Die Ethereum-Blockchain ist zwar revolutionär, hat aber aufgrund ihrer wachsenden Beliebtheit erhebliche Skalierungsprobleme. Innovative Lösungen wie ZK-Rollups ermöglichen es Ethereum nun jedoch, mehr Transaktionen pro Sekunde zu verarbeiten, die Gasgebühren zu senken und die allgemeine Skalierbarkeit zu verbessern.
Dieser Artikel beleuchtet einige der spannendsten Projekte, die ZK-Rollups im Ethereum Netzwerk nutzen. Jedes dieser Projekte zeichnet sich durch einzigartige Eigenschaften aus und demonstriert die Vielseitigkeit und das Potenzial von ZK-Rollups als Layer-2-Skalierungslösung.
Was sind ZK-Rollups?
ZK-Rollups sind eine Layer-2-Skalierungslösung Ethereum , die Zero-Knowledge-Beweise nutzt, um mehrere Transaktionen zu einem einzigen Beweis zu bündeln, der anschließend im Ethereum Mainnet veröffentlicht wird. Jede Transaktion im ZK-Rollup ist vollständig gültig, und das Ethereum Mainnet kann diesem vertrauen, ohne jede Transaktion einzeln validieren zu müssen. Dadurch wird der Bedarf an Rechenressourcen deutlich reduziert. Dies erhöht den Durchsatz von Ethereumerheblich, verringert die Netzwerküberlastung und senkt die Transaktionsgebühren.
Im Wesentlichen verlagern ZK-Rollups Berechnungen in die Blockchain und belassen nur die notwendigen Daten in der Blockchain, was zu einer drastischen Reduzierung der Gasgebühren führt. Wichtig ist, dass die Technologie durch die Aufrechterhaltung einer Datenverfügbarkeitsschicht in der Blockchain ein hohes Maß an Sicherheit gewährleistet. Dadurch wird sichergestellt, dass Nutzer ihre Guthaben auch dann abheben können, wenn die ZK-Rollup-Schicht offline ist.
Einer der Hauptvorteile von ZK-Rollups gegenüber anderen Layer-2-Lösungen ist die vollständige Kompatibilität Ethereum . Entwickler können somit ihr bestehendes Wissen und ihre Tools nutzen. Darüber hinaus gewährleisten sie die Endgültigkeit einer Transaktion: Sobald eine Transaktion in einem ZK-Rollup enthalten ist, ist sie endgültig und kann nicht rückgängig gemacht werden.
Insgesamt gelten ZK-Rollups als eine der vielversprechendsten Lösungen für die Skalierungsprobleme von Ethereum. Sie bieten schnellere und günstigere Transaktionen bei gleichzeitig hohem Maß an Sicherheit und Dezentralisierung.
Die Top-ZK-Rollup-Projekte im Jahr 2023
Verschiedene Protokolle, wie beispielsweise Kredit- und Darlehensprotokolle sowie dezentrale Börsen (DEXs), sind mittlerweile Multi-Chain-fähig. Das bedeutet, dass sie mehrere ZK-Rollup-basierte Layer-2-Ketten unterstützen und Nutzern somit verschiedene Möglichkeiten bieten, Transaktionsgebühren zu senken und schnellere Transaktionszeiten sowie eine höhere Transaktionssicherheit zu erreichen.
Wir haben einige der führenden Projekte auf dem Markt aufgelistet, die die ZK-Rollup-Technologie zur Skalierung nutzen.
Polygon
Polygon wurde ursprünglich 2017 unter dem Namen Matic Network ins Leben gerufen und ist die Idee der Ethereum Entwickler Sandeep Nailwal, Anurag Arjun, Jaynti Kanani und Mihailo Bjelic.
Polygon nutzt ZK-Rollups, um die Skalierbarkeit zu verbessern, obwohl herkömmliche ZK-Rollups gewisse Einschränkungen mit sich bringen, wie beispielsweise den hohen Zeitaufwand. Die innovative Anwendung rekursiver Beweise durch Polygon mildert diese Herausforderung. Im Gegensatz zu den meisten ZK-Rollup-basierten Blockchains, die Beweise jeweils nur für eine einzelne Transaktion generieren, kann Polygon Beweise für alle Transaktionen eines Batches erstellen, bevor dieser Batch an das Ethereum Mainnet gesendet wird.
Die einzigartige Struktur der ZK-Rollups von Polygon macht das Netzwerk schneller und kostengünstiger als die meisten anderen Skalierungslösungen mit ZK-Rollups und macht spezielle Hardware für Validatoren überflüssig. Tatsächlich sind einige Proofs im noch in Entwicklung befindlichen Netzwerk Polygon Zero nur 45 KB groß, was die Blockchain-Performance im Vergleich zu alternativen Skalierungslösungen deutlich weniger belastet.
Die ZK-Rollups von Polygon unterscheiden sich von den meisten Layer-2-Pendants dadurch, dass sie vollständig Ethereum kompatibel sind, sodass Entwickler keine neuen Sprachen beherrschen müssen, um Polygon Smarttraczu skripten, anders als bei Layer-2-Alternativen wie StarkNet.
Polygon arbeitet mit der Erzeugung mehrerer „Commit Chains“, die in gewisser Weise mit Sidechains vergleichbar sind, jedoch eine andere Funktion haben und einen größeren Teil ihrer Sicherheit aus dem Ethereum Mainnet beziehen.
StarkNet/StarkEx
StarkNet und StarkEx sind beides Produkte von Starkware, einem Unternehmen, das 2017 von Alessandro Chiesa und Eli Ben-Sasson gegründet wurde.
StarkNet ist eine weitere dezentrale Layer-2-Blockchain auf Basis von ZK-Rollup. Im Gegensatz zu Polygon müssen Entwickler, die mit StarkNet arbeiten, jedoch die Programmiersprache Cairo anstelle von Solidity beherrschen, was den Einstieg neuer Entwickler erschweren kann. Um diese Hürde zu überwinden, werden jedoch Transpiler von Solidity nach Cairo und anderen gängigen Programmiersprachen entwickelt.
StarkNet bündelt, ähnlich wie andere auf ZK-Rollup basierende Blockchains, mehrere Layer-2-Transaktionen in einer einzigen Ethereum Transaktion, wodurch die Transaktionsgeschwindigkeit erhöht und gleichzeitig die Gasgebühren reduziert werden.
Das gleiche Team, das StarkNet entwickelt hat, schuf auch StarkEx, eine weitere eigenständige Blockchain. StarkNet ermöglicht die Entwicklung öffentlicher dezentraler Anwendungen (dApps), während StarkEx als SaaS-Lösung (Software-as-a-Service) speziell für dezentrale Kryptobörsen (DEXs) entwickelt wurde und es den Börsen ermöglicht, Kosten zu senken und gleichzeitig Geschwindigkeit und Liquidität zu erhöhen.
StarkEx erweitert seine Unterstützung auf ETH, ERC-20-Token und Token anderer EVM-kompatibler Blockchains sowie die weltweit beliebten ERC-721-NFTs. Zudem arbeitet das Unternehmen an der Bereitstellung von Off-Chain-Minting-Unterstützung für ERC-1155-Semi-Fungible Dynamic NFTs. StarkEx, das seit Mitte 2020 auf Ethereum eine der größten Layer-2-Lösungen TVL . Es bildet die Grundlage für eine Vielzahl von dApps und Protokollen.
ZKSync
Die Köpfe hinter ZKSync sind Alexandr Vlasov und Alex Gluchowski von Matter Labs, die die Lösung im Jahr 2020 auf den Markt brachten.
ZKSync wurde für Hochgeschwindigkeitstransaktionen (über 2.000 TPS) bei gleichzeitig niedrigen Gasgebühren und hoher Sicherheit entwickelt und ist eine Layer-2-Skalierungslösung Ethereum . Im Gegensatz zu vielen anderen Layer-2-Lösungen ermöglicht ZKSync nahezu sofortige Auszahlungen an das Ethereum Mainnet (Layer-1). ZKSync ist das einzige zk-Rollup-Protokoll mit vollständiger EVM-Kompatibilität. Entwickler können so bestehende Smarttracvon Ethereum problemlos wiederverwenden, ohne sie für ZKSync neu schreiben oder anpassen zu müssen. Dies verbessert die Interoperabilität erheblich und verkürzt die Entwicklungszeit deutlich.
ZKSync weist in gewisser Hinsicht Ähnlichkeiten mit StarkNet und StarkEx auf, der Hauptunterschied liegt jedoch in den verwendeten Beweisprotokollen. ZKSync verwendet SNARKs (Succinct Non-Interactive ARgument of Knowledge), während StarkEx auf STARKs (Scalable Transparent ARguments of Knowledge) setzt.
ZK-SNARKs erfordern eine einmalige Einrichtung, bei der einigen wenigen Entwicklern die korrekte und sichere Codeerstellung anvertraut werden muss. Dies führt zu einer erhöhten Zentralisierung und verringertem Vertrauen. Im Gegensatz dazu nutzen ZK-STARKs öffentlich verifizierbare Zufälligkeit, um vertrauenslose, verifizierbare Systeme zu etablieren. STARKs gelten zudem als quantenresistent, SNARKs hingegen nicht. Darüber hinaus versprechen STARKs eine verbesserte Skalierbarkeit. Daher weist ZKSync im Vergleich zu StarkNet einige Nachteile auf.
Zu den bemerkenswerten Projekten, die auf der ZKSync-Blockchain eingesetzt werden, gehören Argent, Gitcoin, Yearn Finance, Gnosis Safe, Snapshot, Tally und das 1inch Network.
Unveränderliches X
Immutable ist eine Plattform, die auf Ethereumbasierende Layer-2-Lösungen anbietet. Sie stellt Entwicklern APIs und Entwicklertools zur Verfügung, um die Entwicklung von Anwendungen auf Layer-2 zu erleichtern.
Entwickler können Immutable X nutzen, um schnelle, skalierbare und sichere Anwendungen für Non-Fungible Tokens (NFTs) und Blockchain-Spiele zu erstellen. Spieleentwickler können beispielsweise mit Immutable X ausgefeilte In-Game-Ökonomien implementieren, die den tatsächlichen Besitz von Spielgegenständen gewährleisten. Sie profitieren außerdem von Funktionen wie dem kostenlosen Prägen von Spielgegenständen, schnellen und kostengünstigen In-Game-Transaktionen, selbstverwalteten Wallets, die Nutzern die Kontrolle über ihre In-Game-Gegenstände ermöglichen, und einem globalen Orderbuch für den Handel mit In-Game-Gegenständen auf dem freien Markt.
Darüber hinaus unterstützt Immutable X Handelsplattformen für Token und Assets durch schnelle, sichere und kostengünstige Transaktionen zwischen Nutzern. Es bietet ein globales Orderbuch, das maximale Liquidität gewährleistet. Zudem können Blockchain-Transaktionsanalysetools auf die APIs von Immutable X zugreifen, um leicht zugängliche Daten zu vergangenen Transaktionen, Handelsaktivitäten und Nutzerverhalten zu erhalten.
Immutable entschied sich aufgrund des Rufs von Ethereum als dezentralste, sicherste und am weitesten verbreitete Blockchain für die Entwicklung seiner Lösungen auf dieser Plattform, was zu erheblichen Netzwerkeffekten führt. Ethereum ermöglicht die Erstellung und Ausführung von Smarttracund dezentralen Anwendungen ohne Ausfallzeiten, Betrug, Kontrolle oder Eingriffe Dritter.
Immutable X bietet zwei Ausführungsebenen, die beide den ZK-Rollup-Batching-Mechanismus nutzen. ZK-Rollups bestehen aus zwei Hauptkomponenten: einem Off-Chain-Batching-Mechanismus (virtuelle Maschine), der aus einem Batch von Transaktionen, dem vorherigen und dem neuen Zustands-Root einen komprimierten kryptografischen Beweis generiert, und einem On-Chain-trac, der den aktuellen Zustands-Root speichert und die Konsistenz des Batches überprüft.
So funktionieren ZK-Rollups in Immutable X: Eine Sammlung von Layer-2-Transaktionen wird an den Batching-Mechanismus gesendet, der basierend auf den Transaktionen, dem vorherigen und dem neuen Zustandswurzel einen kryptografischen Beweis generiert. Dieser Beweis wird anschließend zur Verifizierung an den Layer-1-Smart-tracgesendet. Der Smart-tracprüft, ob die vorherige Zustandswurzel im Beweis mit seiner aktuellen Zustandswurzel übereinstimmt. Stimmen sie überein, aktualisiert der Smart-tracseine aktuelle Zustandswurzel auf die neue Zustandswurzel des Batches.
Immutable bietet aktuell zwei Layer-2-Lösungen an: StarkEx, einen Service zur Stapelverarbeitung bestimmter Transaktionstypen, die von Starkware erstellt und verwaltet werden, und Immutable zkEVM, eine Smart-trac-Plattform, mit der Entwickler Smarttracfür zkEVM schreiben und bereitstellen können. Entwickler können auf diese Lösungen zugreifen, indem sie sich registrieren oder die von Immutable X bereitgestellten API-Endpunkte nutzen. Immutable zkEVM wurde speziell für Spiele entwickelt und bietet kostengünstige, hochperformante und Ethereum-kompatible Smarttracinnerhalb eines EVM-zk-Rollup-Frameworks.
Loopring
Loopring ist ein Layer-2-Skalierungsprotokoll auf Basis der Ethereum Blockchain, das speziell für dezentrale Börsen (DEXs) entwickelt wurde. Es ermöglicht die Abwicklung von Tausenden von Transaktionen pro Sekunde und bietet vielfältige Funktionen. Neben seiner Funktion als Protokollschicht für DEXs stellt Loopring die Loopring Exchange bereit, eine Non-Custodial-Handelsplattform, die sichere und schnelle Transaktionen ohne Gasgebühren ermöglicht.
Die Schlüsseltechnologie von Loopring sind Zero-Knowledge Proofs (ZKPs), eine Blockchain-Innovation, die Transaktionen bündelt und so die Effizienz steigert. Durch die Nutzung von ZKPs ermöglicht Loopring die Entwicklung von dezentralen Börsen (DEXs) mit hohem Durchsatz und ohne Verwahrung der Transaktionen. Das Protokoll führt außerdem seinen eigenen LCR-Token ein, der zur Belohnung von Zero-Knowledge-Rollup-Betreibern (zk-Rollup) und Liquiditätsanbietern dient.
Loopringsetzt auf Zero-Knowledge Rollups (zk-Rollups), eine Layer-2-Lösung, die durch die Integration in das Ethereum Netzwerk die Skalierbarkeit verbessert. zk-Rollups konsolidieren zahlreiche Transaktionen zu einem einzigen, ressourcenschonenden Zero-Knowledge-Proof, der anschließend als Batch im Ethereum Netzwerk bestätigt wird. Dies erhöht den Transaktionsdurchsatz im Vergleich zu den Standalone-Funktionen von Ethereumerheblich. Die Berechnung der zk-Rollups erfolgt Off-Chain, während die zugrundeliegenden Daten und Transaktionen auf der Ethereum Blockchain verbleiben. Durch die Integration von zk-Rollups in DEX-Protokolle ermöglicht Loopring komplexe Berechnungen, was zu reduzierten Transaktionsgebühren und einer deutlich verbesserten Liquidität führt.
Im Vergleich zu herkömmlichen, orderbuchbasierten zentralisierten Börsen (CEXs) bieten DEXs typischerweise niedrigere Transaktionsgebühren und Unterstützung für ein breiteres Spektrum an digitalen Assets. Zentralisierte Börsen sind DEXs jedoch hinsichtlich Liquidität und Transaktionsgeschwindigkeit weiterhin überlegen. Loopring will diese Lücke durch die Integration von zk-Rollups schließen und so die Vorteile zentralisierter Börsen in das dezentrale Ökosystem einbringen.
Innerhalb des Ethereum Netzwerks ermöglichen zk-Rollups eine schnellere und kostengünstigere Validierung von Transaktionsblöcken. Sie erfordern weniger Datenintegration und lediglich einen Smarttraczur Verifizierung des finalen kryptografischen Nachweises, was die Effizienz steigert. Transaktionen, die über zk-Rollups verarbeitet werden, werden als Call-Referenzdaten in der Ethereum Blockchain gespeichert, was im Vergleich zum Abrufen von Daten aus dem Netzwerk weniger Rechenaufwand bedeutet. Durch die Kombination dieser Funktionalitäten in einem einzigen offenen Protokoll beschleunigt Loopring die Verbreitung der Blockchain-Technologie und verbessert die Effizienz im gesamten Ethereum Ökosystem.
Abschluss
Die Skalierungsprobleme der Ethereum-Blockchain werden mit innovativen Technologien wie ZK-Rollups direkt angegangen. Wie wir bereits erläutert haben, nutzen mehrere namhafte Projekte diese Technologie, um die Transaktionsgeschwindigkeit zu verbessern, Kosten zu senken und die Sicherheit im Ethereum Netzwerk zu gewährleisten.
Da diese Lösungen sich stetig weiterentwickeln und ausreifen, bergen sie das Potenzial, Ethereumvoll auszuschöpfen und es für Nutzer und Entwickler gleichermaßen zugänglicher und effizienter zu machen. Die Zukunft von Ethereumscheint untrennbar mit der Entwicklung und Anwendung von ZK-Rollups verbunden zu sein.
