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Das "unmögliche Dreieck" knacken: Überblick über Layer-1-Lösungen
25 November 16:53
Zusammenfassung:
1.Skalierbarkeit, Dezentralisierung und Sicherheit sind auf der Blockchain unvereinbar und normalerweise können nur zwei der drei gleichzeitig erreicht werden.
2.Die Blockerweiterung ist wohl die einfachste Lösung, um die TPS von Bitcoin zu erhöhen, aber sie funktioniert nicht so gut, wie viele vielleicht denken. Eine übermäßige Blockvergrößerung reduziert die Sicherheit und Dezentralisierung des Blockchain-Systems.
3.SegWit erhöht die Anzahl der Transaktionen, die in einem Block enthalten sein können, indem es die _Skript_-Signatur von den Transaktionsinformationen trennt und so die TPS erhöht.
4.Der DPoS-Mechanismus erzielt eine höhere Leistung auf Kosten der Dezentralisierung, indem er eine kleine Anzahl leistungsstarker Supernodes mit der Buchführung beauftragt.
5.Eine der beeindruckenden Leistungen des Solana-Netzwerks ist der PoH-Mechanismus. Dabei handelt es sich um eine von Solana für die Blockchain erfundene Uhr, die den Zustand der Blockchain vom Ablauf der Zeit auf der Blockchain trennt.
Im vorangegangenen Artikel "Essentials for Crypto Newbie: Was ist Layer 0, Layer 1 und Layer 2?" haben wir die sechs Schichten von Blockchain-Systemen vorgestellt, gefolgt von dem viel diskutierten Thema Skalierung: Layer 0/1/2. Seit dem Jahr 2013 haben wir in der Öffentlichkeit hitzige Diskussionen über Skalierungsfragen erlebt, und die Entwickler haben zahlreiche Lösungen für die Skalierung von Blockchain-Systemen entwickelt, von denen einige längst von der Industrie aufgegeben wurden, während andere immer noch in Betrieb sind. In diesem Artikel beginnen wir mit einem kurzen Überblick über einige wichtige Layer-1-Lösungen.
Bevor wir uns mit Schicht 1 beschäftigen, ist es wichtig zu verstehen, was mit dem "unmöglichen Dreieck" in der Blockchain gemeint ist. Im traditionellen Finanzwesen sind monetäre Autonomie, ein fester Wechselkurs und der freie Kapitalfluss in Ländern unvereinbar. Dieses Phänomen ist als "Mundell-Fleming-Trilemma" bekannt. Für die Blockchain sind Skalierbarkeit, Dezentralisierung und Sicherheit von entscheidender Bedeutung, doch gibt es viele praktische Erfahrungen, die zeigen, dass nur zwei der drei Ziele erreicht werden können. Sobald man sich auf die Lösung von zwei davon konzentriert, wird ein anderes Problem folgen. Wie ein Sprichwort sagt, löst man ein Problem, um ein anderes auftauchen zu lassen. Bitcoin zum Beispiel bietet eine theoretisch unendliche Dezentralisierung und ausgezeichnete Sicherheit, ist aber mit einer TPS von etwa 10 nicht gut skalierbar. Das Konzept des "unmöglichen Dreiecks" wird im weiteren Verlauf unserer Diskussion immer wieder auftauchen.
Im Falle von Bitcoin: gilt TPS (Transaktionen pro Sekunde) = Anzahl der Transaktionen pro Block/Blockzeit
Transaktionen pro Block = Blockgröße / durchschnittliche Transaktionsgröße
Es dauert 10 Minuten, um einen neuen Block in der Bitcoin-Blockchain zu erstellen, wobei jeder Block eine Größe von 1 MB hat. Unter der Annahme, dass die durchschnittliche Transaktionsgröße 0,25kb beträgt und ein Block 4000 Transaktionen enthält, beträgt die TPS von Bitcoin 7[1024kb/(600s*0,25kb) =7].
Nach der Formel TPS = Blockgröße / (Blockzeit * durchschnittliche Transaktionsgröße) kann die TPS von Bitcoin durchErhöhung der Blockgröße, Verringerung der Blockzeit und Komprimierung der Transaktionsgröße verbessert werden. Aufgrund der begrenzten Geschwindigkeit der Datenübertragung in der physischen Welt wird die Verringerung der Blockzeit jedoch die Sicherheit des Systems stark beeinträchtigen. Aus diesem Grund sind die Erhöhung der Blockgröße und die Komprimierung der Transaktionsgröße die beiden am meisten in Betracht gezogenen Methoden.
1.Vergrößerung der Blockgröße
Die Blockerweiterung ist wohl die intuitivste Lösung, um die TPS von Bitcoin zu erhöhen, aber sie hat zu zwei großen Forks geführt. Im August 2017 bündelten einige Miner, die eine größere Blockgröße wünschten, ihre Rechenleistung und forkten die Bitcoin-Blockchain, wodurch BCH (Bitcoin Cash) entstand und die Blockgröße auf 8 MB erhöht wurde. Im November 2018 wurde unter dem Einfluss radikaler Mitglieder der BCH-Community BCHSV geforkt, um den sogenannten "Megablock" oder sogar "unbegrenzten Block" zu unterstützen.
2.SegWit
Als Bitcoin entwickelt wurde, begrenzte Satoshi Nakamoto die Größe des Blocks, der Transaktionen enthält, auf 1 MB, wobei die Transaktionsdaten sowohl die grundlegenden Informationen über die Transaktion als auch die Unterschriftsinformationen der Händler enthalten. Die SegWit-Technologie hingegen erhöht die Anzahl der Transaktionen, die in einem Block enthalten sein können, getarnt um etwa 40 %, indem sie die __script__ed Signaturen von den Transaktionsinformationen trennt und sie zentral im Block-Header speichert, ohne die Regeln der Blockprüfung zu verletzen.
Darüber hinaus hat Bitcoin vor kurzem eine Taproot-Soft-Fork auf der Grundlage von Segwit vorgeschlagen, für weitere Details lesen Sie bitte weiter:
Taproot: Welche Auswirkungen wird es auf das Bitcoin-Ökosystem haben?
3.Neuartige Konsensmechanismen
Schicht 1 entspricht der Datenschicht, der Netzwerkschicht, der Konsensschicht und der Aktivierungsschicht in der logischen Architektur der Blockchain. Während sich die oben erwähnte Blockerweiterung und SegWit in erster Linie mit der Datenschicht befassen, wird die Verbesserung der Konsensschicht auch als Lösung zur Verbesserung der Skalierbarkeit angesehen. Nehmen wir den PoW-Mechanismus in Bitcoin als Beispiel. Er macht es für einen Angreifer im Bitcoin-Netzwerk kostspielig, mehr als 51 % der Rechenleistung zu kontrollieren, und braucht viel Zeit, um dies zu erreichen. Da jedoch jeder Knoten im System in einen Kampf um die Buchführungsrechte verwickelt ist, ist die Überprüfung von Transaktionen oft ein langsamer Prozess.
Die Transaktionsgeschwindigkeit von EOS lag bei über 3000 TPS, als es 2017 in Betrieb ging. Diese beeindruckende Transaktionsgeschwindigkeit ist dem innovativen DPoS-Mechanismus (Delegated Proof of Stake) zu verdanken, der auf PoS basiert. Bei diesem Mechanismus haben nur 21 leistungsstarke Supernodes das Recht, Blöcke zu erstellen, so dass das System schnell zu verifizieren ist. Die Supernodes werden in einer echten repräsentativen Demokratie gewählt, und zwar durch On-Chain-Abstimmung mit One-Coin-One-Vote. DPoS erfordert jedoch ein hohes Maß an Leistung von den Supernodes, was gleichzeitig auf Kosten der Dezentralisierung und der Sicherheit geht.
DPoS hat eine Reihe neuartiger Konsensmechanismen inspiriert, wie z. B. den NPoS (Nominated Proof of Stake) auf Polkadot und andere, die im Prinzip ebenfalls mit DPoS vergleichbar sind.
4.Andere On-Chain-Innovationen
Zusätzlich zu den oben erwähnten Skalierungslösungen gibt es Projekte, die andere Aspekte des Blockchain-Protokolls optimiert haben, um eine signifikante Skalierbarkeit zu erreichen. Ein Paradebeispiel ist Solana, eine neue Generation öffentlicher Blockchains, die in diesem Jahr mit einer Transaktionsverarbeitungskapazität von über 60.000 TPS immer beliebter wird. Eine der beeindruckenden Leistungen des Solana-Netzwerks ist der PoH-Mechanismus (Proof of History), der den Blockchain-Zustand vom Zeitablauf auf der Blockchain trennt. Es handelt sich dabei nicht um einen Konsensmechanismus, sondern um eine von Solana erfundene Uhr für die Blockchain. Darüber hinaus "entkoppelt" er die Zeit auf der Blockchain vom Zustand des Blocks selbst und ändert die Tatsache, dass jeder Knoten seinen eigenen lokalen Zeitstempel erst dann generieren kann, wenn die Blöcke aktualisiert werden. Es gibt auch einige Probleme mit Solana, wie die fehlende Unterstützung der Ethereum Virtual Machine und die langsame Entwicklung des Ökosystems.
Für weitere Informationen über Solana PoH, lesen Sie bitte weiter
Welche Innovationen im Solana-Ökosystem haben den Preis in die Höhe getrieben?
Fazit
Letztendlich konzentriert sich die Layer-1-Skalierung nur auf die Hauptkette. Für große öffentliche Blockchains wie Ethereum, die bereits ein riesiges Ökosystem aufgebaut haben, ist die Übernahme der Layer-1-Lösung noch problematischer.
Auf dem 7th Global Blockchain Summit am 26. Oktober hielt Vitalik Buterin eine Rede, in der er Layer 2 als die Zukunft der Ethereum-Skalierung bezeichnete. Was sind also die Layer-2-Lösungen, und was bedeuten die technischen Begriffe wie "Side Chain" und "Rollup"? Wir werden sie Ihnen in einem späteren Artikel vorstellen.
Autor: Ashley. H, Gate.io Forscher
Dieser Artikel gibt nur die Meinung des Forschers wieder und stellt keine Anlageberatung dar. Gate.io behält sich alle Rechte an diesem Artikel vor. Die Wiederveröffentlichung des Artikels ist erlaubt, sofern Gate.io genannt wird. In allen anderen Fällen werden rechtliche Schritte aufgrund von Urheberrechtsverletzungen eingeleitet.
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