TL;DR
Eine geringe Skalierbarkeit der Blockchain führt zu langsameren Geschwindigkeiten, höheren Transaktionsgebühren und einem schlechten Benutzererlebnis. Dies kann möglicherweise durch Layer-1-Lösungen (z. B. Sharding) und Layer-2-Lösungen (z. B. Rollups) behoben werden.
Layer-1-Lösungen zielen darauf ab, die Blockchain selbst zu aktualisieren, während Layer-2-Lösungen ein Framework über der vorhandenen Kette erstellen.
Rollups sind eine beliebte Layer-2-Lösung. Sie bündeln Transaktionen außerhalb der Kette für eine schnellere Berechnung.
Zk-Rollups sind eine Art Rollup-Implementierung, die eine kryptografische Technik namens Zero-Knowledge-Proofs verwendet.
Zero-Knowledge-Beweise ermöglichen eine Überprüfung ohne Offenlegung der zugrunde liegenden Daten und gewährleisten so die Privatsphäre und Sicherheit der Transaktionen.
Das Rennen um die Skalierbarkeit der Blockchain
Da Kryptowährungen immer mehr Verbreitung finden, ist es unerlässlich, die Skalierbarkeitsprobleme von Blockchain-Netzwerken zu lösen. Eine überlastete Blockchain führt zu langsameren Geschwindigkeiten und höheren Transaktionsgebühren. Um dies zu beheben, haben wir zwei primäre Frameworks: Layer-1- und Layer-2-Lösungen.
Layer-1-Lösungen: Diese Lösungen überarbeiten direkt die grundlegende Struktur der Blockchain, um dem Gesamtsystem einen höheren Durchsatz zu ermöglichen. Sharding ist ein Paradebeispiel. Durch die Segmentierung der Blockchain in unterschiedliche Sektoren wird die Kapazität des Systems erhöht und die gleichzeitige Transaktionsverarbeitung ermöglicht.
Layer-2-Lösungen: Diese Lösungen arbeiten auf der Basis-Blockchain. In Layer 2 werden Transaktionen außerhalb der Blockchain verarbeitet und en masse in die Basis-Blockchain übertragen. Zu den wichtigsten Techniken gehören State Channels, Sidechains und Rollups. Zk-Rollups sind eine Form von Rollups, die Zero-Knowledge-Beweise verwenden.
Was sind Zk-Rollups?
Um Zk-Rollups zu verstehen, ist es wichtig, Rollups und Zero-Knowledge-Beweise zu verstehen.
Was sind Rollups?
Rollups ermöglichen es den Blockchains, Transaktionsdaten zu bündeln und außerhalb der Blockchain zu verarbeiten. Nach der Verarbeitung wird das Endergebnis ordnungsgemäß an die Basiskette übermittelt. Die gleichzeitige Verarbeitung so vieler Transaktionen eliminiert die Gefahr einer Blockchain-Aufblähung und ermöglicht schnellere und kostengünstigere Berechnungen. Rollups fallen in zwei Kategorien: Optimistische und Zk-Rollups.
Optimistische Rollups: Optimistische Rollups basieren auf einer Annahme – alle Transaktionen, die sie zusammenfassen, sind legitim. Bevor diese Transaktionen in die Blockchain übertragen werden, durchlaufen sie eine Wartezeit. Während dieser Wartezeit erhebt das Netzwerk Einspruch, um fragwürdige Transaktionen anzufechten. Optimism, Arbitrum und opBNB sind Beispiele für optimistische Rollups.
Zk-Rollups: Im Gegensatz zu ihren optimistischen Gegenstücken validieren zk-Rollups jede einzelne Transaktion über Gültigkeitsnachweise auf Basis von Zero-Knowledge-Verfahren. Obwohl die Implementierung von zk-Rollups komplexer ist, sind sie darauf ausgelegt, die bei optimistischen Rollups auftretende Streitbeilegungsphase zu umgehen und Transaktionen theoretisch schneller zu verarbeiten.
Sehen wir uns nun die Zero-Knowledge-Beweise an.
Was sind Zero-Knowledge-Beweise?
Der Zero-Knowledge-Proof (ZKP) ist ein kryptografisches Tool, mit dem eine Partei (der Beweiser) einer anderen (der Prüfer) die Wahrheit einer bestimmten Aussage beweisen kann, ohne irgendwelche komplizierten Details über die Aussage preiszugeben.
Ein ZKP muss drei Eigenschaften haben:
Vollständigkeit: Wenn die Aussage wahr ist und beide Parteien authentisch sind, wird der Beweis immer ihre Wahrhaftigkeit bestätigen.
Korrektheit: Ein unwahrer Beweiser sollte einen ehrlichen Prüfer nur in den seltensten Fällen von der Gültigkeit einer falschen Aussage überzeugen können.
Zero-Knowledge: Das prägendste Merkmal. Der Prüfer erfährt am Ende des Prozesses lediglich die Gültigkeit der Aussage, ohne Einblick in deren Inhalt zu erhalten.
Wie funktioniert also ein ZKP? Die Methodik kann in drei Schritte unterteilt werden:
Zeuge: In der ersten Phase liefert der Beweiser dem Prüfer eine geheime Information, einen „Zeugen“. Dabei geht es darum, dem Prüfer zu beweisen, dass der Beweiser auf bestimmte Daten zugreifen kann, ohne diese explizit zu erwähnen. Der Zeuge stellt eine Reihe von Fragen zu den Informationen, die nur von einem legitimen Beweiser beantwortet werden können.
Herausforderung: In dieser Phase fordert der Prüfer den Beweiser heraus, indem er zufällige Fragen aus dem Satz auswählt.
Antwort: Der Beweiser beantwortet die Fragen des Prüfers erfolgreich und beweist damit seine Glaubwürdigkeit.
Jetzt wissen wir, was Rollups und ZKPs sind. Lassen Sie uns sie unter einen Hut bringen und verstehen, wie ZK-Rollups funktionieren.
Wie funktionieren Zk-Rollups?
Zk-Rollups haben zwei Kernkomponenten:
On-Chain-Verträge: Die Smart Contracts definieren die Regeln, nach denen das zk-rollup-Protokoll funktioniert. Es besteht aus dem Hauptvertrag und dem Verifier-Vertrag. Der Hauptvertrag speichert Rollup-Blöcke, verfolgt Einzahlungen und nimmt wichtige Aktualisierungen vor. Der Verifier-Vertrag validiert die generierten ZKPs.
Off-Chain-virtuelle Maschinen: Diese Maschinen handhaben die Transaktionsausführung außerhalb der Ethereum-Basis-Blockchain in L2. Die Off-Chain-virtuellen Maschinen arbeiten unabhängig von der Ethereum-Kette.
Zk-Rollups sind eng mit der Ethereum-Blockchain verwoben, wenn auch in einer einzigartigen Schicht. Sie überschwemmen Ethereum nicht mit jedem kleinsten Transaktionsdetail. Stattdessen bieten sie auf intelligente Weise gebündelte Zusammenfassungen und stellen so sicher, dass die Basisschicht übersichtlich und effizient bleibt.
Vor- und Nachteile der Verwendung von Zk-Rollups
Was sind also die Vorteile der Verwendung von zk-Rollups? Werfen wir einen Blick darauf.
Vorteile von zk-Rollups
Erhöhter Durchsatz: Zk-Rollups verlagern die Transaktionsausführung von der Basisschicht in eine effizientere Computerumgebung. Da die Transaktionen nicht einzeln in der Kette verarbeitet werden, erhöht dies den Gesamtdurchsatz.
Überlastung reduzieren: Durch die Reduzierung der Blockchain-Aufblähung helfen zk-Rollups bei effizienten Layer-1-Operationen. Außerdem müssen vollständige Knoten nur Zero-Knowledge-Beweise statt der gesamten Daten speichern.
Reduzierte Gebühren: Aufgrund der geringeren Überlastung tragen zk-Rollups zur Reduzierung der Gesamtgebühren bei.
Sicherheitsmaßnahmen: Zk-Rollups enthalten Sicherheitsmaßnahmen, die es Benutzern ermöglichen, Geld abzuheben, selbst wenn es Probleme mit dem Rollup-Netzwerk gibt. Dies ist ein klarer Vorteil gegenüber Sidechains, bei denen Gelder bei Netzwerkausfällen gefährdet sein können.
Schnellere Frist zur Transaktionsanfechtung: Bei zk-Rollups müssen nur die Gültigkeitsnachweise innerhalb der Rollups überprüft werden, was die Frist zur Transaktionsanfechtung beschleunigt.
Nachteile von zk-Rollups
Komplexität: Der größte Nachteil von zk-Rollups ist ihre inhärente Komplexität. Ihre Ausführung ist weitaus komplizierter als die von optimistischen Rollups.
Eingeschränkt durch die Basisschicht: Trotz ihrer Effizienz sind zk-Rollups immer noch an die Einschränkungen der darunter liegenden Basisschicht gebunden.
Liquiditätsfragmentierung: Jede Schicht 2 führt zur Streuung der Liquidität im Ökosystem. Geringe Liquidität in den Basisschichtprotokollen könnte zu potenziellen Problemen führen.
Optimistische Rollups vs. Zk-Rollups
Sehen wir uns an, wie optimistische Rollups und zk-Rollups zusammenpassen.
Abschließende Gedanken
Skalierbarkeit wird oft als der „Heilige Gral“ der Blockchain-Technologien angepriesen. Es macht keinen Sinn, ein System zu verwenden, wenn es nicht optimal funktioniert. Rollups, sowohl optimistische als auch zk-Rollups, haben eine elegante Lösung für dieses langjährige Problem geboten. Zk-Rollups versprechen mit ihrem einzigartigen Ansatz höhere Geschwindigkeiten, weniger Verkehr und robuste Sicherheit. Ja, sie haben ihre Komplexitäten, aber ihr Potenzial ist riesig. Für jeden, der sich für die Zukunft der digitalen Währung interessiert, ist es ein Muss, Zk-Rollups zu verstehen. Da wir auf eine bessere Blockchain-Leistung drängen, ist es jetzt an der Zeit, sich mit Zk-Rollups und ihrem Versprechen für die Zukunft vertraut zu machen.
Weitere Informationen
Optimistische vs. Zero-Knowledge-Rollups: Was ist der Unterschied?
Was ist ein ZkEVM und wie kann es das Ethereum-Ökosystem verbessern?
Blockchain Layer 1 vs. Layer 2 Skalierungslösungen
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