ZK-Rollups: eine Skalierungslösung auf Ebene 2
Startseite
Artikel
ZK-Rollups: eine Skalierungslösung auf Ebene 2

ZK-Rollups: eine Skalierungslösung auf Ebene 2

Mittel
Veröffentlicht Oct 31, 2023Aktualisiert Jan 17, 2024
7m

TL;DR

  • Eine geringe Skalierbarkeit der Blockchain f√ľhrt zu langsameren Geschwindigkeiten, h√∂heren Transaktionsgeb√ľhren und einer schlechten Nutzererfahrung. F√ľr dieses Problem gibt es zwei L√∂sungsans√§tze: L√∂sungen auf Ebene¬†1 (Layer¬†1) wie Sharding und L√∂sungen auf Ebene¬†2 (Layer¬†2) wie Rollups.

  • Layer-1-L√∂sungen zielen darauf ab, die Blockchain selbst zu verbessern, w√§hrend Layer-2-L√∂sungen auf der bestehenden Blockchain aufbauen.

  • Rollups sind eine beliebte Layer-2-L√∂sung. Sie fassen Transaktionen au√üerhalb der Blockchain zusammen, um die Berechnungen zu beschleunigen.¬†

  • Ein ZK-Rollup ist eine Art von Rollup, das eine kryptografische Technik namens Zero-Knowledge-Beweis anwendet.

  • Zero-Knowledge-Beweise erm√∂glichen die Verifizierung einer Aussage, ohne dass die zugrundeliegenden Informationen offengelegt werden, und gew√§hrleisten so Datenschutz und die Sicherheit von Transaktionen.

L√∂sungsans√§tze f√ľr das Skalierungsproblem

Mit der zunehmenden Verbreitung von Kryptow√§hrungen m√ľssen die Skalierbarkeitsprobleme von Blockchain-Netzwerken dringend gel√∂st werden. Eine √ľberlastete Blockchain f√ľhrt zu langsameren Geschwindigkeiten und h√∂heren Transaktionsgeb√ľhren. L√∂sungsans√§tze gibt es auf Ebene¬†1 und Ebene¬†2.

  • Layer-1-L√∂sungen: Sie ver√§ndern direkt die Grundstruktur der Blockchain, um dem Gesamtsystem einen h√∂heren Durchsatz zu erm√∂glichen. Ein gutes Beispiel ist das Sharding, bei dem die Blockchain in verschiedene Segmente aufgeteilt wird, was die Kapazit√§t des Systems erh√∂ht und die gleichzeitige Verarbeitung von Transaktionen erlaubt.

  • Layer-2-L√∂sungen: Sie bauen auf der Blockchain auf. Auf Ebene¬†2 werden Transaktionen ‚ÄěOff-Chain‚Äú verarbeitet und en masse auf die Basisebene zur√ľck√ľbertragen. Zu den wichtigsten Techniken geh√∂ren 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, muss man wissen, was Rollups und Zero-Knowledge-Beweise sind. 

Was sind Rollups?

Rollups erm√∂glichen es Blockchains, Transaktionsdaten au√üerhalb der Kette zu b√ľndeln und zu verarbeiten. Das Endprodukt wird anschlie√üend in die Basisebene zur√ľckgef√ľhrt. Durch die gleichzeitige Verarbeitung vieler Transaktionen wird die Blockchain nicht √ľberladen, was schnellere und kosteng√ľnstigere Berechnungen erm√∂glicht. Rollups lassen sich in zwei Kategorien einteilen: optimistische Rollups und ZK-Rollups.

  • Optimistische Rollups: Bei optimistischen Rollups wird davon ausgegangen, dass alle Transaktionen, die zusammengefasst wurden, legitim sind. Bevor diese Transaktionen in die Blockchain √ľbernommen werden, unterliegen sie einer Wartezeit, w√§hrend der das System fragw√ľrdige Transaktionen anfechten kann. Beispiele f√ľr optimistische Rollups sind Optimism, Arbitrum und opBNB.

  • ZK-Rollups: Im Gegensatz zu den optimistischen Rollups wird bei ZK-Rollups jede einzelne Transaktion mithilfe einer G√ľltigkeitspr√ľfung, die auf dem Zero-Knowledge-Verfahren basiert, validiert. ZK-Rollups sind schwieriger zu implementieren, aber bei ihnen kann die Anfechtungsphase √ľbersprungen werden, weshalb die Transaktionen theoretisch schneller verarbeitet werden.

Werfen wir nun einen Blick auf die Zero-Knowledge-Technologie.

Was ist ein Zero-Knowledge-Beweis?

Ein Zero-Knowledge-Beweis ist eine kryptografische Methode, mit der eine Partei (der Beweisf√ľhrer) einer anderen Partei (dem Pr√ľfer) beweisen kann, dass eine bestimmte Aussage wahr ist, ohne sensible Details √ľber die Aussage selbst preiszugeben.

Ein Zero-Knowledge-Beweis muss drei Bedingungen erf√ľllen:

  1. Vollständigkeit: Wenn die Aussage korrekt ist und beide Parteien aufrichtig sind, wird der Beweis immer die Korrektheit der Aussage bestätigen.

  2. Zuverl√§ssigkeit: Ein unehrlicher Beweisf√ľhrer sollte nicht in der Lage sein, einen ehrlichen Pr√ľfer von der G√ľltigkeit einer falschen Aussage zu √ľberzeugen, au√üer unter den seltensten Umst√§nden.

  3. Nullwissen: Dies ist die wichtigste Eigenschaft. Der Pr√ľfer erf√§hrt am Ende des Prozesses nur die G√ľltigkeit der Aussage, ohne Kenntnis √ľber die Informationen zu erhalten, die zu ihrer Erstellung verwendet wurden.

Wie funktioniert also ein Zero-Knowledge-Beweis? Die Methode umfasst drei Schritte:

  • √úbermittlung des Zeugen: Der Beweisf√ľhrer √ľbermittelt dem Pr√ľfer eine geheime Information, den sogenannten Zeugen. Der Beweisf√ľhrer muss dem Pr√ľfer beweisen, dass er auf bestimmte Daten zugreifen kann, ohne diese jedoch preiszugeben. Der Zeuge legt eine Reihe von Fragen zu den geheimen Informationen fest, die nur von einem legitimen Beweisf√ľhrer beantwortet werden k√∂nnen.

  • Herausforderung: Der Pr√ľfer testet den Beweisf√ľhrer, indem er ihm zuf√§llige Fragen aus dem Datensatz stellt.

  • Antwort: Der Beweisf√ľhrer weist seine Vertrauensw√ľrdigkeit nach, indem er die Fragen des Pr√ľfers richtig beantwortet.¬†

Nachdem wir jetzt wissen, was Rollups und Zero-Knowledge-Beweise sind, wollen wir im nächsten Schritt herausfinden, wie ZK-Rollups funktionieren.

Wie funktionieren ZK-Rollups?

ZK-Rollups haben zwei Kernkomponenten:

  • On-Chain-Smart-Contracts: Sie definieren die Regeln, nach denen das ZK-Rollup-Protokoll funktioniert. Sie umfassen den Haupt- und den Verifizierungskontrakt. Der Hauptkontrakt speichert Rollup-Bl√∂cke, √ľberwacht Einzahlungen und nimmt wichtige Aktualisierungen vor. Der Verifizierungskontrakt validiert die erzeugten Zero-Knowledge-Beweise.

  • Virtuelle Off-Chain-Maschinen: Sie f√ľhren Transaktionen au√üerhalb der Ethereum-Blockchain auf Ebene¬†2 aus. Sie arbeiten unabh√§ngig von der Ethereum-Blockchain.

ZK-Rollups sind eng mit der Ethereum-Blockchain verzahnt, wenngleich sie auf einer separaten Ebene laufen. Sie √ľbermitteln nicht jedes winzige Detail der Transaktionen an Ethereum, sondern liefern intelligent geb√ľndelte Zusammenfassungen, die sicherstellen, dass die Basisebene √ľbersichtlich und effizient bleibt und nicht √ľberlastet wird.

Vor- und Nachteile von ZK-Rollups

Sehen wir uns die Vor- und Nachteile der Verwendung von ZK-Rollups an.

Vorteile von ZK-Rollups

  • H√∂herer Durchsatz: ZK-Rollups verlagern die Ausf√ľhrung von Transaktionen von der Basisebene auf eine effizientere Rechenumgebung. Da die Transaktionen nicht einzeln auf der Kette verarbeitet werden, erh√∂ht sich der Gesamtdurchsatz der Blockchain.

  • Weniger √úberlastungen: ZK-Rollups tragen zu einem effizienten Betrieb auf der Basisebene bei und helfen so, √úberlastungen in der Blockchain zu vermeiden. Au√üerdem m√ľssen voll ausgelastete Knoten nur Zero-Knowledge-Beweise statt der gesamten Datens√§tze speichern.

  • Geringere Geb√ľhren: Weniger √úberlastungen f√ľhren zu niedrigeren Gesamtgeb√ľhren.

  • Sicherheitsmechanismen: ZK-Rollups verf√ľgen √ľber Sicherheitsmechanismen, die es den Nutzern erlauben, Mittel auch dann auszuzahlen, wenn eine St√∂rung im Rollup-Netzwerk vorliegt. Dies ist ein klarer Vorteil gegen√ľber Sidechains, bei denen die Mittel der Nutzer im Falle von Netzwerkausf√§llen gef√§hrdet sind.

  • Schnellere Transaktionspr√ľfung: Bei ZK-Rollups m√ľssen nur die G√ľltigkeitsnachweise innerhalb der Rollups verifiziert werden, wodurch die Dauer der Transaktionspr√ľfung verk√ľrzt wird.

Nachteile von ZK-Rollups

  • Erh√∂hte Komplexit√§t: Der gr√∂√üte Nachteil von ZK-Rollups ist ihre inh√§rente Komplexit√§t. Ihre Ausf√ľhrung ist viel anspruchsvoller als die von optimistischen Rollups.

  • Einschr√§nkungen durch die Basisebene: Trotz ihrer Effizienz sind ZK-Rollups an die Beschr√§nkungen der Basisebene gebunden.

  • Streuung der Liquidit√§t: Die Einf√ľhrung einer zweiten Ebene au√üerhalb der Blockhain f√ľhrt zu einer Streuung der Liquidit√§t im √Ėkosystem, und eine geringe Liquidit√§t in den Protokollen der Basisebene kann Probleme verursachen.

Vergleich von optimistischen Rollups und ZK-Rollups

Schauen wir uns noch einmal die Unterschiede zwischen optimistischen Rollups und ZK-Rollups im √úberblick an.


Optimistische Rollups

ZK-Rollups

Annahme zu Transaktionen

Transaktionen werden als g√ľltig angenommen.

Alle Transaktionen werden mittels Zero-Knowledge-Beweisen verifiziert.

Anfechtung

Das Netz kann betr√ľgerische Transaktionen innerhalb einer Anfechtungsfrist anfechten.

Keine Anfechtungsfrist

Beweismechanismus

Betrugsnachweise

G√ľltigkeitsnachweise

Komplexität

Vergleichsweise einfach zu implementieren

Komplexe Implementierung aufgrund der Verwendung von Zero-Knowledge-Beweisen

Verbreitung

Weit verbreitet aufgrund der geringeren Komplexität

Weniger weit verbreitet

Beispiele

Optimismus, Arbitrum und opBNB

zkSync und Starknet

Fazit

Die Skalierbarkeit wird oft als der heilige Gral der Blockchain-Technologie beschrieben. Es macht keinen Sinn, ein System zu nutzen, wenn es nicht optimal funktioniert. Sowohl optimistische Rollups als auch ZK-Rollups bieten eine elegante L√∂sung f√ľr dieses seit langem bestehende Problem. ZK-Rollups versprechen mit ihrem einzigartigen Ansatz h√∂here Transaktionsgeschwindigkeiten, weniger Netzwerkauslastung und hohe Sicherheit. Zwar ist ihre Umsetzung anspruchsvoll, doch ihr Potenzial ist enorm. Wer sich f√ľr die zuk√ľnftige Entwicklung von Kryptow√§hrungen interessiert, muss ZK-Rollups kennen. Ihnen kommt eine zentrale Rolle im Hinblick auf die Leistungsf√§higkeit und Bedeutung von Blockchains in der Zukunft zu.¬†

Weiterf√ľhrende Lekt√ľre


Haftungsausschluss: Dieser Inhalt wird dir ohne Zusicherung oder Gew√§hrleistung jeglicher Art ausschlie√ülich zu allgemeinen Informations- und Bildungszwecken zur Verf√ľgung gestellt. Er ist weder als finanzielle, rechtliche oder sonstige fachliche Beratung noch als Empfehlung f√ľr den Kauf bestimmter Produkte oder Dienstleistungen zu verstehen. Du solltest dich von einem qualifizierten professionellen Berater beraten lassen. Wenn der Artikel von einer Drittpartei verfasst wurde, beachte bitte, dass die zum Ausdruck gebrachten Ansichten diejenigen der Drittpartei sind und nicht unbedingt die der Binance Academy widerspiegeln. Bitte lies hier unseren vollst√§ndigen Haftungsausschluss f√ľr weiterf√ľhrende Informationen. Die Preise von Kryptowerten sind volatil. Der Wert deiner Anlage kann steigen oder fallen, und du erh√§ltst den investierten Betrag m√∂glicherweise nicht zur√ľck. Die Verantwortung f√ľr deine Anlageentscheidungen liegt allein bei dir. Die Binance Academy haftet nicht f√ľr etwaige Verluste, die dir entstehen. Die hier bereitgestellten Informationen stellen keine finanzielle, rechtliche oder sonstige fachliche Beratung dar. Weitere Informationen findest du in unseren Nutzungsbedingungen und unserem Risikohinweis.