Was sind Schichten in der Blockchain?

Schichten im Kontext der Blockchain-Technologie sind Ebenen der Infrastruktur, die den Aufbau einer skalierbaren und effizienten Architektur ermöglichen. Diese Schichten werden mit dem Ziel erstellt, verschiedene Arten von Operationen und Funktionalitäten zu verteilen und so unter anderem eine größere Flexibilität und Effizienz bei der Verarbeitung von Transaktionen und der Ausführung intelligenter Verträge zu ermöglichen.

Somit ist klar, dass der Hauptzweck der Schichten in der Blockchain darin besteht Lösen Sie Probleme im Zusammenhang mit Skalierbarkeit, Transaktionsgeschwindigkeit und Interoperabilität zwischen verschiedenen Blockchains oder Systemen.  Dies ist durch die Aufteilung der Funktionen in verschiedene Ebenen möglich, wodurch es einfacher wird, jede Ebene auf einen bestimmten Aspekt zu spezialisieren, was die Gesamtleistung des Systems verbessert.

Klassifizierung von Schichten oder Schichten

Die Schichten bzw. Schichten in der Blockchain lassen sich hauptsächlich in drei Kategorien einteilen:

• Schicht 1: die Basisschicht, auf der die ursprüngliche Blockchain aufgebaut ist. Beispiele hierfür sind Bitcoin, Ethereum und andere große Blockchains. Der Schwerpunkt liegt auf der Verbesserung der Kerninfrastruktur durch Konsens- oder Datenstrukturverbesserungen.
• Schicht 2: Auf Schicht 1 aufbauende Skalierbarkeitslösungen, die eine größere Anzahl von Transaktionen pro Sekunde ermöglichen, ohne dass die Basisschicht geändert werden muss. Beispiele hierfür sind das Lightning Network für Bitcoin und verschiedene Lösungen für Ethereum wie Optimism und Arbitrum, die Rollup-Technologie nutzen.
• Schicht 3: Konzentriert sich auf Anwendung und Interoperabilität und ermöglicht eine effizientere Kommunikation und Zusammenarbeit verschiedener Blockchains und Systeme.

Warum wurden diese Ebenen erstellt?

Wie wir besprochen haben, wurden Schichten in der Blockchain als Lösung für mehrere zentrale Herausforderungen geschaffen, denen sich Blockchain-Technologien der ersten Generation wie Bitcoin und Ethereum gegenübersehen. Daher können wir die folgenden Gründe nennen, warum diese Schichten entwickelt wurden:

Skalierbarkeit

Eines der größten Probleme bei Blockchains der ersten Generation ist ihre begrenzte Fähigkeit, Transaktionen schnell und effizient abzuwickeln. Beispielsweise kann Bitcoin etwa 7 Transaktionen pro Sekunde (TPS) verarbeiten, und Ethereum kann zwischen 15 und 30 TPS verarbeiten. Diese Zahlen reichen nicht aus, um die weltweite Nachfrage zu decken, insbesondere im Vergleich zu traditionellen Zahlungssystemen wie Visa, die Tausende von TPS verarbeiten können.

Hier kommen höhere Schichten ins Spiel, beispielsweise Layer-2-Lösungen, die zur Lösung dieses Problems entwickelt wurden und höhere Transaktionsvolumina ermöglichen, ohne die Sicherheit des Basisnetzwerks (Layer1) zu beeinträchtigen. Schließlich verarbeiten diese Lösungen Transaktionen außerhalb der Kette oder über Sidechains und fügen der Hauptkette regelmäßig eine Zusammenfassung dieser Transaktionen hinzu, wodurch die Überlastung und die Wartezeiten erheblich reduziert werden.

Effizienz in der Transaktionsverarbeitung

Im Zusammenhang mit der Skalierbarkeit stehen die Kosten für die Verarbeitung von Transaktionen, die im Kontext von Ethereum allgemein als „Gas“ bezeichnet werden. In Zeiten hoher Nachfrage können die Gaskosten erheblich steigen, was die Transaktionen für die Nutzer sehr teuer macht. Die oberen Schichten ermöglichen eine effizientere Verarbeitung von Transaktionen, reduzieren die damit verbundenen Kosten und machen die Blockchain für Benutzer und Entwickler zugänglicher.

Interoperabilität

Unter Interoperabilität versteht man die Fähigkeit verschiedener Blockchains, nahtlos miteinander zu kommunizieren und zu interagieren. Blockchains der ersten Generation funktionieren größtenteils als geschlossene Systeme, was ihre Fähigkeit einschränkt, die Stärken anderer Ketten zu nutzen. Die Entwicklung von Schichten, die die Interoperabilität erleichtern, wie etwa bestimmte Layer-3-Lösungen, zielt darauf ab, ein stärker vernetztes Blockchain-Ökosystem zu schaffen, in dem Vermögenswerte und Informationen nahtlos von einer Kette in eine andere übertragen werden können.

Anpassungsfähigkeit

Schließlich ermöglichen die Schichten in der Blockchain eine größere Anpassungsfähigkeit an eine Vielzahl von Anwendungen. Durch die Aufteilung der Funktionen in verschiedene Schichten können Entwickler spezifische Lösungen für verschiedene Branchen und Anwendungsfälle erstellen, von dezentraler Finanzierung (DeFi) und Gaming bis hin zu Abstimmungen und Identitätsmanagement, ohne die Basiskette zu überlasten. Dies verbessert nicht nur die Leistung, sondern fördert auch Innovation und Experimente im Blockchain-Ökosystem.

Einfluss von Schichten auf die Blockchain-Sicherheit

Ein weiterer wichtiger Punkt bei der Implementierung von Schichten in der Blockchain-Technologie sind die erheblichen Auswirkungen auf die Sicherheit des Systems. Die Auswirkungen dieser Schichten auf die Sicherheit sind komplex und vielschichtig und bieten sowohl potenzielle Verbesserungen als auch neue Herausforderungen. Im Folgenden wird untersucht, wie sich die Schichtung auf die Sicherheit im Blockchain-Ökosystem auswirkt:

Sicherheitsverbesserungen

Spezialisierung und Optimierung

Durch die Aufteilung der Funktionalitäten in verschiedene Schichten kann sich jede auf die Verarbeitung bestimmter Arten von Vorgängen oder Daten spezialisieren, was eine größere Sicherheitsoptimierung ermöglicht. Beispielsweise kann eine Ebene, die speziell für Finanztransaktionen entwickelt wurde, erweiterte Sicherheitsprotokolle implementieren, die für diese Art von Vorgängen geeignet sind, während eine andere Ebene, die sich auf intelligente Verträge konzentriert, die Sicherheit in diesem Kontext optimieren kann.

Entlastung des Hauptnetzes

Layer-2- und Layer-3-Lösungen ermöglichen die Verarbeitung von Transaktionen außerhalb der Kette, wodurch die Überlastung verringert und die Möglichkeiten für bestimmte Arten von Angriffen, wie z. B. DDoS-Angriffe (Distributed Denial of Service), begrenzt werden, die bei überlasteten Netzwerken effektiver sein können.

Sicherheitsherausforderungen und -risiken

Erhöhte Komplexität

Das Hinzufügen von Schichten erhöht die Komplexität des Blockchain-Systems. Mit jeder weiteren Schicht werden neue Protokolle und Interaktionspunkte eingeführt, was das Risiko unentdeckter Sicherheitslücken erhöhen kann. Das Sicherheitsmanagement wird komplexer und es können Kompatibilitätsprobleme zwischen den Ebenen auftreten.

Abhängigkeit von Drittanbieterlösungen

Viele Layer-2- und Layer-3-Lösungen werden von Dritten entwickelt und gewartet. Dies führt zu einer Abhängigkeit von der Sicherheit und Zuverlässigkeit dieser externen Einheiten. Wenn bei einer Layer-2-Lösung eine Sicherheitsverletzung auftritt, kann dies dazu führen, dass über sie verwaltete Gelder oder Daten gefährdet werden, selbst wenn die Basisschicht sicher bleibt.

Interoperabilität und Brücken

Durch die Interoperabilität zwischen verschiedenen Blockchains und Schichten können einzigartige Angriffsvektoren entstehen, insbesondere durch Blockchain-Brücken, die den Transfer von Vermögenswerten zwischen Ketten erleichtern. Diese Brücken sind kritische Punkte, die bei Kompromittierung Angriffe ermöglichen können, die mehrere Systeme gleichzeitig betreffen.

Sicherheitsrisiken außerhalb der Kette

Transaktionen und Daten, die außerhalb der Kette verarbeitet werden (z. B. in Layer-2-Lösungen), profitieren möglicherweise nicht von der gleichen Sicherheit, die der Blockchain innewohnt. Diese Trennung kann zu Schwachstellen führen, wenn die in diesen Schichten implementierten Sicherheitsmaßnahmen nicht so robust sind wie die in der Basiskette.

Konkrete Beispiele

• Bitcoin- und Lightning-Netzwerk: Bitcoin ist ein klares Beispiel für Layer 1, während das Lightning Network eine Layer-2-Implementierung ist, die nahezu sofortige und sehr kostengünstige Transaktionen ermöglichen soll.
• Ethereum- und Layer-2-Lösungen: Ethereum hat wie Layer 1 die Entwicklung mehrerer Layer-2-Lösungen erlebt, um seine Skalierbarkeit zu verbessern. Ein Beispiel für Layer 2 in Ethereum sind Optimism und Arbitrum, zwei Beispiele für Implementierungen, die Rollups verwenden, um Transaktionen effizienter zu verarbeiten.
• Polkadot und Cosmos: Obwohl sie sich nicht strikt an die Layer-Nomenklatur halten, sind Polkadot und Cosmos Beispiele für Projekte, die darauf abzielen, Interoperabilitätsprobleme (einen Aspekt dessen, was ein Layer 3 wäre) anzugehen, indem sie verschiedenen Blockchains erlauben, miteinander zu interagieren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Schichten der Blockchain von entscheidender Bedeutung sind, um die Einschränkungen der ersten Generationen dieser Technologie zu überwinden und eine größere Skalierbarkeit, Effizienz und Interoperabilität zu ermöglichen. Mit der Weiterentwicklung der Blockchain-Technologie werden wahrscheinlich weitere Lösungen auf jeder dieser Ebenen entwickelt.