Pools ist unabhängig – und damit deutlich weniger effizient, als wäre sie in einem Pool gebündelt.
Diese Fragmentierung betrifft vom einfachen Handel von Krypto-Token über Beleihungsprotokolle bis zu NFT-Märkten und Versicherungsfonds für Derivatehandelsplattformen fast alle Finanzanwendungen.
Aufgrund der Fragmentierung erwartet das Fonds-Management eine Spezialisierung der L2. Während ein ausreichend liquider USD/ETH Pool auf vielen L2 existieren wird, werden sich Nischenanwendungen wie Perpetual Futures auf ein bis zwei L2 konzentrieren.
Das Problem ist bekannt und wird diskutiert. An Lösungen zur Verbindung der Liquidität zwischen verschiedenen L2 wird aktuell geforscht. Das Fonds-Management ist zuversichtlich, dass zumindest einige Liquiditätsprobleme dadurch erleichtert werden können.
Sicherheitsrisiken
Die dritte wesentliche Kritik an L2 betrifft die Sicherheit. Die L1 Bitcoin und Ethereum haben sich über lange Jahre verlässlich bewährt; sie garantieren Eigentumsrechte unerschütterlich und führen Transaktionen mit felsenfester Sicherheit rund um die Uhr aus. Keine andere L1 und keine andere L2 können ansatzweise die gleiche Zuverlässigkeit bieten.
Wie in den Unterschieden zwischen L1 und L2 erklärt, gibt es gewisse Sicherheitsrisiken.
Die führende L2 auf Ethereum namens Arbitrum, in deren Token auch der F5 Crypto Fonds aktiv investiert, musste mehrmals kurzfristig angehalten werden. Es gibt also keine feste Garantie, dass neue Transaktionen innerhalb einer gewissen Zeit ausgeführt werden.
Ein weiteres Problem liegt im sicheren Übertragen von Assets von L1 zu L2, zurück zur L1, oder sogar direkt zwischen verschiedenen L2. Erfolgt dieses so genannte Bridging über die native, von der L1 abgesicherte Bridge, ist es sicher, dauert jedoch lange; bei optimistic rollups bis zu 2 Wochen. Um Nachfrage nach schnelleren Transfers zu gewährleisten, gibt es schnellere Bridging-Dienste. Diese sind hingegen oft unsicher; mehrmals gingen bereits Kundengelder verloren.
Das Fonds-Management ist überzeugt, dass die erfolgreichen neuen Blockchains, auch wenn sie noch nicht 100% zuverlässig sind, sicherer werden. Bridging wird schneller und sicherer werden. Kryptografie ist mächtig genug, und wettstreitende Weltklasse-Programmierer hochmotiviert, alle nötigen Anwendungsfälle sicher und schnell anzubieten.
Das Ende der Skalierungsdebatten?
Der als Blocksize War bezeichnete Kampf zwischen der Skalierung Bitcoins durch L1 oder L2 endete in zwei verschiedenen Blockchains, Bitcoin und Bitcoin Cash.
Die vollen Blöcke und daraus resultierenden teuren Transaktionen bei Ethereum führten zum Aufstieg von teilweise fragwürdigen Projekten, darunter IOTA.
Die neueste Iteration der noch schnelleren L1-Blockchains sind die beiden Projekte Aptos und Sui. Sie gingen beide aus Facebooks gescheitertem Libra-Projekt hervor.
Solange die Nachfrage nach Blockspace anhält – und davon geht das Fonds-Management stark aus – werden immer neue Skalierungsansätze ausprobiert werden. Dabei ist aber besonders ein Ansatz interessant.
Der vielversprechendste Ansatz aktuell ist den Blockspace und die sichere Ausführung der etabliertesten Blockchains als Fundament zu nutzen und darauf aufzubauen – Skalierung durch L2.
Sollte sich der L2-Skalierungsansatz langfristig durchsetzen, gebe es sowohl weniger Blockchains, auf denen alles aufbaut, also auch viel mehr Blockchains, die auf ihnen aufbauen: tausende Layer 2 und Layer 3.