Was ist Skalierbarkeit in Blockchain? Eine einfache Erklärung

Da immer mehr Einzelpersonen und Organisationen die Blockchain-Technologie einsetzen, rückt die Skalierbarkeit immer mehr in den Vordergrund. Sie kennen diesen Begriff wahrscheinlich als das größte Problem der Kryptoindustrie.

Aber was genau bedeutet „Skalierbarkeit“, insbesondere im Hinblick auf die Blockchain-Technologie, und warum ist sie so wichtig?

Was ist Blockchain-Skalierbarkeit?

„Skalierbarkeit“ bezieht sich auf die Fähigkeit eines Systems oder Prozesses, trotz Volumen- oder Größenänderungen weiter zu funktionieren. In ähnlicher Weise bezieht sich die Skalierbarkeit der Blockchain auf die Fähigkeit eines Blockchain-Protokolls, auch bei mehr Transaktionen, Daten und Benutzern weiterhin optimal zu funktionieren – ohne erhöhte Kosten.

Vitalik Buterin schlägt vor [PDF] dass Blockchain-Protokolle danach streben, dezentral, sicher und skalierbar zu sein, sie aber nur zwei dieser Eigenschaften erreichen. Und die am häufigsten geopferte Funktion ist die Skalierbarkeit.

Wenn eine Blockchain nicht skalierbar ist, verarbeitet sie Transaktionen langsam, was zu einer Überlastung des Netzwerks (Zahlungsrückstand) und höheren Gebühren führen kann. Mittlerweile kann eine skalierbare Blockchain ein hohes Transaktionsvolumen pro Sekunde (TPS) bewältigen, ohne dass die Sicherheit, die Benutzererfahrung und die Gebühren oder die Entscheidungsfindung darunter leiden (ein Konsens mit einem riesigen Netzwerk von Peer-to-Peer-Akteuren erreicht wird).

Drei Schlüsselmetriken bestimmen die Skalierbarkeit eines Blockchain-Protokolls:

1. Latenz: Die Zeit, die benötigt wird, um Transaktionen an die Netzwerkknoten zu senden und ihre Antworten zu sammeln, um einen Konsens zu erzielen, wirkt sich auf die Skalierbarkeit aus. Eine geringere Latenz führt zu einem skalierbareren Netzwerk.
2. Durchsatz: Die Skalierbarkeit eines Blockchain-Protokolls hängt auch von der Anzahl der Transaktionen ab, die es pro Sekunde verarbeiten kann. Ein höherer Durchsatz führt zu einem skalierbareren Netzwerk.
3. Kosten: Die zum Betrieb einer Blockchain erforderlichen Ressourcen (Rechenleistung, Bandbreite usw.) bestimmen deren Skalierbarkeit. Mehr Ressourcen würden höhere Netzwerkanreize bedeuten, insbesondere für mehr Netzwerkteilnehmer. Wenn die Anreize nicht im Verhältnis zu den Teilnahmekosten stehen, gibt es möglicherweise keine Netzwerkteilnehmer.

Die meisten neueren Blockchain-Protokolle wie Solana sind skalierbarer als ältere Protokolle wie Bitcoin; Dies erreichen sie jedoch in der Regel auf Kosten eines schwächeren Sicherheitssystems oder einer stärkeren Zentralisierung.

Damit Blockchains große Volkswirtschaften und Nutzergruppen unterstützen können, müssen sie skalierbar sein. Menschen werden Blockchain-Protokolle nicht übernehmen, wenn sie langsam und teuer sind, insbesondere weil es schnelle und kostengünstige traditionelle Optionen gibt. Beispielsweise ist es schneller und günstiger, mit VISA für die Bezahlung Ihrer Pizza zu bezahlen, als mit Bitcoin. Daher ist die Skalierbarkeit der Blockchain wichtig.

3 Schlüsselmethoden zur Skalierung der Blockchain

Mehrere Blockchain-Protokolle haben zahlreiche Techniken implementiert, um Latenz, Durchsatz und Kosten zu verbessern, ohne auf Sicherheit und Dezentralisierung zu verzichten. Allerdings konnte keine einzige Lösung das Blockchain-Trilemma lösen, zumal viele von ihnen Dezentralisierung oder Sicherheit opfern.

Daher nutzen Blockchain-Protokolle typischerweise mehrere Lösungen, um die Skalierbarkeit der Blockchain zu verbessern.

Diese Techniken können in drei große Lösungen eingeteilt werden.

1. Layer-1-Lösungen

Das Ziel besteht darin, das primäre Blockchain-Netzwerk für die Abwicklung von Echtzeittransaktionen zu verbessern. Dazu können Lösungen wie die Vergrößerung der Blöcke, die Verkürzung der Transaktionszeiten oder die schnellere Zusammenstellung von Antworten für einen Konsens gehören.

Layer-1-Lösungen werden in der Kette implementiert und konzentrieren sich auf die Verbesserung des Kern-Blockchain-Protokolls, ohne dass ein sekundäres Framework erforderlich ist. Typischerweise werden diese Verbesserungen mithilfe eines Blockchain-Forks vorgenommen.

Beispielsweise aktivierte Bitcoin Segregated Witness (SegWit) im Jahr 2017 durch einen Soft Fork. Diese Änderung erhöhte die Blockgrößenbeschränkungen des Protokolls und die Transaktionseffizienz. Später in diesem Jahr führte ein Hard Fork zur Schaffung von Bitcoin Cash (BCH), einer alternativen Blockchain mit größeren Blockgrößen, kürzeren Transaktionszeiten und niedrigeren Transaktionsgebühren.

Auch die Ethereum-Blockchain hat im Jahr 2022 einen Hard Fork abgeschlossen. Dadurch wurde der Konsensalgorithmus des Protokolls von Proof of Work auf Proof of Stake umgestellt. Es war die erste Phase der Einführung von Sharding, von der Buterin glaubt, dass sie das Netzwerk weiter ausbauen wird.

Blockchain-Sharding ist eine Layer-1-Lösung, erfordert jedoch keinen Fork. Stattdessen geht es darum, das Netzwerk in kleinere Partitionen – Shards – zu unterteilen, um es zu verteilen und die Transaktionsverarbeitung zu verbessern. Während Ethereum beabsichtigt, irgendwann im Jahr 2023 Sharding einzuführen, verfügt die Zilliqa-Blockchain bereits über vier Shards, was die Transaktionszeiten verkürzt, die Transaktionsgebühren senkt und die Benutzerzufriedenheit verbessert.

2. Layer-2-Lösungen

Im Gegensatz zu Layer-1-Lösungen, die auf dem Kern-Blockchain-Protokoll implementiert sind, erhöhen Layer-2-Lösungen die Skalierbarkeit der Blockchain, indem sie einige Transaktionen oder Prozesse außerhalb der Kette verschieben. Dabei handelt es sich um sekundäre Frameworks – State Channels und Rollups –, die auf dem Kern-Blockchain-Protokoll basieren, um erhöhte Transaktionsvolumina zu bewältigen.

• Staatskanäle: Mit einem staatlichen Kanal können zwei oder mehr Parteien schnell und außerhalb der Kette Transaktionen abwickeln, während die endgültige Abwicklung der Transaktion dennoch in der Kette erfolgen kann. Beispielsweise operiert das Lightning Network auf der Bitcoin-Blockchain und ermöglicht Bitcoin-Transaktionen außerhalb der Kernblockchain. Mithilfe von Smart Contracts werden die Transaktionen abgeschottet. Anschließend werden die Transaktion und ihre Endgültigkeit zur primären Blockchain hinzugefügt, was eine Streitbeilegung und Kanalschließung ermöglicht. Ein weiteres Beispiel für einen staatlichen Kanal ist das auf Ethereum basierende Raiden-Netzwerk.
• Rollups: In der Zwischenzeit führen Rollups – zum Beispiel Optimistic oder Zero-Knowledge – Transaktionen außerhalb der Kette aus und übermitteln dann die Transaktionsdaten oder den Gültigkeitsnachweis an das Kern-Blockchain-Protokoll, wo ein Konsens erzielt wird. Loopring und Aztec sind gute Beispiele für Zero-Knowledge-Rollups, während Arbitrium One und Optimism Beispiele für optimistische Rollups sind.

Darüber hinaus gibt es weitere Unterschiede zwischen Layer-1- und Layer-2-Blockchains.

3. Neue Ketten

Es können verschiedene Formen neuer Ketten – Sidechains, Plasmaketten und Validiumketten – erstellt werden, um eine effiziente Transaktionsverarbeitung zu fördern. Polygon ist beispielsweise eine Ethereum-Sidechain mit maßgeschneiderten Spezifikationen, um spezifische Anforderungen zu erfüllen, profitiert aber dennoch von der robusten Grundlage von Ethereum und verlässt sich darauf.

Obwohl diese Lösungen manchmal als Layer-2-Lösungen bezeichnet werden, unterscheiden sie sich deutlich voneinander. Layer-2-Lösungen sind Erweiterungen ihres Layer-1-Pendants und funktionieren typischerweise im Einklang mit der Kern-Blockchain. Allerdings sind Sidechains, Plasma Chains und Validium Chains eigenständigere Blockchains mit Verbindungen zu ihrem Layer-1-Gegenstück. Sie übernehmen in der Regel die Verantwortung für ihre Sicherheit, Konsensalgorithmen oder Blockparameter.

Keine Blockchain-Skalierbarkeit, keine Masseneinführung

Die Blockchain-Technologie hat das Potenzial, die Welt, wie wir sie kennen, zu verändern. Allerdings wird es die Welt nicht verändern, wenn die Skalierbarkeit weiterhin eine Einschränkung darstellt, da es keine Massenakzeptanz geben wird.

Von der Digitalisierung von Vermögenswerten bis hin zu Unternehmen, die Blockchain-Technologie zur Optimierung von Prozessen nutzen: Die Zukunft der Blockchain-Technologie ist rosig, wenn sie nachhaltig skaliert werden kann, ohne auf Dezentralisierung und Sicherheit zu verzichten.