Zwei interessante Lösungen sind an der Spitze der Layer-2-Skalierungstechnologien aufgetaucht, da das Ethereum Netzwerk mit der Skalierbarkeit kämpft: Optimistic Rollups und Zero-Knowledge (ZK) Rollups. Diese Entwicklungen zielen darauf ab, die Gebühren zu senken und den Durchsatz zu erhöhen, indem sie Transaktionen außerhalb der Kette verarbeiten, sodass der Stau auf dem Ethereum-Mainnet verringert wird. Ihre Auswirkungen im Layer-2-Bereich sind beachtlich, da sie verschiedene Lösungen für dasselbe Problem bieten und sowohl unter Investoren als auch Entwicklern Diskussionen anregen.
Die Kapazität des Ethereum-Netzwerks stand unter bisher unerhörtem Druck, da verteilte Finanzen (DeFi) und nicht-fungible Token (NFTs) aufkamen. Daten von Etherscan zeigen, dass die durchschnittlichen Gaspreise in Zeiten hoher Nachfrage gestiegen sind und gelegentlich ein Niveau erreichten, das für normale Benutzer unerschwinglich wäre. Dies unterstreicht, wie dringend geeignete Skalierungslösungen benötigt werden.
"Rollups werden derzeit als die einzige vertrauenslose Skalierungslösung für Ethereum auf kurze und mittlere Sicht angesehen, und möglicherweise sogar langfristig", betonte Ethereum-Mitbegründer Vitalik Buterin in einem Blogpost zu Layer-2-Lösungen.
Mit den Rollups, die durch diese Unterstützung in den Vordergrund gerückt wurden, sind sie nun ein wesentlicher Bestandteil von Ethereums Fahrplan.
Sowohl Optimistic Rollups als auch ZK-Rollups senden mehrere Transaktionen zusammen als einen Batch an das Ethereum-Mainnet. Sie erreichen jedoch Sicherheit und Validierung auf unterschiedliche Weise. Beteiligte, die im Ethereum-Ökosystem aufbauen oder investieren, müssen diese Unterschiede zuerst verstehen.
Dieses Papier untersucht die Mechanik von Rollups, betrachtet die spezifischen Merkmale von Optimistic Rollups und ZK-Rollups, vergleicht ihre Vor- und Nachteile und untersucht ihre gegenwärtigen und zukünftigen Anwendungen. Leser sollten daher ein umfassendes Verständnis dieser Technologien haben und wie sie letztendlich die Zukunft von Ethereum beeinflussen werden.
Was Sind Rollups?
Grundsätzlich sind Rollups Layer-2-Skalierungslösungen, die darauf abzielen, Transaktionen außerhalb der Kette zu verarbeiten und dann eine komprimierte Version der Daten zurück an das Mainnet zu liefern, um so den Durchsatz von Blockchain-Systemen wie Ethereum zu erhöhen. Das Ziel ist es, die Rechen- und Speicherbelastung der Haupt-Blockchain zu reduzieren; daher wird die Skalierbarkeit erhöht, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen.
Rollups fassen mehrere Transaktionen zu einem Batch zusammen, um viele Werte zu aggregieren od "aufzurollen." Anschließend läuft dieser Batch außerhalb der Kette und der resultierende Zustand wird zurück an das Mainnet hochgeladen. Theoretisch können Rollups somit einen Transaktionsdurchsatz in Größenordnungen erreichen, der allein auf dem Ethereum-Mainnet nicht möglich ist.
Nach dem Ethereum Improvement Proposal (EIP) 4844, manchmal auch Proto-Danksharding genannt, erregte die Idee viel Aufmerksamkeit, da sie die Datenkosten senken und somit Rollovorhersagen effektiver machen soll. Dieser Vorschlag, unter anderen, hat Rollups als einen wesentlichen Bestandteil von Ethereums Skalierungsstrategie fest etabliert.
Roll-ups nutzen die inhärente Sicherheit des Ethereum-Netzwerks. Das Posten von Transaktionsdaten oder Nachweisen zurück an das Mainnet garantiert, dass Benutzer auf die inhärenten Sicherheitsgarantien von Ethereum vertrauen können, selbst wenn die Layer-2-Lösung gehackt werden sollte. Dies ist ein entscheidendes Merkmal, das Rollups von Sidechains oder anderen Layer-2-Lösungen unterscheidet, die möglicherweise weniger Sicherheitsmechanismen haben.
Eine Analyse von ConsenSys zeigt, dass Roll-ups die Transaktionsdurchsatz von Ethereum von etwa 15 Transaktionen pro Sekunde (TPS) auf mehrere tausend TPS erhöhen könnten. Für Anwendungen, die eine hohe Skalierbarkeit erfordern, wie verteilte Börsen (DEXs), Gaming-Plattformen und Hochfrequenzhandelssysteme, machen sie dies zu einer interessanten Lösung.
Zudem sind Roll-ups nahtlos mit Ethereums Smart-Contract-Funktionen kompatibel. Verträge, die mit Layer-2-Lösungen interagieren, ermöglichen es Entwicklern, komplexe Funktionen zu erstellen, ohne das Mainnet zu belasten. Die Adoption von Roll-ups in verschiedenen Anwendungen hängt von dieser Kompatibilität ab.
Rollovers stellen jedoch keine Herausforderungen dar. Sie könnten Komplikationen mit der Datenverfügbarkeit und der Interoperabilität mit bestehenden Ethereum-Tools beinhalten und von Benutzern und Entwicklern verlangen, neue Technologien zu nutzen. Ein weiteres fortlaufendes Problem besteht darin, die Dezentralisierung sicherzustellen und zentrale Schwachstellen in Roll-up-Systemen zu vermeiden.
Was Sind Optimistic Rollups?
Optimistische Rollups sind eine Art von Rollup, die davon ausgehen, dass Transaktionen standardmäßig gültig sind, daher der Begriff "optimistisch". Sie führen Berechnungen aus—genauer gesagt, Überprüfungen—nur, wenn innerhalb einer festgelegten Herausforderungsperiode ein Betrugsnachweis erbracht wird. Da Transaktionen nicht einzeln verifiziert werden müssen, zumindest nicht, wenn kein Betrug vermutet wird, ermöglicht diese optimistische Annahme eine höhere Skalierbarkeit. Content: Abhebungen, da die Gültigkeitsnachweise sicherstellen, dass der Zustand korrekt ist.
EVM-Kompatibilität
Optimistic Rollups sind im Allgemeinen stärker EVM-kompatibel, wodurch Entwickler bestehende Ethereum-Smart-Contracts mit minimalen Änderungen bereitstellen können. ZK-Rollups hatten historisch gesehen Schwierigkeiten mit der EVM-Kompatibilität aufgrund der rechenintensiven Generierung von Nachweisen für komplexe Operationen. Fortschritte wie zkEVM zielen jedoch darauf ab, diese Lücke zu schließen.
Leistung und Skalierbarkeit
ZK-Rollups können höheren Durchsatz und niedrigere Gebühren bieten, insbesondere für einfache Transaktionen, da die Gültigkeitsnachweise die Transaktionsdaten effizienter komprimieren. Optimistic Rollups können aufgrund der Notwendigkeit von Betrugsnachweisen einen höheren Overhead haben.
Komplexität und Entwicklungsaufwand
Die Implementierung von ZK-Rollups ist aufgrund der fortgeschrittenen Kryptographie komplexer. Dies kann die Entwicklung verlangsamen und das Potenzial für Fehler erhöhen. Optimistic Rollups sind relativ einfacher zu implementieren, was zu einer schnelleren Bereitstellung von Anwendungen geführt hat.
Ökosystem-Adoption
Beide Rollup-Typen haben eine signifikante Verbreitung erfahren. Optimistic Rollups haben derzeit mehr DeFi-Anwendungen aufgrund ihrer EVM-Kompatibilität. ZK-Rollups holen auf, da die Lösungen für EVM-Kompatibilität ausreifen. Laut Dune Analytics steigt der gesamte gesperrte Wert (TVL) in beiden Lösungen, was wachsendes Vertrauen und Akzeptanz widerspiegelt.
Regulatorische Überlegungen
Die kryptographische Natur von ZK-Rollups könnte bessere Datenschutzfunktionen bieten, was in Bezug auf die Einhaltung von Vorschriften ein zweischneidiges Schwert sein kann. Optimistic Rollups sind transparenter, was möglicherweise besser mit regulatorischen Erwartungen übereinstimmt.
Anwendungsfälle für Optimistic Rollups und ZK-Rollups
Die EVM-Kompatibilität von Optimistic Rollups macht sie ideal für den Einsatz in komplexen Smart-Contract-Anwendungen. Dies macht sie ideal für DeFi-Plattformen, NFT-Marktplätze und andere Anwendungen, die komplexe Logik erfordern. Zum Beispiel hat Synthetix, ein Derivate-Liquiditätssystem, mit Optimism zusammengearbeitet, um Gebühren zu senken und die Skalierbarkeit zu erhöhen. Benutzer dieser Integration konnten synthetische Assets schneller und mit weniger Reibung handeln.
Wenn Transaktionsgeschwindigkeit und Sicherheit absolut entscheidend sind, glänzen ZK-Rollups. Die sofortige Finalität und der hohe Durchsatz von ZK-Rollups werden Zahlungs-Apps, verteilten Börsen für Spot-Handel und Gaming-Plattformen helfen. Mithilfe von ZK-Rollups hat Loopring, ein Layer-2-Protokoll, eine dezentrale Börse geschaffen, die schnelles und günstiges Handeln ermöglicht. Daten von Loopring zeigen, dass Benutzer mit Gebühren von nur 0,1 % der Mainnet-Kosten handeln können, was es recht zugänglich macht.
Darüber hinaus werden ZK-Rollups in datenschutzbewussten Anwendungen und zur Identitätsvalidierung zunehmend beliebt. Für die Einhaltung von Vorschriften und den Schutz der Privatsphäre der Benutzer ermöglichen die Zero-Knowledge-Proofs den Benutzern, Eigenschaften zu beweisen, ohne private Informationen preiszugeben – eine Fähigkeit, die sehr geschätzt wird.
Projekte wie zkSync zielen darauf ab, Smart-Contracts auf ZK-Rollups zu ermöglichen, wodurch bisher auf Optimistic Rollups beschränkte Anwendungsfälle eröffnet werden. Während sich diese Technologien entwickeln, könnten ihre Fähigkeitsspektren verwischen und den Entwicklern mehr Freiheit bieten.
Abschließende Gedanken
Der Wettbewerb zwischen Optimistic Rollups und ZK-Rollups stellt einen gesunden Fortschritt in Ethereums Streben nach Skalierbarkeit dar. Beide Technologien haben besondere Vorteile und sind unerlässlich, damit das Netzwerk die steigende Nachfrage bewältigen kann.
Mit ihrer EVM-Kompatibilität und einfacheren Implementierung sind Optimistic Rollups in der DeFi-Szene ziemlich populär geworden. Stärkere Sicherheitsgarantien und sofortige Finalität, die von ZK-Rollups geboten werden, erweitern die Grenzen der kryptographischen Erfindung.
Die beiden Optionen werden wahrscheinlich weiterhin nebeneinander im Ethereum-Ökosystem bestehen und verschiedenen Bedürfnissen und Zwecken dienen. Da ihre Entwicklung die Richtung verteilter Anwendungen erheblich beeinflussen wird, sollten Entwickler, Investoren und Verbraucher sich über diese Technologien informieren.
"In the short-term, rollups are the only trustless scaling solution, and in the long-term, they are an important part of the Ethereum ecosystem," sagte Vitalik Buterin und fasst die Umstände treffend zusammen.
Die Entwicklungen in Optimistic und ZK-Rollups unterstreichen diese Vision: Ein skalierbareres und effizienteres Ethereum-Netzwerk wird versprochen.