Das "unmögliche Dreieck" knacken: Überblick über Layer-2-Lösungen

【Zusammenfassung】
· Die Beziehung zwischen Schicht 1 und Schicht 2 kann ungefähr mit der Zentralbank und anderen Geschäftsbanken verglichen werden.
· Die Schicht-2-Lösungen werden weithin als die Zukunft der großen öffentlichen Ketten angesehen, insbesondere Ethereum.
· Jede Nebenkette ist eine unabhängige Blockchain, die über eine eigene Basisschicht und einen eigenen Konsensmechanismus verfügt und Vermögenswerte über eine kettenübergreifende Brücke sicher mit der Hauptkette übertragen kann.
· Plasma ist ebenfalls eine spezielle Nebenkette. Sie berechnet die Hash-Werte von Blöcken, die Trades
· enthalten, und lädt die Hash-Werte dieser Blöcke über Smart Contracts auf die Hauptkette hoch.
· Rollups haben viele hervorragende Eigenschaften. Daher hebt es sich von einer Reihe von Layer-2-Lösungen ab und ist heute ein neuer Favorit auf dem Markt.
· Rollup setzt die ursprünglichen Daten auf die Kette, hauptsächlich in den Richtungen ZK-Rollup und Optimistic-Rollup.

In dem vorherigen Artikel "Essentials for Crypto Newbie: What Is Layer 0, Layer 1 and Layer 2?" und "Crack The "Impossible Triangle": Overview of Layer 1 Solutions" haben wir die sechs Schichten von Blockchain-Systemen und das viel diskutierte Thema der Skalierung vorgestellt: Layer 0/1/2 und die wichtigsten Layer-1-Lösungen in der Geschichte. In diesem Artikel werden wir mit einem kurzen Überblick über die Schicht-2-Lösungen der Blockchain fortfahren.

Schicht 2 entspricht der Vertragsschicht und der Anwendungsschicht in den sechs Schichten der Blockchain. Im Bereich der Skalierung bezieht sich Schicht 2, auch bekannt als Off-Chain-Skalierung, auf die Leistungslösungen für die Skalierung außerhalb der Hauptkette. Im Allgemeinen zielt Schicht 2 darauf ab, den Berechnungsprozess nach unten in der Kette zu verlagern. Im Vergleich zu den mit vielen Einschränkungen behafteten Layer-1-Lösungen gelten die Layer-2-Lösungen weithin als die Zukunft der großen öffentlichen Chains, insbesondere von Ethereum.

Die Beziehung zwischen Schicht 1 und Schicht 2 kann in etwa mit der Zentralbank und anderen Geschäftsbanken verglichen werden. Wenn alle Geschäfte in der Zentralbank bestätigt werden müssen, wird das System der Zentralbank völlig überlastet und sogar verstopft sein.
Wenn andere Geschäftsbanken eingerichtet werden können, um bei der Verarbeitung bestimmter Handelsbestätigungen zu helfen, muss die Zentralbank nur die endgültige Abwicklung der Geschäfte durchführen, was die Betriebslast der Zentralbank verringern kann. In diesem Zusammenhang sind die Lösungen der Ebene 1 vergleichbar mit der Verbesserung der Zentralbank, der Anschaffung neuer Hardware und der Verbesserung ihrer eigenen Rechenleistung. Die Lösungen der Ebene 2 beziehen sich auf die Methode zur Einrichtung eines effizient arbeitenden Geschäftsbankensystems.

Zu den gängigen Lösungen der Ebene 2 gehören Side Chain, Plasma, State Channels, Rollup usw.

01/ State Channels
State Channels sind sehr frühe Layer-2-Lösungen. Wir wissen, dass das gesamte Ethereum-Netzwerk eine transaktionsbasierte Zustandsmaschine ist, die sich aus den Zuständen vieler Konten zusammensetzt. Jedes Mal, wenn ein Handel auf dem Block ausgeführt wird, wird der Zustandsautomat auf den neuesten Zustand geändert. Da in der Zwischenzeit jeder Knoten des gesamten Ethereum-Netzwerks auf den neuesten Stand gebracht werden muss, ist die Verarbeitungskapazität der Hauptkette von Ethereum schwach.

In dem obigen Modell muss jede Operation den Zustandsautomaten ändern, um einen neuen Zustand zu erzeugen.

Die Idee der Zustandskanäle besteht darin, den Prozess der Aufrechterhaltung des Zustandsautomaten aus der Kette herauszulösen. State Channels sind eigentlich Knotenpunkte im Netzwerk, die Kanäle für die direkte Verbindung zwischen verschiedenen Nutzern oder zwischen Nutzern und Diensten darstellen. Insbesondere das Beleuchtungsnetzwerk von Bitcoin und das Raiden-Netzwerk von Ethereum sind spezifische Anwendungen der State-Channel-Technologie.

Das Beleuchtungsnetzwerk von Bitcoin kann auch als "Zahlungskanal" bezeichnet werden. Es wird davon ausgegangen, dass zwischen den Handelsparteien häufig eine große Anzahl von Geschäften (oder "Mikrogeschäften") stattfindet. Wenn jeder dieser Kleinstgeschäfte aufgezeichnet und in die Kette aufgenommen werden muss, ist dies mit einem hohen Verarbeitungsaufwand verbunden. Wenn diese Kleinstgeschäfte über den Zahlungskanal abgewickelt werden, die Zwischenprozesse außerhalb der Kette gespeichert werden und nur die endgültigen Handelsergebnisse an das Hauptnetz übermittelt werden, kann die Belastung des Hauptnetzes erheblich verringert werden.

Daher erfordern die State Channels keine hohe Rechenleistung des Hauptnetzes und können den Handel komprimieren und die Effizienz in einigen praktischen Szenarien verbessern.

02/ Side Chain
Streng genommen handelt es sich bei der Side Chain nicht um eine echte Lösung, sondern um eine Beziehung zwischen den Ketten, d. h. um die entsprechende Beziehung zwischen der Hauptkette und der Side Chain. Nehmen wir die Ethereum-Side-Chain als Beispiel. Jede Ethereum-Seitenkette ist eine unabhängige Blockchain mit einer eigenen Basisschicht und einem eigenen Konsensmechanismus, und einige von ihnen haben ihre eigenen nativen Proofs. Die Nebenkette muss jedoch mit Ethereum kompatibel sein und kann über eine kettenübergreifende Brücke Vermögenswerte sicher mit der Hauptkette übertragen.

Zum Beispiel sind Polygon und Skale die Nebenketten von Ethereum, und BSC, das EVM (Ethereum Virtual Machine) unterstützt und sich mit den öffentlichen Ketten von Ethereum verbinden kann, kann auch als öffentliche Ketten im weiteren Sinne von Ethereum betrachtet werden. Nehmen Sie zum Beispiel Polygon.

Die Gasgebühr des Polygon-Netzwerks ist recht niedrig, und die Bearbeitungsgebühr für jeden Handel beträgt weniger als 0,0001 Dollar. In der Zwischenzeit kann die TPS von Polygon mehr als 7000 erreichen, und der Handel kann in wenigen Sekunden bestätigt werden. Darüber hinaus hat Ethereum auch einige Side Chains, die für bestimmte Anwendungen bestimmt sind. Zum Beispiel ist Ronin eine Hochleistungs-Side-Chain, die speziell für On-Chain-Spiele wie Axie Infinity entwickelt wurde.


Einerseits, weil die Seitenketten unabhängige Blockchains sind und sogar ihre eigenen Basis-Tokens haben, was die Hauptkette und die Seitenkette in eine heikle Beziehung von "Ergänzung" und "Wettbewerb" bringt.
Andererseits hängt die Sicherheit der Nebenkette nur von ihrem eigenen Mechanismus ab und hat nichts mit der Hauptkette selbst zu tun, weshalb sie keine Garantie von der Hauptkette erhalten kann, was die Nebenkette zu einer unvollständigen Lösung macht.

03/Plasma
Plasma ist eigentlich eine spezielle Nebenkette, aber da sie sich den Block der Hauptkette ausleihen kann, ist sie in Bezug auf die Sicherheit besser als die allgemeine Nebenkette. Die Plasma-Technologie wurde von Joseph Poon und Vitalik Buterin in einem Artikel mit dem Titel Plasma vorgeschlagen: Scalable Autonomous Smart Contract im Jahr 2017 vorgeschlagen.
Als sie vorgeschlagen wurde, setzten die Menschen große Hoffnungen in die Plasma-Technologie und dachten sogar, dass Plasma die Verarbeitungskapazität von Ethereum auf das gleiche Niveau wie Visa bringen würde.

Im Gegensatz zur Nebenkette, die unabhängig von der Hauptkette arbeitet und nur die Handelsergebnisse zurückgibt und anfällig für Angriffe ist. Plasma berechnet tatsächlich die Hash-Werte von Blöcken, die Trades enthalten, und lädt die Hash-Werte dieser Blöcke über Smart Contracts auf die Ethereum-Hauptkette hoch.

Da nur der Hash-Wert dieser Blöcke hochgeladen wird, ist die Menge der Daten, die tatsächlich auf die Kette übertragen wird, sehr gering. Andererseits können die Nutzer aufgrund der fortlaufenden Aufzeichnungen der Hash-Werte bei Verdacht auf Manipulationen die Echtheit der Transaktionen überprüfen.

Daher bietet dieses System eine hohe Sicherheit. Bei seiner Verwendung müssen die Nutzer den Vermögenswert im Vertrag der entsprechenden Stammkette sperren und die entsprechenden Nachweise an den Überprüfer übermitteln. Wenn ein Teilnehmer den Nachweis nicht erbringt, wird der Plasmablock nicht bestätigt, und andere Nutzer können die Kette sicher verlassen, um die Sicherheit der Vermögenswerte zu schützen.

Während des Plasmabetriebs verfügt jedoch jede Subchain über einen eigenen Mechanismus zur Verifizierung des Blocks und zur Erstellung eines Fälschungsschutzbeweises. Wenn alle Nutzer versuchen, gleichzeitig auszusteigen, werden alle gültigen Zustände zur Überprüfung vorgelegt, was ebenfalls zu einer Überlastung des Netzwerks führt.
Dies ist auch als das sogenannte Batch Exiting-Problem bekannt. Außerdem kann Plasma nur mit Vermögenswerten handeln und bietet keine flexible Unterstützung für intelligente Verträge, was den Anwendungsbereich von Plasma als Lösung ebenfalls einschränkt.

04/Rollup
Rollup hat viele Ähnlichkeiten mit der State-Channel-Technologie, aber im Vergleich zu State-Channels ist Rollup, das auf der Plasma-Technologie aufbaut, leistungsfähiger und flexibler. Aufgrund vieler hervorragender Eigenschaften hebt sich Rollup, das 2019 geboren wurde, von einer Reihe von Layer-2-Lösungen ab und hat sich zu einem neuen Favoriten auf dem heutigen Markt entwickelt.
Plasma setzt die ursprünglichen Handelsdaten aus der Kette heraus, während Rollup die ursprünglichen Daten in die Kette einfügt. Konkret fasst es einen Stapel von Handelsinformationen zu den Rückrufdaten eines Geschäfts zusammen, packt sie dann regelmäßig in Blöcke und übergibt sie an Schicht 1, um den Datensatz zu vervollständigen. Gegenwärtig hat die Rollup-Technologie zwei Hauptrichtungen hervorgebracht - ZK-Rollup und Optimistic-Rollup.

ZK-rollup kombiniert die Zero Knowledge Proof-Technologie, um die ursprünglichen Transaktionsdaten in die Kette hochzuladen, und verwendet Zero Knowledge Proof, um die Effektivität der Trades automatisch zu überprüfen. Allerdings müssen alle Handelsdaten nachgewiesen werden, was zu einem enormen Rechenaufwand und einer schlechten Leistung des ZK-Rollup führt.

Das Optimistic-Rollup verwendet die Fraud-Proof-Technologie. Wie der Name schon sagt, ist das Konzept dieser Technologie eher "optimistisch". Nachdem die ursprünglichen Handelsdaten bestätigt wurden, wird "optimistisch" davon ausgegangen, dass alle Trades gültig sind, und es werden nicht alle Informationen geprüft, sondern nur ungültige Trades durch Fraud Proof gefunden und der entsprechende Trading-Verifizierer "bestraft".

Fazit
Augenblicklich wird Slicing + Rollup als die optimale Lösung für die Skalierung von Ethereum angesehen. Vielleicht wird in naher Zukunft der seit Jahren andauernde Streit um die Skalierung beendet sein. Dann können Blockchains, einschließlich Ethereum, endlich den Leistungsengpass durchbrechen und neue Werte schaffen. Freuen wir uns alle auf die helleren Aussichten.

Autor: Ashley. H, Gate.io Forscher
Dieser Artikel gibt nur die Meinung des Researchers 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.