Was sind die Lösungslösungen in Blockchain und wie können Sie die Skalierbarkeit verbessern?

Schicht-2-Blockchain-Lösungen wie Zustandskanäle und Rollups lindern die Einschränkungen der Schicht 1 durch Verarbeitung von Transaktionen außerhalb des Kettens, wodurch der Durchsatz erhöht und die Gebühren verringert werden.

Mar 03, 2025 at 05:36 am

Was sind die Lösungslösungen in Blockchain und wie können Sie die Skalierbarkeit verbessern?

Schlüsselpunkte:

• Verstehen Sie die Schicht 1 und die Notwendigkeit von Schicht 2: Schicht 1 Blockchains wie Bitcoin und Ethereum, behandeln Sie die Kernfunktionalitäten eines Blockchain -Netzwerks. Ihre inhärenten Einschränkungen bei der Transaktionsdurchsatz und der Verarbeitungsgeschwindigkeit führen jedoch häufig zu hohen Transaktionsgebühren und Netzwerkstaus. Lösungen für Schicht 2 sind so konzipiert, dass diese Skalierbarkeitsprobleme angegangen werden, indem ein Teil der Transaktionsverarbeitung die Hauptkette verschoben wird.
• Arten von Schicht 2-Lösungen: Wir werden mehrere prominente Skalierungslösungen der Schicht 2 untersuchen, einschließlich Zustandskanäle, Rollups (Optimistische und ZK-Snarks), Sidechains und Plasma. Jeder bietet einen anderen Ansatz zur Verbesserung der Skalierbarkeit mit unterschiedlichen Kompromissen in Bezug auf Sicherheit, Dezentralisierung und Komplexität.
• Verbesserung der Skalierbarkeit mit Schicht 2: Wir werden uns mit den technischen Mechanismen hinter jeder Schicht -2 -Lösung befassen, um zu erklären, wie sie die Belastung der Hauptkette lindern und letztendlich den Transaktionsdurchsatz erhöhen und die Gebühren verringern. Wir werden auch die laufenden Entwicklungen und Innovationen innerhalb des Schicht -2 -Raums diskutieren.
• Auswählen der rechten Lösung für Schicht 2: Die optimale Lösung für Schicht 2 hängt von bestimmten Anforderungen und Prioritäten ab. Zu den zu berücksichtigenden Faktoren gehören die erforderliche Sicherheitsgrenze, die gewünschte Dezentralisierung, die Komplexität der Implementierung und die Art der unterstützten Anwendungen.

Schicht 2 Lösungen erklärt:

• Staatskanäle:

Stellen Sie sich eine Gruppe von Menschen vor, die wiederholt untereinander abwickeln möchten. Anstatt jede einzelne Transaktion in das gesamte Netzwerk (das teuer und langsam in Schicht 1 zu übertragen) auszustrahlen, können sie einen Statuskanal öffnen. Dieser Kanal wirkt wie ein privates Off-Chain-Hauptbuch, in dem zwischen den Teilnehmern Transaktionen erfasst werden. Nur der endgültige Zustand des Kanals - das Nettoergebnis aller Transaktionen - wird in die Blockchain der Schicht 1 geschrieben. Dies reduziert die Last in der Hauptkette erheblich. Der Prozess umfasst mehrere Schritte:

 * **Channel Opening:** Participants agree to open a state channel and deposit funds into a multi-signature smart contract on the Layer 1 blockchain. This contract acts as an escrow, holding the funds until the channel is closed. The initial state of the channel is recorded, showing the initial balances of each participant. This requires a Layer 1 transaction, but it's a one-time cost. The smart contract's code is carefully audited to ensure its security and correctness, mitigating the risk of fraud. The selection of participants is crucial, and the initial state must be meticulously verified by all parties involved. The security of the entire channel relies on the correctness of the smart contract and the honest participation of all parties. Any vulnerabilities in the smart contract or malicious behavior by participants can compromise the security of the channel. The process also involves defining the rules and parameters of the channel, ensuring all participants agree on the terms of their interactions. The smart contract will enforce these rules, preventing any disputes that might arise due to ambiguous terms. A robust and well-defined set of rules is critical for the smooth and secure operation of the state channel. * **Transaction Processing:** Participants exchange funds within the channel by updating their shared state. These updates are not immediately broadcast to the main chain, significantly improving transaction speed and reducing fees. This off-chain processing allows for a high volume of transactions without burdening the main network. Each transaction is digitally signed by the participants to ensure authenticity and prevent unauthorized modifications. The use of cryptographic techniques guarantees the integrity and immutability of the transactions within the channel. The participants can use various methods to ensure the integrity of the channel, such as using a trusted execution environment or a secure multi-party computation protocol. This protects the transactions from tampering and ensures that only authorized participants can update the channel's state. * **Channel Closing:** Once the participants have finished transacting, they close the channel. The final state of the channel is broadcast to the Layer 1 blockchain as a single transaction. This transaction updates the balances of the participants on the main chain, reflecting the net result of all the off-chain transactions. The closing process involves submitting a signed transaction to the Layer 1 network. This transaction contains the final state of the channel, which is verified by the Layer 1 network. The verification process ensures the integrity of the channel and prevents any disputes about the final balances. The closing process might involve a waiting period to allow for challenges and dispute resolutions. Once the waiting period is over, the funds are released to the participants according to the final state of the channel.

• Rollups (optimistische und ZK-Snarks):

Rollups bündeln mehrere Transaktionen in eine einzelne Transaktion auf Schicht 1. Dies reduziert die Anzahl der einzelnen Transaktionen, die die Hauptkette verarbeiten muss. Es gibt zwei Haupttypen:

 * **Optimistic Rollups:** These assume that all transactions within a batch are valid unless proven otherwise. A "fraud proof" mechanism allows anyone to challenge a potentially invalid transaction within a specified time window. If a fraud is proven, the rollup is reverted. This mechanism relies on economic incentives to deter malicious actors from submitting fraudulent transactions. The longer the challenge period, the more secure the system, but it also means longer delays in finalizing transactions. The process involves several stages: * **Transaction Batching:** Transactions are collected off-chain into a batch. This batch is then submitted to the Layer 1 blockchain as a single transaction. The batch includes all the necessary information to reconstruct the transactions, such as the transaction data, the sender's addresses, and the receiver's addresses. The transaction data is usually encoded in a compact format to reduce the size of the batch. This process is optimized to minimize the size of the batch and reduce the gas costs associated with submitting the batch to the Layer 1 blockchain. A key aspect of this process is ensuring the security and integrity of the transaction batch. This is achieved through cryptographic techniques and validation mechanisms to prevent malicious actors from tampering with the batch. * **State Transition:** The rollup executes the transactions in the batch off-chain. This creates a new state root, which is a cryptographic hash representing the updated state of the rollup. The state root is then submitted to the Layer 1 blockchain as part of the transaction. The state transition process involves updating the balances of the accounts involved in the transactions. The process also involves verifying the validity of the transactions to ensure that they comply with the rules of the blockchain. Any invalid transactions are rejected, and the state transition is rolled back to the previous state. The state transition process is highly optimized to ensure that it can process a large number of transactions efficiently. * **Fraud Proof:** A challenge period is initiated, during which anyone can submit a fraud proof to challenge the validity of a transaction within the batch. If a fraud proof is provided, the rollup is reverted, and the fraudulent transaction is removed. The fraud proof mechanism relies on cryptographic techniques and consensus mechanisms to ensure the security and integrity of the system. The challenge period is typically set to a reasonable length to allow enough time for fraud proofs to be submitted, but it is also designed to prevent excessive delays in transaction finalization. The system provides incentives for individuals to participate in the fraud proof process, encouraging them to report fraudulent activities and maintain the integrity of the system. * **ZK-SNARK Rollups:** These use zero-knowledge proofs to prove the validity of transactions without revealing the transaction details. This provides greater privacy and faster finality compared to optimistic rollups, as there is no need for a challenge period. However, they are more complex to implement. * **Transaction Batching and Proof Generation:** Transactions are batched off-chain, and a succinct zero-knowledge proof is generated to attest to the validity of the entire batch. This proof is significantly smaller than the entire transaction data, allowing for efficient transmission to the Layer 1 blockchain. The process of generating zero-knowledge proofs involves complex cryptographic techniques, ensuring that the proof does not reveal any information about the transactions other than their validity. The computational cost of generating these proofs can be substantial, and the choice of cryptographic primitives is critical to balancing efficiency and security. The proof generation process is highly optimized to reduce the computational overhead and ensure the timely generation of proofs. * **Proof Verification on Layer 1:** The succinct zero-knowledge proof is submitted to the Layer 1 blockchain, along with the state root representing the updated state of the rollup. The Layer 1 network verifies the proof using a dedicated verifier contract. This verification process is significantly faster and cheaper than verifying each individual transaction. The verifier contract is carefully designed to ensure its security and efficiency. The verification process involves checking the validity of the proof and the consistency of the state root. The verifier contract only needs to process the small proof, rather than the entire batch of transactions, which significantly reduces the computational load on the Layer 1 blockchain. * **State Update:** Once the proof is verified, the Layer 1 blockchain updates its state according to the new state root, reflecting the outcome of the transactions in the batch. This process is atomic, meaning that either all transactions in the batch are applied, or none are. This ensures the consistency and integrity of the blockchain state. The state update process is highly optimized to ensure its efficiency and speed. The process also includes mechanisms to prevent race conditions and other potential issues that could compromise the integrity of the blockchain state.

• Sidechains:

Sidechains sind unabhängige Blockchains, die an die Hauptkette gebunden sind. Sie können ihre eigenen Konsensmechanismen und -parameter haben, die eine größere Flexibilität und Skalierbarkeit ermöglichen. Sie opfern jedoch typischerweise ein gewisses Maß an Sicherheit und Dezentralisierung im Vergleich zur Hauptkette. Der Prozess der Verwendung von Sidechains beinhaltet:

 * **Pegging:** A secure mechanism is required to transfer assets between the main chain and the sidechain. This usually involves locking assets on the main chain and minting corresponding tokens on the sidechain, and vice-versa. This process ensures that the value of the assets is preserved across both chains. The security of the pegging mechanism is critical, as any vulnerabilities could lead to the loss of assets. The process often involves cryptographic techniques and multi-signature schemes to ensure the integrity and security of the transactions. The choice of cryptographic primitives is crucial to balancing security and efficiency. * **Transaction Processing:** Transactions are processed on the sidechain, taking advantage of its potentially higher throughput and lower fees. The sidechain can have its own consensus mechanism, allowing for faster transaction processing. The choice of consensus mechanism depends on the specific requirements of the sidechain, balancing factors such as security, decentralization, and throughput. Proof-of-stake and delegated proof-of-stake are popular choices for sidechains due to their efficiency and scalability. * **Data Availability:** The sidechain needs to provide a mechanism to ensure the availability of transaction data. This is crucial for ensuring that the transactions on the sidechain can be audited and verified. Different mechanisms can be used to ensure data availability, such as using a distributed hash table or a network of nodes. The choice of data availability mechanism depends on the specific requirements of the sidechain, balancing factors such as security, availability, and cost.

• Plasma:

Plasma ist ein Rahmen für den Aufbau skalierbarer Kinderblockchains, die von einer Elternblockchain (oft die Hauptkette) gesichert sind. Plasmaketten können Transaktionen unabhängig verarbeiten, aber die Elternkette wirkt als endgültiger Schiedsrichter für Streitigkeiten. Dieser Ansatz bietet ein Gleichgewicht zwischen Skalierbarkeit und Sicherheit. Die Implementierung umfasst:

 * **Child Chain Creation:** A child chain is created as a separate blockchain that operates independently from the main chain. This child chain can have its own consensus mechanism and parameters, allowing for higher throughput and lower fees. The creation process involves deploying a smart contract on the main chain that governs the rules and operations of the child chain. The smart contract is carefully audited to ensure its security and correctness. * **Transaction Processing:** Transactions are processed on the child chain, taking advantage of its potentially higher throughput and lower fees. The child chain can have its own consensus mechanism, allowing for faster transaction processing. The choice of consensus mechanism depends on the specific requirements of the child chain, balancing factors such as security, decentralization, and throughput. * **Exit Mechanism:** A mechanism is needed to allow users to withdraw their assets from the child chain to the main chain. This exit mechanism is crucial for ensuring that users can access their funds at any time. The exit mechanism usually involves a waiting period and a challenge period to allow for dispute resolution. The design of the exit mechanism is critical for balancing security and usability. A well-designed exit mechanism ensures that users can withdraw their funds quickly and securely without compromising the security of the system. The exit mechanism must be robust and resilient to attacks, and it must also be easy for users to understand and use.

FAQs:

F: Was ist der Unterschied zwischen Lösungen der Schicht 1 und der Schicht 2?

A: Schicht 1 bezieht sich auf das Basisblockchain -Protokoll (z. B. Ethereum, Bitcoin). Es übernimmt die Kernfunktionen wie Konsens-, Sicherheits- und Transaktionsvalidierung. Lösungen für Schicht 2 sind auf der Schicht 1 aufgebaut, um die Skalierbarkeit zu verbessern, indem einige Verarbeitung in externe Netzwerke abgeladen wird. Layer 1 bleibt die ultimative Quelle für Sicherheit und Endgültigkeit.

F: Welche Layer -2 -Lösung ist die beste?

A: Es gibt keine einzige "beste" Layer -2 -Lösung. Die ideale Wahl hängt von den Bedürfnissen der spezifischen Anwendung, der Priorisierung von Faktoren wie Sicherheit, Dezentralisierung, Transaktionsgeschwindigkeit und Komplexität ab. Optimistische Rollups bieten eine gute Balance für viele Anwendungen, während ZK-Snarks eine stärkere Privatsphäre und eine schnellere Endgültigkeit bieten, aber komplexer sind. Statuskanäle zeichnen sich für häufige Transaktionen zwischen einer kleinen Gruppe aus, während Sidechains Flexibilität bieten, aber möglicherweise die Dezentralisierung beeinträchtigen.

F: Wie verbessern Lösungen für Schicht 2 die Skalierbarkeit?

A: Schicht 2 Lösungen lindern die Belastung der Blockchain der Schicht 1, indem sie Transaktionen außerhalb des Kettens verarbeiten. Dies führt zu einem erhöhten Transaktionsdurchsatz, einer verringerten Überlastung und niedrigeren Transaktionsgebühren. Sie erreichen dies durch verschiedene Mechanismen, wie z. B. Batching -Transaktionen (Rollups), erstellen private Kanäle (Zustandskanäle) oder verwenden separate Ketten (Sidechains und Plasma).

F: Sind Schicht 2 Lösungen sicher?

A: Die Sicherheit von Lösungen der Schicht 2 hängt von der spezifischen Implementierung und der zugrunde liegenden Sicherheit der Schicht 1 ab. Während sie die Skalierbarkeit häufig verbessern, können sie neue Schwachstellen oder Abhängigkeiten einführen. Viele Lösungen für Schicht 2 enthalten jedoch robuste Sicherheitsmechanismen wie Betrugsbeweise (optimistische Rollups) oder Null-Wissen-Beweise (ZK-Snarks), um ein hohes Sicherheitsniveau aufrechtzuerhalten. Die Sicherheit der Blockchain der Schicht 1 bleibt ein kritischer Faktor für die Gesamtsicherheit der Layer -2 -Lösung.

F: Was sind die Einschränkungen der Lösungen der Schicht 2?

A: Schicht 2 Lösungen sind kein Allheilmittel. Sie können Komplexitäten in Bezug auf Implementierung und Benutzererfahrung einführen. Einige Lösungen erfordern möglicherweise ein spezifisches technisches Fachwissen, um einzurichten und zu verwalten. Andere haben möglicherweise Einschränkungen für die Arten von Transaktionen, die sie durchführen können, oder die Dezentralisierung, die sie anbieten können. Darüber hinaus hängt die Sicherheit von Lösungen der Schicht 2 häufig von der Sicherheit der zugrunde liegenden Schicht -1 -Blockchain ab. Ein Kompromiss der Schicht 1 -Blockchain kann möglicherweise die Sicherheit der darauf basierenden Lösungen der Schicht 2 beeinflussen. Die Komplexität einiger Lösungen für die Schicht 2 kann sie auch für durchschnittliche Benutzer weniger zugänglich machen und möglicherweise ihre Einführung einschränken. Schließlich bleibt die Interoperabilität zwischen verschiedenen Lösungen der Schicht 2 eine Herausforderung, da verschiedene Lösungen unterschiedliche Protokolle und Standards verwenden können.

Diese detaillierte Erklärung bietet einen umfassenden Überblick über die Skalierungslösungen von Layer 2 im Kryptowährungsraum. Denken Sie daran, dass sich das Feld ständig weiterentwickelt und neue Lösungen und Verbesserungen kontinuierlich entwickelt werden.