TL;DR

Layer 1 bezieht sich auf ein Basisnetzwerk wie Bitcoin, BNB Chain oder Ethereum und dessen zugrunde liegende Infrastruktur. Layer-1-Blockchains können Transaktionen validieren und abschließen, ohne dass ein anderes Netzwerk erforderlich ist. Die Skalierbarkeit von Layer-1-Netzwerken zu verbessern, ist schwierig, wie wir bei Bitcoin gesehen haben. Als Lösung erstellen Entwickler Layer-2-Protokolle, die sich hinsichtlich Sicherheit und Konsens auf das Layer-1-Netzwerk verlassen. Das Lightning Network von Bitcoin ist ein Beispiel für ein Layer-2-Protokoll. Es ermöglicht Benutzern, Transaktionen frei durchzuführen, bevor sie in der Hauptkette aufgezeichnet werden.

Einführung

Layer 1 und Layer 2 sind Begriffe, die uns helfen, die Architektur verschiedener Blockchains, Projekte und Entwicklungstools zu verstehen. Wenn Sie sich schon einmal über die Beziehung zwischen Polygon und Ethereum oder Polkadot und seinen Parachains gewundert haben, wird es Ihnen helfen, mehr über die verschiedenen Blockchain-Layer zu erfahren.

Was ist Schicht 1?

Ein Layer-1-Netzwerk ist eine andere Bezeichnung für eine Basis-Blockchain. BNB Smart Chain (BNB), Ethereum (ETH), Bitcoin (BTC) und Solana sind allesamt Layer-1-Protokolle. Wir bezeichnen sie als Layer-1, weil dies die Hauptnetzwerke innerhalb ihres Ökosystems sind. Im Gegensatz zu Layer-1 haben wir Off-Chains und andere Layer-2-Lösungen, die auf den Hauptketten aufbauen.

Mit anderen Worten: Ein Protokoll ist Schicht 1, wenn es Transaktionen auf seiner eigenen Blockchain verarbeitet und abschließt. Sie haben auch ihren eigenen nativen Token, mit dem Transaktionsgebühren bezahlt werden.

Layer 1-Skalierung

Ein häufiges Problem bei Layer-1-Netzwerken ist ihre mangelnde Skalierbarkeit. Bitcoin und andere große Blockchains haben in Zeiten erhöhter Nachfrage Probleme, Transaktionen abzuwickeln. Bitcoin verwendet den Proof of Work (PoW)-Konsensmechanismus, der viele Rechenressourcen erfordert.

Während PoW Dezentralisierung und Sicherheit gewährleistet, neigen PoW-Netzwerke auch dazu, langsamer zu werden, wenn das Transaktionsvolumen zu hoch ist. Dies erhöht die Transaktionsbestätigungszeiten und verteuert die Gebühren.

Blockchain-Entwickler arbeiten seit vielen Jahren an Skalierbarkeitslösungen, aber es wird immer noch viel über die besten Alternativen diskutiert. Für die Layer-1-Skalierung gibt es einige Optionen:

1. Erhöhen der Blockgröße, damit in jedem Block mehr Transaktionen verarbeitet werden können.

2. Änderung des verwendeten Konsensmechanismus, beispielsweise mit dem kommenden Ethereum 2.0-Update.

3. Sharding implementieren.  Eine Form der Datenbankpartitionierung.

Die Implementierung von Verbesserungen auf Layer 1 erfordert erheblichen Arbeitsaufwand. In vielen Fällen werden nicht alle Netzwerkbenutzer mit der Änderung einverstanden sein. Dies kann zu Community-Spaltungen oder sogar zu einem Hard Fork führen, wie es 2017 bei Bitcoin und Bitcoin Cash der Fall war.

SegWit

Ein Beispiel für eine Layer-1-Lösung zur Skalierung ist Bitcoins SegWit (Segregated Witness). Dies erhöhte den Durchsatz von Bitcoin, indem es die Art und Weise änderte, wie Blockdaten organisiert sind (digitale Signaturen sind nicht länger Teil des Transaktions-Inputs). Die Änderung gab mehr Platz für Transaktionen pro Block frei, ohne die Sicherheit des Netzwerks zu beeinträchtigen. SegWit wurde über einen abwärtskompatiblen Soft Fork implementiert. Das bedeutet, dass selbst die Bitcoin-Knoten, die noch nicht mit SegWit aktualisiert wurden, weiterhin Transaktionen verarbeiten können.

Was ist Layer-1-Sharding?

Sharding ist eine beliebte Layer-1-Skalierungslösung, die zur Steigerung des Transaktionsdurchsatzes verwendet wird. Die Technik ist eine Form der Datenbankpartitionierung, die auf Blockchain-Distributed-Ledger angewendet werden kann. Ein Netzwerk und seine Knoten werden in verschiedene Shards aufgeteilt, um die Arbeitslast zu verteilen und die Transaktionsgeschwindigkeit zu verbessern. Jeder Shard verwaltet eine Teilmenge der Aktivität des gesamten Netzwerks, d. h. er hat seine eigenen Transaktionen, Knoten und separaten Blöcke.

Beim Sharding ist es nicht mehr erforderlich, dass jeder Knoten eine vollständige Kopie der gesamten Blockchain verwaltet. Stattdessen meldet jeder Knoten die abgeschlossene Arbeit an die Hauptkette zurück, um den Status seiner lokalen Daten, einschließlich des Adressbestands und anderer wichtiger Kennzahlen, mitzuteilen.

Schicht 1 vs. Schicht 2

Wenn es um Verbesserungen geht, ist nicht alles auf Ebene 1 lösbar. Aufgrund technologischer Einschränkungen sind bestimmte Änderungen im Haupt-Blockchain-Netzwerk schwierig oder fast unmöglich durchzuführen. Ethereum beispielsweise wird auf Proof of Stake (PoS) umgestellt, aber die Entwicklung dieses Prozesses hat Jahre gedauert.

Einige Anwendungsfälle funktionieren aufgrund von Skalierbarkeitsproblemen einfach nicht mit Layer 1. Ein Blockchain-Spiel könnte das Bitcoin-Netzwerk aufgrund der langen Transaktionszeiten nicht realistisch nutzen. Das Spiel möchte jedoch möglicherweise trotzdem die Sicherheit und Dezentralisierung von Layer 1 nutzen. Die beste Option besteht darin, auf dem Netzwerk eine Layer-2-Lösung aufzubauen.

Lightning-Netzwerk

Layer-2-Lösungen bauen auf Layer 1 auf und verlassen sich darauf, um ihre Transaktionen abzuschließen. Ein berühmtes Beispiel ist das Lightning Network. Bei starkem Datenverkehr kann das Bitcoin-Netzwerk Stunden brauchen, um Transaktionen abzuwickeln. Das Lightning Network ermöglicht es Benutzern, außerhalb der Hauptkette schnell mit ihren Bitcoins zu bezahlen, und der endgültige Saldo wird später an die Hauptkette zurückgemeldet. Dadurch werden im Wesentlichen alle Transaktionen in einem endgültigen Datensatz gebündelt, was Zeit und Ressourcen spart.

Beispiele für Layer-1-Blockchains

Nachdem wir nun wissen, was Layer 1 ist, schauen wir uns einige Beispiele an. Es gibt eine große Vielfalt an Layer-1-Blockchains und viele unterstützen einzigartige Anwendungsfälle. Es ist nicht alles Bitcoin und Ethereum, und jedes Netzwerk hat unterschiedliche Lösungen für das Trilemma der Blockchain-Technologie aus Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit.

Elrond

Elrond ist ein 2018 gegründetes Layer-1-Netzwerk, das Sharding zur Verbesserung seiner Leistung und Skalierbarkeit nutzt. Die Elrond-Blockchain kann über 100.000 Transaktionen pro Sekunde (TPS) verarbeiten. Seine beiden einzigartigen Hauptmerkmale sind sein Secure Proof of Stake (SPoS)-Konsensprotokoll und Adaptive State Sharding.

Adaptives State Sharding erfolgt durch Shard-Splits und -Merges, wenn das Netzwerk Benutzer verliert oder hinzugewinnt. Die gesamte Architektur des Netzwerks wird in Shards aufgeteilt, einschließlich seines Status und seiner Transaktionen. Validatoren bewegen sich auch zwischen Shards, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer böswilligen Übernahme eines Shards verringert wird.

Elronds nativer Token EGLD wird für Transaktionsgebühren, die Bereitstellung von DApps und die Belohnung von Benutzern verwendet, die am Validierungsmechanismus des Netzwerks teilnehmen. Darüber hinaus ist das Elrond-Netzwerk als CO2-negativ zertifiziert, da es mehr CO2 ausgleicht, als sein PoS-Mechanismus verursacht.

Harmonie

Harmony ist ein Effective Proof of Stake (EPoS)-Layer-1-Netzwerk mit Sharding-Unterstützung. Das Mainnet der Blockchain hat vier Shards, die jeweils parallel neue Blöcke erstellen und verifizieren. Ein Shard kann dies mit seiner eigenen Geschwindigkeit tun, d. h. sie können alle unterschiedliche Blockhöhen haben.

Harmony verwendet derzeit eine „Cross-Chain Finance“-Strategie, um Entwickler und Benutzer anzuziehen. Vertrauenslose Brücken zu Ethereum (ETH) und Bitcoin spielen eine Schlüsselrolle, da sie es Benutzern ermöglichen, ihre Token ohne die üblichen Verwahrungsrisiken auszutauschen, die bei Brücken auftreten. Harmonys Hauptvision für die Skalierung von Web3 basiert auf dezentralen autonomen Organisationen (DAOs) und Zero-Knowledge-Beweisen.

Die Zukunft von DeFi (Decentralized Finance) scheint auf Multi-Chain- und Cross-Chain-Möglichkeiten zu liegen, was die Überbrückungsdienste von Harmony für Benutzer attraktiv macht. Der Schwerpunkt liegt dabei auf NFT-Infrastruktur, DAO-Tools und Interprotokoll-Brücken.

Sein nativer Token, ONE, wird zur Zahlung von Netzwerktransaktionsgebühren verwendet. Es kann auch eingesetzt werden, um am Konsensmechanismus und der Governance von Harmony teilzunehmen. Dies bietet erfolgreichen Validierern Blockbelohnungen und Transaktionsgebühren.

Stirn

Celo ist ein Layer-1-Netzwerk, das 2017 von Go Ethereum (Geth) abgezweigt wurde. Es wurden jedoch einige wesentliche Änderungen vorgenommen, darunter die Implementierung von PoS und eines einzigartigen Adresssystems. Das Celo Web3-Ökosystem umfasst DeFi, NFTs und Zahlungslösungen mit mehr als 100 Millionen bestätigten Transaktionen. Auf Celo kann jeder eine Telefonnummer oder E-Mail-Adresse als öffentlichen Schlüssel verwenden. Die Blockchain lässt sich problemlos mit Standardcomputern ausführen und erfordert keine spezielle Hardware.

Der Haupttoken von Celo ist CELO, ein Standard-Utility-Token für Transaktionen, Sicherheit und Belohnungen. Das Celo-Netzwerk verfügt außerdem über cUSD, cEUR und cREAL als Stablecoins. Diese werden von Benutzern generiert und ihre Pegs werden durch einen Mechanismus aufrechterhalten, der dem DAI von MakerDAO ähnelt. Außerdem können Transaktionen, die mit Celo-Stablecoins getätigt werden, mit jedem anderen Celo-Asset bezahlt werden.

Das Adresssystem und der Stablecoin von CELO zielen darauf ab, Kryptowährungen zugänglicher zu machen und die Akzeptanz zu verbessern. Die Volatilität des Kryptomarktes und die Schwierigkeiten für Neueinsteiger können für viele entmutigend sein.

THORChain

THORChain ist eine kettenübergreifende, erlaubnisfreie dezentrale Börse (DEX). Es handelt sich um ein Layer-1-Netzwerk, das mit dem Cosmos SDK erstellt wurde. Es verwendet auch den Tendermint-Konsensmechanismus zur Validierung von Transaktionen. Das Hauptziel von THORChain besteht darin, dezentrale kettenübergreifende Liquidität zu ermöglichen, ohne dass Vermögenswerte gebunden oder verpackt werden müssen. Für Multi-Chain-Investoren erhöhen Bindung und Verpackung das Prozessrisiko zusätzlich.

Tatsächlich fungiert THORChain als Tresormanager, der Ein- und Auszahlungen überwacht. Dies trägt zur Schaffung dezentraler Liquidität bei und entfernt zentrale Vermittler. RUNE ist das native Token von THORChain, das zum Bezahlen von Transaktionsgebühren sowie für Governance, Sicherheit und Validierung verwendet wird.

Das Automated Market Maker (AMM)-Modell von THORChain verwendet RUNE als Basispaar, was bedeutet, dass Sie RUNE gegen jedes andere unterstützte Asset tauschen können. In gewisser Weise funktioniert das Projekt wie ein kettenübergreifendes Uniswap, wobei RUNE ein Abwicklungs- und Sicherheits-Asset für Liquiditätspools ist.

Kava

Kava ist eine Layer-1-Blockchain, die die Geschwindigkeit und Interoperabilität von Cosmos mit der Entwicklerunterstützung von Ethereum kombiniert. Mithilfe einer „Co-Chain“-Architektur verfügt das Kava-Netzwerk über eine eigene Blockchain für die Entwicklungsumgebungen EVM und Cosmos SDK. In Verbindung mit der IBC-Unterstützung auf der Cosmos-Co-Chain können Entwickler dezentrale Anwendungen bereitstellen, die nahtlos zwischen den Ökosystemen von Cosmos und Ethereum zusammenarbeiten.

Kava verwendet den Tendermint PoS-Konsensmechanismus und bietet den Anwendungen auf der EVM-Co-Chain leistungsstarke Skalierbarkeit. Das von der KavaDAO finanzierte Kava-Netzwerk bietet auch offene On-Chain-Entwickleranreize, mit denen die 100 besten Projekte auf jeder Co-Chain je nach Nutzung belohnt werden sollen.

Kava hat einen nativen Utility- und Governance-Token, KAVA, und einen an den US-Dollar gekoppelten Stablecoin, USDX. KAVA wird zur Bezahlung von Transaktionsgebühren verwendet und von Validierern eingesetzt, um einen Netzwerkkonsens zu erzeugen. Benutzer können ihr eingesetztes KAVA an Validierer delegieren, um einen Anteil an KAVA-Emissionen zu verdienen. Staker und Validierer können auch über Governance-Vorschläge abstimmen, die die Parameter des Netzwerks bestimmen.

IoTeX

IoTeX ist ein 2017 gegründetes Layer-1-Netzwerk mit dem Schwerpunkt, Blockchain mit dem Internet der Dinge zu kombinieren. Dies gibt Benutzern die Kontrolle über die von ihren Geräten generierten Daten und ermöglicht „maschinengestützte DApps, Assets und Dienste“. Ihre persönlichen Daten haben einen Wert und die Verwaltung über Blockchain garantiert sicheres Eigentum.

Die Kombination aus Hardware und Software von IoTeX bietet eine neue Lösung, mit der Benutzer ihre Privatsphäre und Daten kontrollieren können, ohne das Benutzererlebnis zu beeinträchtigen. Das System, mit dem Benutzer aus ihren realen Daten digitale Vermögenswerte gewinnen können, heißt MachineFi.

IoTeX hat zwei bemerkenswerte Hardwareprodukte namens Ucam und Pebble Tracker herausgebracht. Ucam ist eine fortschrittliche Überwachungskamera für den Heimbereich, mit der Benutzer ihr Zuhause von überall und in absoluter Privatsphäre überwachen können. Pebble Tracker ist ein intelligentes GPS mit 4G-Unterstützung und Track-and-Trace-Funktionen. Es verfolgt nicht nur GPS-Daten, sondern auch Umgebungsdaten in Echtzeit, einschließlich Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftqualität.

In Bezug auf die Blockchain-Architektur baut IoTeX auf einer Reihe von Layer-2-Protokollen auf. Die Blockchain bietet Tools zum Erstellen benutzerdefinierter Netzwerke, die IoTeX zur Finalisierung verwenden. Diese Ketten können auch miteinander interagieren und Informationen über IoTeX austauschen. Entwickler können dann problemlos eine neue Unterkette erstellen, um die spezifischen Anforderungen ihres IoT-Geräts zu erfüllen. Die Münze von IoTeX, IOTX, wird für Transaktionsgebühren, Staking, Governance und Netzwerkvalidierung verwendet.

Abschließende Gedanken

Das heutige Blockchain-Ökosystem verfügt über mehrere Layer-1-Netzwerke und Layer-2-Protokolle. Man kommt leicht durcheinander, aber sobald man die grundlegenden Konzepte verstanden hat, wird es einfacher, die Gesamtstruktur und -architektur zu verstehen. Dieses Wissen kann bei der Untersuchung neuer Blockchain-Projekte nützlich sein, insbesondere wenn sie sich auf Netzwerkinteroperabilität und kettenübergreifende Lösungen konzentrieren.