Die Blockchain von Ethereum war zwar revolutionär, hat jedoch aufgrund ihrer wachsenden Beliebtheit erhebliche Skalierungsprobleme erlebt. Innovative Lösungen wie ZK-Rollups machen es jedoch jetzt möglich, dass Ethereum mehr Transaktionen pro Sekunde abwickeln, Gas-Gebühren senken und die allgemeine Skalierbarkeit verbessern kann.
Dieser Artikel untersucht einige der aufregendsten Projekte, die ZK-Rollups im Ethereum-Netzwerk nutzen. Jedes dieser Projekte bringt einzigartige Attribute ein und demonstriert die Vielseitigkeit und das Potenzial von ZK-Rollups als Layer-2-Skalierungslösung.
Was sind ZK-Rollups?
ZK-Rollups sind eine Ethereum-Layer-2-Skalierungslösung, die Zero-Knowledge-Beweise verwendet, um mehrere Transaktionen zu einem einzigen Beweis zu bündeln, der dann im Ethereum-Hauptnetz veröffentlicht wird. Jede Transaktion im ZK-Rollup ist vollständig gültig, und das Ethereum-Hauptnetz kann diesem vertrauen, ohne jede Transaktion einzeln validieren zu müssen, wodurch der Bedarf an Rechenressourcen erheblich reduziert wird. Dies erhöht die Durchsatzkapazität von Ethereum erheblich, verringert die Überlastung und senkt die Transaktionsgebühren.
Im Wesentlichen verlagern ZK-Rollups die Berechnung off-chain und lassen nur die notwendigen Daten on-chain, was zu einem drastischen Rückgang der Gas-Gebühren führt. Wichtig ist, dass die Technologie hilft, ein hohes Maß an Sicherheit zu bewahren, indem eine Datenverfügbarkeitsschicht on-chain aufrechterhalten wird. Dies stellt sicher, dass Benutzer ihre Mittel auch dann abheben können, wenn die ZK-Rollup-Schicht offline geht.
Einer der Hauptvorteile von ZK-Rollups gegenüber anderen Layer-2-Lösungen besteht darin, dass sie die vollständige Kompatibilität mit Ethereum aufrechterhalten, was bedeutet, dass Entwickler ihr bestehendes Wissen und ihre Tools nutzen können. Darüber hinaus bieten sie Finalität, was bedeutet, dass eine Transaktion, die in ein ZK-Rollup aufgenommen wurde, endgültig ist und nicht rückgängig gemacht werden kann.
Insgesamt werden ZK-Rollups als eine der vielversprechendsten Lösungen für die Skalierungsprobleme von Ethereum angesehen, die schnellere und günstigere Transaktionen bietet und gleichzeitig ein hohes Maß an Sicherheit und Dezentralisierung aufrechterhält.
Die Top-ZK-Rollup-Projekte in 2023
Mehrere Protokolle, wie Kredit- und Leihprotokolle sowie dezentrale Börsen (DEXs), sind zu Multi-Chain-Protokollen geworden. Das bedeutet, dass sie mehrere auf ZK-Rollups basierende Layer-2-Netzwerke unterstützen, was den Nutzern verschiedene Möglichkeiten bietet, Transaktionsgebühren zu senken und schnellere Transaktionszeiten und Finalität zu erreichen.
Wir haben einige der führenden Projekte auf dem Markt aufgelistet, die ZK-Rollup-Technologie zur Skalierung nutzen.
Polygon
Polygon wurde ursprünglich 2017 unter dem Namen Matic Network gestartet und ist das Werk 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 bestimmte Einschränkungen mit sich bringen, wie beispielsweise den Bedarf an erheblicher Zeit. Die geniale Anwendung rekursiver Beweise durch Polygon mildert diese Herausforderung. Im Gegensatz zu durchschnittlichen auf ZK-Rollups basierenden Blockchains, die Beweise für eine einzelne Transaktion zu einem Zeitpunkt generieren, hat Polygon die Fähigkeit, Beweise für jede Transaktion in einem Batch zu erstellen, bevor der Batch an das Ethereum-Hauptnetz gesendet wird.
Die einzigartige Struktur von Polygons ZK-Rollups macht das Netzwerk schneller und kostengünstiger als die Mehrheit anderer ZK-Rollup-Skalierungslösungen, wodurch die Notwendigkeit entfällt, dass Validatoren über spezialisierte Ausrüstung verfügen müssen. Tatsächlich sind einige Beweise im sich noch in der Entwicklung befindlichen Netzwerk Polygon Zero so kompakt wie 45 KB, was die Blockchain-Leistung im Vergleich zu alternativen Skalierungslösungen erheblich weniger belastet.
Polygons ZK-Rollups unterscheiden sich von den meisten Layer-2-Pendants dadurch, dass sie vollständig mit Ethereum kompatibel sind, sodass Entwickler keine neuen Sprachen beherrschen müssen, um Smart Contracts für Polygon zu programmieren, im Gegensatz zu Layer-2-Alternativen wie StarkNet.
Polygon funktioniert, indem es mehrere „Commit Chains“ erzeugt, die Sidechains somewhat ähnlich sind, aber eine unterschiedliche Funktion haben und einen größeren Anteil ihrer Sicherheit aus dem Ethereum-Hauptnetz beziehen.
StarkNet/StarkEx
StarkNet und StarkEx sind beide Kreationen von Starkware, einem 2017 von Alessandro Chiesa und Eli Ben-Sasson gegründeten Unternehmen.
StarkNet ist ein weiteres dezentrales, auf ZK-Rollups basierendes Layer-2-Blockchain-Netzwerk. Im Gegensatz zu Polygon müssen Entwickler, die sich mit StarkNet befassen, die Programmiersprache Cairo beherrschen, anstatt Solidity, was die Einarbeitung neuer Entwickler potenziell erschweren kann. Um diese Hürde zu überwinden, werden jedoch Transpiler von Solidity nach Cairo und anderen beliebten Programmiersprachen entwickelt.
StarkNet bündelt, ähnlich wie andere auf ZK-Rollups basierende Chains, mehrere Layer-2-Transaktionen zu einer einzigen Ethereum-Transaktion, was die Transaktionsgeschwindigkeit erhöht und die Gas-Gebühren senkt.
Das gleiche Team, das StarkNet entwickelt hat, schuf auch StarkEx, eine weitere eigenständige Blockchain. StarkNet ermöglicht die Entwicklung öffentlicher dApps, während StarkEx als SaaS-Skalierungslösung (Software-as-a-Service) speziell für dezentrale Krypto-Börsen (DEXs) dient, die es den Börsen ermöglicht, Kosten zu senken und gleichzeitig Geschwindigkeit und Liquidität zu steigern.
StarkEx erweitert die Unterstützung auf ETH, ERC-20-Token und Token auf anderen EVM-kompatiblen Chains sowie auf die weltweit beliebten ERC-721-NFTs. Es arbeitet auch an der Bereitstellung von Off-Chain-Minting-Unterstützung für ERC-1155-semifungible dynamische NFTs. StarkEx, das seit Mitte 2020 auf Ethereum gestartet ist, ist eine der größten Layer-2-Lösungen nach TVL (Total Value Locked). Es unterstützt derzeit eine breite Palette von dApps und Protokollen.
ZKSync
Die Köpfe hinter ZKSync sind Alexandr Vlasov und Alex Gluchowski von Matter Labs, die die Lösung 2020 starteten.
ZKSync ist eine Ethereum-Layer-2-Skalierungslösung, die darauf ausgelegt ist, Transaktionen mit hoher Geschwindigkeit (2.000+ TPS) bei niedrigen Gas-Gebühren und hoher Sicherheit bereitzustellen. Im Gegensatz zu zahlreichen Layer-2s bietet ZKSync fast sofortige Auszahlungen von Mitteln an das Ethereum-Layer-1-Hauptnetz. Es ist erwähnenswert, dass ZKSync das einzige zk-Rollup-Protokoll mit vollständiger EVM-Kompatibilität ist, das Entwicklern ermöglicht, Live-Smart Contracts von Ethereum ohne Umschreiben oder Anpassen für ZKSync einfach neu bereitzustellen. Dies steigert die Interoperabilität erheblich und verkürzt die Entwicklungszeit.
ZKSync weist in gewisser Hinsicht Ähnlichkeiten mit StarkNet und StarkEx auf, wobei der Hauptunterschied in der Art der verwendeten Beweisprotokolle liegt. ZKSync verwendet SNARKs (Succinct Non-Interactive ARgument of Knowledge), während StarkEx STARKs (Scalable Transparent ARguments of Knowledge) nutzt.
ZK-SNARKs erfordern eine einmalige Einrichtung, bei der eine Handvoll Entwickler vertraut werden müssen, um Code korrekt und sicher zu erstellen, was zu einer erhöhten Zentralisierung und einem geringeren Maß an Trustlessness führt. Im Gegensatz dazu verwenden ZK-STARKs öffentlich überprüfbare Zufälligkeit, um vertrauenslose überprüfbare Systeme zu etablieren. STARKs werden auch als quantenresistent angesehen, während SNARKs dies nicht sind. STARKs versprechen zudem eine verbesserte Skalierbarkeit. Daher weist ZKSync im Vergleich zu StarkNet einige Nachteile auf.
Zu den bemerkenswerten Projekten, die auf der ZKSync-Blockchain bereitgestellt wurden, gehören Argent, Gitcoin, Yearn Finance, Gnosis Safe, Snapshot, Tally und das 1inch Network.
Immutable X
Immutable ist eine Plattform, die Layer-2-Lösungen auf Ethereum anbietet. Sie bietet Entwicklern APIs und Entwickler-Tools, um die Entwicklung von Anwendungen auf Layer-2 zu erleichtern.
Entwickler können Immutable X nutzen, um schnelle, skalierbare und sichere Anwendungen für nicht-fungible Token (NFTs) und Blockchain-Spiele zu erstellen. Beispielsweise können Spieledevs Immutable X nutzen, um ausgeklügelte In-Game-Wirtschaften zu implementieren, die den wahren Besitz von In-Game-Assets gewährleisten. Sie können auch Funktionen wie kostenlose Prägung von Spiel-Assets, schnelle und erschwingliche In-Game-Transaktionen, selbstverwahrte Wallets, die Nutzern den Besitz ihrer In-Game-Items ermöglichen, und ein globales Orderbuch für den Handel mit In-Game-Items auf dem offenen Markt nutzen.
Darüber hinaus richtet sich Immutable X an Token- und Asset-Handelsplattformen, indem es schnelle, sichere und kostengünstige Transaktionen zwischen Nutzern ermöglicht. Es bietet ein globales Orderbuch, das maximale Liquidität gewährleistet. Außerdem können Tools zur Analyse von Blockchain-Transaktionen auf die APIs von Immutable X zugreifen, um leicht zugängliche Daten zu vergangenen Transaktionen, Trades und Nutzerverhalten zu erhalten.
Immutable entschied sich, seine Lösungen auf Ethereum aufzubauen, aufgrund seines Rufes als die dezentralste, sicherste und am weitesten verbreitete Blockchain, was zu erheblichen Netzwerkeffekten führt. Ethereum ermöglicht die Erstellung und Ausführung von Smart Contracts und dezentralen Anwendungen ohne Ausfallzeiten, Betrug, Kontrolle oder Eingriffe Dritter.
Immutable X bietet zwei Ausführungsschichten, die beide den ZK-Rollup-Batching-Mechanismus nutzen. ZK-Rollups bestehen aus zwei Hauptkomponenten: einem Off-Chain-Batching-Mechanismus (virtuelle Maschine), der einen komprimierten kryptografischen Beweis aus einem Batch von Transaktionen, dem vorherigen State Root und dem neuen State Root generiert, und einem On-Chain-Vertrag, der den aktuellen State Root speichert und die Konsistenz des Batches überprüft.
So funktionieren ZK-Rollups innerhalb von Immutable X: Eine Sammlung von Layer-2-Transaktionen wird an den Batching-Mechanismus gesendet, der einen kryptografischen Beweis basierend auf den Transaktionen, dem vorherigen State Root und dem neuen State Root generiert. Dieser Beweis wird dann an den Layer-1-Smart Contract zur Überprüfung gesendet. Der Smart Contract prüft, ob der vorherige State Root im Beweis mit seinem aktuellen State Root übereinstimmt. Wenn dies der Fall ist, aktualisiert der Smart Contract seinen aktuellen State Root auf den neuen State Root des Batches.
Immutable bietet derzeit zwei Layer-2-Lösungen an: StarkEx, das einen Dienst zum Batching bestimmter Transaktionsarten bereitstellt, die von Starkware erstellt und gewartet werden, und Immutable zkEVM, eine Smart-Contract-Plattform, die es jedem Entwickler ermöglicht, Smart Contracts für zkEVM zu schreiben und bereitzustellen. Entwickler können auf diese Lösungen zugreifen, indem sie sich anmelden oder die von Immutable X bereitgestellten API-Endpunkte nutzen. Immutable zkEVM, das speziell für Spiele entwickelt wurde, bietet kostengünstige, hochdurchsatzfähige, Ethereum-kompatible Smart Contracts innerhalb eines EVM zk-Rollup-Rahmens.
Loopring
Loopring ist ein Layer-2-Skalierungsprotokoll, das auf der Ethereum-Blockchain aufgebaut ist und speziell für dezentrale Börsen (DEXs) konzipiert ist. Es ermöglicht die Abwicklung von Tausenden von Trades pro Sekunde und bietet verschiedene Funktionen. Neben der Bereitstellung einer Protokollschicht für DEXs bietet Loopring auch die Loopring Exchange, eine nicht-kustodialische Handelsplattform, die sichere und hochgeschwindigkeits-Handel ohne Gas-Gebühren ermöglicht.
Die Schlüsseltechnologie hinter Loopring sind Zero-Knowledge Proofs (ZKPs), eine Blockchain-Innovation, die Transaktionen zusammenfasst, um die Effizienz zu verbessern. Durch die Nutzung von ZKPs ermöglicht Loopring die Entwicklung von hochdurchsatzfähigen, nicht-kustodialischen DEXs. Das Protokoll führt auch seinen eigenen LCR-Token ein, der zur Belohnung von Zero-Knowledge Rollup (zk-Rollup)-Betreibern und Liquiditätsbereitstellern verwendet wird.
Looprings Ansatz beinhaltet die Implementierung von Zero-Knowledge Rollups (zk-Rollups), einer Layer-2-Lösung, die die Skalierbarkeit verbessert, indem sie parallel zum Ethereum-Netzwerk arbeitet. zk-Rollups können zahlreiche Transaktionen zu einem einzigen, leichtgewichtigen Zero-Knowledge-Beweis zusammenfassen, der dann als Batch im Ethereum-Netzwerk bestätigt wird. Dies erhöht die Transaktionsdurchsatzkapazität im Vergleich zu den eigenständigen Fähigkeiten von Ethereum erheblich. Der zk-Rollup-Berechnungsprozess findet off-chain statt, während die zugrunde liegenden Daten und Transaktionen auf der Ethereum-Blockchain verbleiben. Durch die Integration von zk-Rollups mit DEX-Protokollen ermöglicht Loopring komplexe Berechnungen, was zu reduzierten Transaktionsgebühren und einer erheblich verbesserten Liquidität führt.
Im Vergleich zu herkömmlichen auf Orderbooks basierenden zentralisierten Börsen (CEXs) bieten DEXs in der Regel niedrigere Transaktionsgebühren und Unterstützung für eine breitere Palette digitaler Assets. Allerdings übertreffen zentralisierte Börsen DEXs immer noch in Bezug auf Liquidität und Transaktionsgeschwindigkeiten. Loopring zielt darauf ab, diese Lücke zu schließen, indem es zk-Rollups integriert und die Vorteile zentralisierter Börsen in das dezentrale Ökosystem bringt.
Innerhalb des Ethereum-Netzwerks bieten zk-Rollups eine schnellere und kostengünstigere Validierung von Transaktionsblöcken. Sie beinhalten weniger Dateneinschlüsse und erfordern nur einen Smart Contract, um den endgültigen kryptografischen Beweis zu überprüfen, was zu einer verbesserten Effizienz führt. Transaktionen, die über zk-Rollups verarbeitet werden, werden als Call-Referenzdaten auf der Ethereum-Blockchain gespeichert, was weniger Berechnungen erfordert als das Abrufen von Daten aus dem Netzwerk. Durch die Kombination dieser Funktionen in einem einzigen offenen Protokoll beschleunigt Loopring die Adoption der Blockchain-Technologie, indem es die Effizienz im gesamten Ethereum-Ökosystem verbessert.
Fazit
Die Skalierungsprobleme auf der Ethereum-Blockchain werden mit innovativen Technologien wie ZK-Rollups direkt angegangen. Wie wir gesehen haben, nutzen bereits mehrere prominente Projekte diese Technologie, um die Transaktionsgeschwindigkeit zu verbessern, Kosten zu senken und die Sicherheit im Ethereum-Netzwerk zu gewährleisten.
Während diese Lösungen weiterentwickelt und ausgereift werden, versprechen sie, das volle Potenzial von Ethereum freizusetzen und es für Nutzer und Entwickler gleichermaßen zugänglicher und effizienter zu machen. Die Zukunft von Ethereum scheint untrennbar mit der Entwicklung und Anwendung von ZK-Rollups verbunden zu sein.
Häufig gestellte Fragen
Was macht ZK-Rollups vorteilhafter als andere Layer-2-Lösungen?
ZK-Rollups bündeln viele Transaktionen in einer einzigen, was die Gasgebühren drastisch senkt und die Transaktionsgeschwindigkeit verbessert. Darüber hinaus sind sie vollständig mit Ethereum kompatibel, sodass Entwickler ihr bestehendes Wissen und ihre Tools nutzen können. Zusätzlich bieten ZK-Rollups Finalität, was bedeutet, dass Transaktionen nach ihrer Aufnahme in einen ZK-Rollup nicht mehr rückgängig gemacht werden können, was die Sicherheit erhöht.
Was ist der Unterschied zwischen ZK-Rollups und Optimistic Rollups?
Obwohl beide Layer-2-Lösungen sind, unterscheiden sie sich in ihren Validierungsmechanismen. Optimistic Rollups verwenden ein System der „optimistischen Validierung
Welche potenziellen Nachteile haben ZK-Rollups?
Eine der Herausforderungen bei ZK-Rollups besteht darin, dass sie spezifisches Fachwissen für die Entwicklung erfordern und aufgrund der Komplexität von Zero-Knowledge-Beweisen zeitaufwendig sein können. Darüber hinaus erhöhen sie zwar die Skalierbarkeit, sind aber weiterhin auf das Ethereum-Hauptnetz für die Sicherheit angewiesen, was ein potenzieller Engpass sein könnte.
Sind ZK-Rollups sicher?
Ja, ZK-Rollups bieten ein hohes Maß an Sicherheit. Sie gewährleisten Finalität, was bedeutet, dass Transaktionen nach ihrer Aufnahme in einen ZK-Rollup nicht mehr rückgängig gemacht werden können. Zudem behalten sie eine On-Chain-Datenverfügbarkeitsschicht bei, sodass Benutzer ihre Mittel auch dann abheben können, wenn die ZK-Rollup-Schicht offline geht.
Wie helfen ZK-Rollups dabei, die Gasgebühren zu senken?
Indem viele Transaktionen in einem einzigen Beweis gebündelt und außerhalb der Blockchain validiert werden, reduzieren ZK-Rollups die auf dem Ethereum-Hauptnetz benötigten Rechenressourcen erheblich. Diese Verringerung der Rechenlast führt zu deutlich niedrigeren Gasgebühren.
Wie sieht die Zukunft von ZK-Rollups aus?
Die Zukunft von ZK-Rollups ist vielversprechend. Sie gelten als ein entscheidender Bestandteil der Skalierungslösung von Ethereum und ermöglichen schnellere und günstigere Transaktionen bei gleichzeitiger Wahrung eines hohen Sicherheitsniveaus.
Beeinflussen ZK-Rollups Smart Contracts?
ZK-Rollups wahren die vollständige Kompatibilität mit Ethereum, was bedeutet, dass sie problemlos Smart Contracts von Ethereum aufnehmen können, ohne deren Funktionalität zu beeinträchtigen.
Warum müssen Entwickler neue Sprachen lernen, um auf ZK-Rollup-Plattformen wie StarkNet zu entwickeln?
Bestimmte ZK-Rollup-Plattformen wie StarkNet verwenden andere Programmiersprachen (wie Cairo), um den einzigartigen Anforderungen von Zero-Knowledge-Beweisen gerecht zu werden. Gleichzeitig werden Transpiler entwickelt, die von Solidity nach Cairo und anderen Sprachen übersetzen, wodurch diese Lernkurve verringert wird.
Wie tragen ZK-Rollups zum DeFi-Sektor bei?
Durch die Verbesserung der Skalierbarkeit von Ethereum ermöglichen ZK-Rollups schnellere und günstigere Transaktionen, was für das effiziente Funktionieren von DeFi-Anwendungen unerlässlich ist. Sie bieten zudem erhöhte Sicherheit und Finalität – wesentliche Merkmale für Finanzanwendungen.
Können ZK-Rollups mit anderen Layer-2-Lösungen interagieren?
ZK-Rollups sind in der Regel von anderen Layer-2-Lösungen isoliert, wobei jede ihre eigene Ökosystem bildet. Allerdings ist die Cross-Kompatibilität und das Bridging zwischen verschiedenen Layer-2-Lösungen ein Bereich aktiver Forschung und Entwicklung; wir könnten in Zukunft mehr Interaktivität erleben.
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Micah Abiodun
Micah Abiodun nutzt sein Masterstudium in Umwelttechnik und -management (MSc) an der Technischen Universität Tallinn (TalTech), um Inhalte und Preisprognose-Nachrichten bei Cryptopolitan zu verfeinern. Seit nunmehr sieben Jahren im Krypto-Medienbereich tätig, berichtet er über große Kryptowährungen, Altcoins, DeFi, Stablecoins, makroökonomische Trends und aufkommende Technologien.
