Die Rolle von Layer-1-Chains in der Blockchain

Blockchain-Technologie wird oft als ein Stapel von Schichten beschrieben, die jeweils einen einzigartigen Zweck erfüllen. Layer 0, oft als Blockchain der Blockchains bezeichnet, dient als Basis-Hardware-Infrastruktur der Blockchain-Hierarchie. Direkt über Layer 0 befinden sich Layer 1, 2 und 3.

In diesem Leitfaden werden wir die Kernfunktionalitäten und die Nutzung von Layer-1-Chains untersuchen. Los geht’s.

Was ist eine Layer 1-Blockchain?

Die Definition von Layer 1

Eine Layer-1-Kette (oder „L1“) ist das grundlegende Netzwerk eines Blockchain-Ökosystems, das die Transaktionsausführung, Datenvalidierung und Konsensmechanismen unabhängig verwaltet. L1s arbeiten unabhängig von anderen Blockchains und enthalten mehrere Komponenten, die zusammenarbeiten, um Dezentralisierung, Sicherheit und Benutzerfreundlichkeit zu gewährleisten.

• Netzwerkknoten – Computer weltweit, die Blockchain-Kopien speichern und miteinander kommunizieren
• Konsensschicht – Regeln dafür, wie Knoten darüber einig werden, was gültig ist (wie Bitcoin-Mining oder Ethereum-Staking)
• Datenschicht – Speichert die gesamte Blockchain-Historie, damit vergangene Transaktionen nicht geändert oder manipuliert werden können.
• Transaktionsschicht—Diese Schicht behandelt Token-Überweisungen und Smart Contracts, um sicherzustellen, dass sie nur gemäß den Regeln des Netzwerks ausgeführt werden können.
• Anwendungsschicht – Diese Schicht ist die Schnittstelle für dezentrale Apps (dApps), DeFi-Plattformen und andere Blockchain-Dienste.
• Native Tokens – Dies sind die Währungen, die die Blockchain antreiben. Tokens werden verwendet, um Transaktionsgebühren zu bezahlen, Validatoren zu belohnen und die Teilnahme an der Governance zu erleichtern.

Ethereum, Solana und Bitcoin sind Beispiele für Layer-1-Ketten, die alle über ihre eigene Sicherheitsarchitektur, native Token und Konsensmechanismen verfügen.

Wie sich Layer 1 von Layer 2 unterscheidet

Layer-1-Netzwerke bilden die Grundlage, während Layer 2 auf dieser Grundlage aufbaut, um Einschränkungen wie Geschwindigkeit, Kosten und Effizienz zu beheben. Hier ist ein Vergleich der beiden:

Funktion	Layer 1 (L1)	Layer 2 (L2)
Abhängigkeit	Funktioniert unabhängig als Haupt-Blockchain	Wird auf einem Layer-1-Netzwerk aufgebaut
Transaktionsverarbeitung	Alle Transaktionen werden direkt auf der Haupt-Blockchain verarbeitet	Transaktionen werden Off-Chain abgewickelt, dann gebündelt* und auf L1 finalisiert
Geschwindigkeit	Langsamer, da alle Knoten jede Transaktion validieren müssen	Viel schneller mit reduzierten Validierungsanforderungen
Kosten	Höhere Gebühren, insbesondere bei hoher Nachfrage	Niedrigere Gebühren aufgrund der Off-Chain-Verarbeitung und effizienten Bündelung*
Sicherheit	Sichert sich selbst durch seinen eigenen Konsens	Übernimmt die Sicherheit aus dem zugrunde liegenden Layer-1-Netzwerk
Skalierung	Basisprotokolländerungen, wie z. B. eine erhöhte Blockgröße oder eine Änderung des Konsensmechanismus, können die Skalierbarkeit verbessern	Beinhalten die Nutzung von Off-Chain-Netzwerken oder -Diensten zur Verbesserung der Skalierbarkeit

*Bündelung bedeutet, viele kleine Transaktionen zu einer einzigen zusammenzufassen und sie als einzelnen Eintrag an die Haupt-Blockchain zu senden, anstatt sie einzeln zu verarbeiten.

Warum werden Layer-1s als Basisschicht bezeichnet

Layer-1-Ketten werden als „Basisschicht“ bezeichnet, da sie die grundlegende Schicht für das Blockchain-Ökosystem darstellen, auf der andere Schichten und Anwendungen aufgebaut werden. L1-Ketten bieten Kernservices wie Transaktionsvalidierung, Konsens und Sicherheit und verlassen sich in der Regel nicht auf ein anderes zugrunde liegendes Netzwerk. 

Kernfunktionen von Layer-1-Chains

Transaktionsvalidierung und Sicherheit

Layer-1-Blockchains sind der grundlegende Mechanismus zur Validierung und Aufzeichnung von Transaktionen direkt auf der Blockchain. Jede Transaktion wird vor der dauerhaften Aufnahme in das verteilte Ledger rigoros auf Authentizität und Legitimität überprüft. 

Dieser Prozess ist entscheidend, um betrügerische Aktivitäten wie Double-Spending oder die Manipulation der Transaktionshistorie zu verhindern. Layer-1-Blockchains schaffen somit eine sichere und vertrauenswürdige Grundlage für dezentrale Systeme.

Konsensmechanismen (PoW vs. PoS)

Jede L1 hat einen Konsensmechanismus im Kern. Diese Mechanismen, wie Proof of Work (PoW) oder Proof of Stake (PoS), definieren, wie Transaktionen validiert und einvernehmlich beschlossen werden. Zum Beispiel verwendet Bitcoin den Proof-of-Work-(PoW)-Konsensmechanismus; Miner müssen versuchen, ein kryptografisches Problem (mathematisches Rätsel) zu lösen, um eine Transaktion zu validieren. Ethereum verwendet hingegen den Proof-of-Stake-(PoS)-Konsensmechanismus; Validatoren sperren Token, um Transaktionen zu validieren und das Netzwerk zu sichern.

Native Tokenökonomie (z. B. ETH, BTC, SOL)

Jede Layer-1 hat ein natives Token, das ihr Ökosystem antreibt. Bitcoin (BTC), Ethereum (ETH) und Solana (SOL) sind hervorragende Beispiele. Diese Token werden zur Zahlung von Transaktionsgebühren verwendet, Validatoren oder Miner werden damit incentiviert, und die Netzwerksicherheit wird aufrechterhalten. Sie bilden auch die wirtschaftliche Grundlage für Anwendungen, die auf der Blockchain aufgebaut sind.

Bereitstellung von Smart Contracts (Ethereum, Solana, Avalanche)

Blockchains wie Ethereum, Avalanche und Solana sind nicht nur für die Abwicklung von Transaktionen konzipiert. Sie unterstützen die Bereitstellung von Smart Contracts, was bedeutet, dass Entwickler dezentrale Apps (dApps), DeFi-Protokolle, NFT-Projekte und andere Web3-Services direkt on-chain starten können. Diese Netzwerke haben sich zu umfassenden Entwicklungsumgebungen entwickelt, anstatt nur Transaktionsledger zu sein.

*Ein Smart Contract? Stellen Sie sich ihn als ein automatisiertes Programm vor, das bestimmte Aktionen auf der Blockchain ausführt, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind.

Beispiele für führende Layer-1-Blockchains

Bitcoin – Die ursprüngliche Layer-1 für Zahlungen

Bitcoin, 2009 eingeführt, ist die erste und am weitesten verbreitete Layer-1-Blockchain. Sie wurde als dezentrale digitale Währung und Peer-to-Peer-Zahlungssystem ohne Banken oder Zwischenhändler konzipiert. Transaktionen werden in einem öffentlichen Ledger aufgezeichnet und von Minern unter Verwendung von Proof of Work validiert, wobei Miner darum konkurrieren, komplexe Rätsel zu lösen und Bitcoin-Belohnungen für die Sicherung des Netzwerks zu erhalten.

Ethereum – Der Pionier für Smart Contracts

Ethereum revolutionierte die Blockchain, indem es Smart Contracts einführte, die es ermöglichten, dApps on-chain zu erstellen. Seit der Einführung im Jahr 2015 hat sich Ethereum zur Grundlage für DeFi, NFTs, DAOs und Web3-Ökosysteme entwickelt. Ethereum hat auch seine eigene Kryptowährung, Ether, und ist die zweitgrößte Blockchain-Plattform der Welt nach Marktkapitalisierung geworden.

Solana – Hochleistungs-L1 für Geschwindigkeit und dApps

Solana ist für hohen Durchsatz und kostengünstige Transaktionen konzipiert und kann Tausende von Transaktionen pro Sekunde verarbeiten. Dies wird durch ein hybrides Modell aus Proof of Stake (PoS) und Proof of History (PoH) erreicht, das eine präzise zeitliche Reihenfolge der Transaktionen gewährleistet. 

Avalanche – Subnets und benutzerdefinierte Chains

Durch seine Subnet-Architektur bietet Avalanche ein Layer-0-Rahmenwerk, das es Entwicklern und Unternehmen ermöglicht, maßgeschneiderte Blockchains für spezifische Anwendungsfälle zu starten. Diese Subnets können ihre eigenen Governance-Modelle und Token haben, was Avalanche für Unternehmen, die Flexibilität benötigen, besonders attraktiv macht. 

Mit seiner schnellen Transaktionsfinalität (innerhalb weniger Sekunden) und niedrigen Gebühren hat sich Avalanche als Konkurrent zu Ethereum sowohl für DeFi als auch für die Blockchain-Adoption im Unternehmensbereich positioniert.

Polkadot & Cosmos – Interoperabilitäts-fokussierte Layer-1s

Polkadot und Cosmos haben Interoperabilität als ihr Hauptmerkmal. Polkadot verbindet spezialisierte Blockchains, sogenannte Parachains, mit seiner Haupt-Relay-Chain, sodass sie Sicherheit teilen und kommunizieren können. 

Im Gegensatz dazu verwendet Cosmos das Inter-Blockchain-Communication-(IBC)-Protokoll, um unabhängige Blockchains miteinander zu verbinden. Beide zielen darauf ab, das „Silo-Problem“ in der Blockchain zu lösen, indem sie ein Ökosystem schaffen, in dem mehrere Blockchains nahtlos interagieren, Assets handeln und Daten austauschen können.

Die Herausforderungen von Layer-1-Blockchains

Skalierbarkeits- und Durchsatzbeschränkungen

Layer-1-Blockchains haben oft Schwierigkeiten, ein hohes Volumen an Transaktionen pro Sekunde (TPS) zu verarbeiten. Zum Beispiel verarbeitet Bitcoin etwa 7 TPS, und Ethereum verarbeitet auf seiner Basisschicht 15–30 TPS. Vergleicht man dies mit herkömmlichen Zahlungssystemen wie Visa, das im regulären Betrieb etwa 1.700 TPS mit einer Spitzenkapazität von 65.000 TPS verarbeitet, sind diese Zahlen für L1s weit davon entfernt, was für globale Zahlungssysteme oder die Massenadaption benötigt wird. 

Mehrere Interventionen sind entstanden, um dieser Herausforderung zu begegnen, einschließlich On-Chain-Lösungen (L1) wie Sharding, Hard Forks und Upgrades der Konsensmechanismen (wie Ethereums Wechsel von Proof-of-Work zu Proof-of-Stake), sowie Off-Chain-Lösungen (L2) wie Rollups, Batching und das Lightning Network.

Hohe Gasgebühren und Netzwerkkongestion

Wenn die Netzwerknachfrage steigt, können Transaktionskosten prohibitiv teuer werden. Ethereum-Nutzer erlebten dies hautnah während der DeFi-Sommer 2020 und des NFT-Booms 2021, als einfache Aktionen wie das Tauschen von Token oder der Kauf eines NFTs 50–200+ US-Dollar an Gas-Gebühren kosten konnten. Diese hohen Kosten schlossen kleinere Nutzer effektiv aus und trieben viele dazu, nach Alternativen wie Binance Smart Chain oder neueren Layer-2-Lösungen wie Arbitrum und Polygon zu suchen, die Transaktionen günstiger verarbeiten, indem sie auf Ethereum aufbauen.

Abwägungen zwischen Sicherheit und Dezentralisierung

Bitcoin und Ethereum wahren Sicherheit und Vertrauen, indem sie Tausende dezentraler Teilnehmer am Konsens beteiligen, aber dies verlangsamt die Transaktionsgeschwindigkeit. 

Im Gegensatz dazu bietet die Binance Smart Chain schnellere und günstigere Transaktionen, verlässt sich jedoch auf einen viel kleineren Validatorensatz (rund 21), was Fragen zur Zentralisierung und Zensurrisiko aufwirft. Diese kleine Gruppe von Validatoren könnte kolludieren oder unter Druck gesetzt werden, bestimmte Transaktionen zu blockieren, was das Netzwerk anfällig für zentrale Kontrolle macht.

Energieeffizienz und Nachhaltigkeitsbedenken

Bitcoins Proof-of-Work-Mining verbraucht jetzt etwa 187 TWh Strom pro Jahr, was ungefähr dem jährlichen Stromverbrauch Thailands entspricht und rund 0,6 % des globalen Stromverbrauchs ausmacht. Dies hat wachsende Kritik von Umweltgruppen und Regulierungsbehörden auf sich gezogen.

Als Reaktion auf diese Bedenken hat Ethereum 2022 „The Merge“ abgeschlossen und ist von Proof-of-Work zu Proof-of-Stake gewechselt, wodurch der Energieverbrauch um über 99 % gesenkt wurde. Dieser Wechsel hat jedoch neue Debatten darüber ausgelöst, ob das Netzwerk als Kompromiss für die Nachhaltigkeit anfällig für eine erhöhte Zentralisierung ist. Mit einem Proof-of-Stake-Konsensmechanismus könnten große Staking-Pools die Netzwerkkonzentration potenziell erhöhen.

Layer-1 vs. Layer-2: Hauptunterschiede

Abwicklung, Sicherheit und Finalität

• Layer 1: Die Basis-Blockchain (z. B. Bitcoin, Ethereum) ist für die Validierung von Transaktionen, die Aufrechterhaltung des Ledgers und die Sicherstellung des Konsenses verantwortlich. Abwicklung und Endgültigkeit erfolgen direkt on-chain, was bedeutet, dass hier aufgezeichnete Transaktionen als die ultimative „Wahrheitsquelle“ gelten.
• Layer 2: Baut auf Layer 1 auf, übernimmt die Sicherheits- und Abrechnungsgarantien der Basisschicht, verarbeitet Transaktionen jedoch off-chain in kleinen Batches. Die Ergebnisse werden später gebündelt und zur endgültigen Abrechnung an Layer 1 zurückgegeben.

Arbitrum und Optimism führen Tausende von Transaktionen Off-Chain aus, aber die Ergebnisse werden regelmäßig im Ethereum-Hauptnetz abgewickelt.

Kosten und Geschwindigkeit von Transaktionen

• Layer 1: Begrenzter Blockplatz bedeutet bei hoher Nachfrage höhere Gebühren und langsamere Bestätigungen. So steigen beispielsweise die Gasgebühren während Spitzenzeiten bei NFTs oder DeFi-Aktivitäten auf Ethereum stark an, was kleine Transaktionen unpraktisch macht.
• Layer 2: Durch die Verarbeitung von Transaktionen off-chain oder deren Bündelung reduzieren L2s die Kosten drastisch und beschleunigen die Verarbeitung. Anstatt direkt um L1-Blockplatz zu konkurrieren, profitieren Nutzer von aggregierten Abrechnungen.

Ein Swap, der auf Ethereum Layer 1 mehr als 30 US-Dollar an Gas kosten könnte, kostet auf Arbitrum weniger als 1 US-Dollar. Ebenso ermöglicht das Lightning Network von Bitcoin sofortige Zahlungen mit nahezu null Gebühren im Vergleich zur langsameren und teureren Bitcoin-Basiskette.

Beispiele für L1/L2-Paarungen (Ethereum + Arbitrum/Optimism, Bitcoin + Lightning Network)

• Ethereum + Arbitrum/Optimism: Ethereum stellt Sicherheit und Abrechnung bereit. Arbitrum und Optimism (Rollups) bieten Skalierbarkeit, indem sie Transaktionen off-chain ausführen und anschließend wieder an Ethereum abwickeln.
• Bitcoin + Lightning Network: Bitcoin bietet sichere, unveränderliche Abwicklung, und das Lightning Network ermöglicht schnelle, Off-Chain-Mikrozahlungen, die für alltägliche Dinge wie Trinkgelder oder Einzelhandelszahlungen genutzt werden können.
• Polygon (PoS Chain) + Ethereum: Polygon bietet schnellere und günstigere Transaktionen mit Brücken zu Ethereum, was es zu einer hybriden Layer-2-/Sidechain-Skalierungslösung macht.

Die Zukunft von Layer-1-Chains

Ethereums Roadmap und Sharding

Ursprünglich plante Ethereum, Sharding zu verwenden, um die Blockchain in kleinere parallele Ketten aufzuteilen, um die Transaktionsgeschwindigkeit zu steigern. Dieser Ansatz wurde jedoch aufgegeben, als sich Layer-2-Rollups (Lösungen, die Transaktionen Off-Chain verarbeiten) als effektiver für die Skalierung erwiesen.

Stattdessen hat Ethereum eine rollup-zentrierte Strategie übernommen. Das Ziel ist es, Ethereum zur sichersten Basisschicht zu machen und gleichzeitig günstige Datenspeicher für Rollups bereitzustellen. Dieser neue Ansatz wird als Danksharding bezeichnet – er teilt Ethereum nicht in Transaktions-Shards auf, sondern erhöht die Effizienz, mit der das Netzwerk Rollup-Daten verarbeiten kann.

Der erste Schritt, Proto-Danksharding (EIP-4844), wurde am 13. März 2024 mit dem Dencun-Upgrade eingeführt. Es führte „Blobs“ ein – eine günstigere Methode zur Speicherung von Rollup-Daten, was die Layer-2-Gebühren bereits um das 10- bis 100-fache gesenkt hat.

Im Laufe der Zeit wird Ethereum die Blob-Kapazität erweitern und Danksharding vollständig implementieren, mit dem Ziel, über 100.000 Transaktionen pro Sekunde durch Rollups zu ermöglichen während Dezentralisierung und Sicherheit beibehalten werden.

Wachstum von Multi-Chain-Ökosystemen

Der Blockchain-Bereich verschiebt sich hin zu spezialisierten Netzwerken, anstatt sich auf eine einzige Chain zu verlassen, die alles erledigen soll. Bitcoin fungiert als digitales Gold für Institutionen. Ethereum führt DeFi mit einem gebundenen Gesamtwert (TVL) von über 90 Milliarden US-Dollar an, Solana treibt schnelllebiges Gaming und NFTs voran, und Avalanche zieht Unternehmen mit anpassbaren Subnets an.

Große Protokolle wie Aave und Uniswap sind nicht mehr auf eine einzelne Blockchain beschränkt. Stattdessen laufen sie gleichzeitig auf mehreren Netzwerken, sodass Benutzer wählen können, wo sie interagieren möchten. Auf Polygon profitieren sie von niedrigen Gebühren; auf Solana erhalten sie schnellere Ausführungen; und auf Ethereum gewinnen sie maximale Sicherheit und Dezentralisierung. In der Praxis könnte ein Benutzer sein Vermögen auf Bitcoin speichern, Renditen auf Ethereum erwirtschaften und Spiele auf Solana spielen, alles innerhalb desselben Ökosystems.

Dies schafft eine stärkere, effizientere Blockchain-Wirtschaft, anstatt ein Netzwerk dazu zu zwingen, gleichzeitig Sicherheit, Skalierbarkeit und niedrige Kosten zu bewältigen.

Rolle der Interoperabilität (Cross-Chain-Bridges, IBC)

Da verschiedene Blockchains verschiedene Funktionen spezialisieren, benötigen Benutzer Methoden, um ihre Assets und Daten über Blockchains hinweg zu bewegen. Cross-Chain-Bridges dienen als digitale Autobahnen, die mehrere Blockchain-Netzwerke verbinden. Mit einer Cross-Chain-Bridge können Benutzer Token von einer teureren Blockchain wie Ethereum zu günstigeren Blockchains wie Polygon oder schnelleren Blockchains wie Solana und zurück übertragen, wenn gewünscht. 

Einige der beliebtesten Bridges sind die PoS-Bridge von Polygon, die Überweisungen von Ethereum nach Polygon ermöglicht, während Protokolle wie das Inter-Blockchain-Communication-(IBC)-Protokoll von Cosmos Dutzende von Blockchains verbinden und ein Ökosystem mit einem primären Fokus schaffen. Es gibt auch Dienste wie LayerZero und Wormhole, die Cross-Chain-Bridge-Services über eine Vielzahl von Netzwerken bereitstellen.

Diese Bridges haben jedoch ein großes Problem: Sie sind primäre Ziele für Hacker, da sie große Mengen an Kryptowährung halten. Große Angriffe wie die Ronin-Bridge (625 Mio. US-Dollar gestohlen) und Wormhole (320 Mio. US-Dollar gestohlen) zeigen, dass die Bridgesicherheit noch in der Entwicklung ist. Trotz dieser Risiken bleiben Bridges für Benutzer, die die verschiedenen Stärken verschiedener Blockchains nutzen möchten, unverzichtbar.

Institutionelle Adoption von Layer-1-Netzwerken

Bitcoin bleibt die am tiefsten von Institutionen adoptierte Layer-1. Unternehmen wie Strategy (ehemals MicroStrategy), Metaplanet und MARA Holdings halten beträchtliche Mengen an Bitcoin in ihren Kassen und betrachten es als „digitales Gold“ und Absicherung gegen Inflation.

Ethereum hat ebenfalls starke institutionelle Dynamik gezeigt. Öffentliche Unternehmen halten fast 966.000 ETH, im Wert von etwa 3,5 Milliarden US-Dollar. Die Ether Machine, Bitmine Immersion Technologies und andere haben starke Positionen in Ethereum als alternativen Wertspeicher und dezentrale Finanzplattform eingenommen.

Eine signifikante institutionelle Nutzung könnte Layer-1s kontinuierlich dazu bringen, sich zu einer stärkeren, sichereren, global integrierten Infrastruktur für digitale Finanzen zu entwickeln, wobei Layer-2s und Interoperabilitätsprotokolle ihre Fähigkeiten erweitern.