Im dritten Abschnitt mit dem Thema „Entwicklung“ des CMC Krypto-Playbooks 2023 bietet ConsenSys eine Aufschlüsselung der Layer-2-Rollups, insbesondere der ZK-Rollsups
Ein Überblick über Layer-2-Rollups
In den letzten Jahren sind Layer-2-Rollup-Lösungen (L2) in den Vordergrund gerückt, da die Aktivität im Ethereum-Netzwerk zugenommen hat. Das Verwenden von nicht fungiblen Tokens (NFTs) und dezentralen Finanzen (DeFi) haben zu einem Anstieg der Blockchain-Aktivitäten auf Ebene 1 (L1) geführt. Im Gegenzug ist die Nachfrage nach Blockspace (Platz im Block), der durch Gaskosten repräsentiert wird, gestiegen. Und die Zeit für die Transaktionsfinalität ist aufgrund der erhöhten Netzwerkbelastung auch gestiegen. „The Merge“ von Ethereum hat zwar den Grundstein für zukünftige Optimierungen der Gasgebühren gelegt, hat aber die Gasgebühren für Transaktionen nicht direkt gesenkt.
Im Zeitraum zwischen Sommer 2020 und der Spitzennachfrage im Sommer 2021 stiegen die Gaskosten in Gwei im Ethereum-Netzwerk um bis zu 1300 %. Die Notwendigkeit, Transaktionen schnell und erschwinglich zu machen, hat die Schaffung von zwei Hauptformen von Rollups angetrieben: Optimistic und Zero-Knowledge (ZK).
Rollups helfen dabei, den Rechenaufwand für das Ethereum-Netzwerk zu verringern, indem die Transaktionsverarbeitung off-chain verlagert, in ein einzelnes Datenelement umgewandelt und dann als Batch an Ethereum zurückgesendet wird, um die damit verbundenen Kosten und Zeit zu reduzieren. Der große Unterschied zwischen den beiden ist, dass Optimistic Rollups Fraud Proofs (Betrugsnachweise) verwenden, wohingegen ZK-Rollups auf Zero-Knowledge-Proofs angewiesen sind, um Änderungen an der Haupt-Chain zu verifizieren.
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Optimistic und ZK-Rollups: Fraud Proofs (Betrugsnachweise) vs. Validity Proofs (Gültigkeitsnachweise)
Fraud Proofs bündeln Transaktionen außerhalb der Chain (off-chain) und senden sie dann an die L1 zurück. Nachdem ein Paket auf der L1 eingegangen ist, gibt es eine Anfechtungsphase, in der jeder das Ergebnis des Rollups anfechten kann, indem er einen Fraud Proof (Betrugsnachweis) berechnet. Gleichermaßen fassen Zero-Knowledge-Proofs Transaktionen in Batches außerhalb der Chain (off-chain) zusammen und übermitteln sie als einzelne Transaktion. Der Unterschied besteht darin, dass sie nicht davon ausgehen, dass die Transaktionen korrekt sind, sie nutzen stattdessen einen Validity Proof (Gültigkeitsnachweis), um sofort nachzuweisen, ob die Transaktionen gültig sind. Sobald die Transaktionen als gültig bestätigt wurden, werden sie an die L1 weitergeleitet. So leiten sich ihre jeweiligen Namen ab - bei Fraud Proofs werden die Transaktionen rückwirkend überprüft, um festzustellen, ob betrügerische Transaktionen vorliegen, wohingegen Validity Proofs abgeschlossen sind, bevor die Transaktionen an die L1 übermittelt werden.
Es gibt zwar bekannte Projekte für beide, aber sie haben jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile. Optimistic Rollups bieten den Vorteil, dass Fraud Proofs nur erforderlich sind, wenn es ein Problem gibt. Das bedeutet, dass sie weniger Rechenressourcen benötigen und gut skalieren können. Das Problem liegt in der Anfechtungsphase (Challenge Period). Eine längerer Anfechtungsphase erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass betrügerische Transaktionen identifiziert werden. Es bedeutet jedoch auch, dass Nutzer länger warten müssen, bis sie ihr Geld abheben können. Bei führenden Optimistic-Rollup-Lösungen wie Arbitrum und Optimism kann diese Wartezeit bis zu einer Woche dauern. ZK-Rolllups bieten dagegen den Vorteil, immer einen korrekten L2-Status zu reflektieren. Der Nachteil besteht darin, dass Nachweise für alle Statusübergänge erforderlich sind, anstatt nur, wenn sie angefochten werden. Das schränkt die Skalierbarkeit ein. Dies wird durch den komplexen Charakter und das frühe Stadium der Technologie noch verstärkt.
Trotz ihrer jeweiligen Nachteile gelten ZK-Rolllups als die Zukunft von Rollups. Das ist in erster Linie auf die automatische Generierung von Gültigkeitsnachweisen (Validity Proofs) zurückzuführen, die die Sicherheit des Protokolls erhöhen, die deutlich verkürzte Zeit bis zum Abheben, da es keine Anfechtungszeit gibt, und dass ZK-Rollups eine bessere Datenkomprimierung bieten. Aus diesen Gründen werden wir uns mit dem aktuellen Stand des ZK-Rollup-Bereichs, den neuesten Innovationen und dem, was in der Zukunft kommen wird, befassen.
Quelle: Galaxy Digital
Der Bereich von ZK-Rollups
Wie wir bereits besprochen haben, stehen hauptsächlich ZK-Rollups im Mittelpunkt, wobei Akteure wie zkSync, StarkNet, Polygon, zkEVM und Scroll alle große Mengen an Kapital für die Entwicklung ihrer Lösungen aufbringen, obwohl bisher nur StarkNet auf dem Mainnet gelauncht wurde (insgesamt 780 Mio. US-Dollar). Jedes dieser Projekte hat seinen eigenen Blickwinkel gewählt und unterscheidet sich hauptsächlich in Bezug auf die Strategie zur Datenverfügbarkeit von Rollups und den Nachweisalgorithmus. Die Datenverfügbarkeitsstrategie bestimmt, wo die Statusdaten eines Rollups gespeichert werden. On-Chain-Speicherung bietet erhöhte Sicherheit, verbraucht aber Blockspace im Ethereum-Netzwerk, was den Transaktionsdurchsatz reduziert.
Der Nachweisalgorithmus ist das Mittel, um einen Gültigkeitsnachweis zu generieren, der entweder STARK oder SNARK sein kann. Beide Algorithmen helfen Entwicklern, die Berechnung und Speicherung off-chain zu verlagern und die Skalierbarkeit dadurch zu erhöhen. Sie können auch überprüfen, ob ein Nutzer über ausreichend Guthaben und den richtigen privaten Schlüssel verfügt, ohne auf die Informationen selbst zugreifen zu müssen, wodurch die Sicherheit verbessert wird. Du kannst hier mehr über die technischen Unterschiede lesen. STARKs bieten im Vergleich zu SNARKs mehr Skalierbarkeit, Sicherheit und Transparenz. Aber der Nachteil von STARKs ist eine größere Nachweisgröße, deren Überprüfung länger dauert, und dass SNARKs nur 24 % von dem Gas verbrauchen, das STARKs nutzen. Für SNARKs und STARKs haben wir also den Kompromiss von Geschwindigkeit und Kosten im Vergleich zu Skalierbarkeit, Sicherheit und Transparenz. Obwohl viele verschiedene Methoden erforscht werden, gibt es noch keine endgültige Antwort darauf, wie ein ZK-Rollup am besten eingerichtet werden kann. Jede Konfiguration bringt ihre individuellen Vorteile mit sich und viele Entwickler erforschen immer noch die optimale Wahl oder Kombination für ihre Rollup-Designs.
Die zu überwindenden Hürden
Wie wir bereits besprochen haben, befinden sich ZK-Rollups noch in der Entwicklung und es gibt verschiedene Herausforderungen, die überwunden werden müssen, bevor Blockchain-Nutzer in den Genuss all ihrer Vorteile kommen können. Die Sprachkompatibilität ist eine dieser Herausforderungen. EVM-freundliche Programmiersprachen wie Solidity in eine speziell für ZKP optimierte Sprache zu übersetzen, kann ihre Effizienz steigern, bringt aber auch Herausforderungen bei der Akzeptanz für Entwickler mit sich. StarkNet versucht das zum Beispiel mit Warp zu lösen, einem Solidity-zu-Cairo-Sprachcompiler (die Sprache von StarkNets ZKP), der Solidity automatisch in Cairo konvertieren soll. Die Verwendung von Warp macht es für Entwickler überflüssig, ihren Code in Cairo neu zu schreiben, was den Prozess wesentlich reibungsloser macht.
Zu den weiteren Herausforderungen gehören die geheimnistuerische Natur von Projekten. Viele von diesen stellen sich gegen den Open-Source-Ethos von Krypto, weil sie Bedenken über den Erstanbietervorteil und den Aufbau einer langfristigen Nutzerbasis haben. Die meisten ZK-Rolllups wurden in diesem Jahr gelauncht. Das hebt den Berg an Arbeit hervor, der in diesem Bereich noch geleistet werden muss.
Rollups (sowohl optimistic als auch Zero-Knowledge) bieten zwar die Vorteile einer verbesserten Geschwindigkeit und der Kostensenkung, doch oftmals auf Kosten der Dezentralisierung. Dies liegt an der Notwendigkeit für Sequencer, die Akteure, die Transaktionen bündeln und Nachweise an L1 weitergeben. Derzeit benötigen alle Rollups einen zentralisierten Sequencer und nutzen aktualisierbare Smart Contracts, die von einer einzigen Instanz verwaltet werden. Da sich der Bereich noch in den Kinderschuhen befindet, ist in der Regel ein zentraler Fokus erforderlich, um Fehler im Code schnell zu beheben. Hinzu kommt, dass die Projekte nicht Open-Source sind, was eine weitere Hürde dafür darstellt, Community-Mitglieder als Sequencer einzusetzen. Viele Projekte haben angegeben, dass sie planen, ihre Sequencer-Funktionen in Zukunft zu dezentralisieren, aber dies wird zweifellos zusätzliche Ressourcen und Zeit in Anspruch nehmen.
Dezentralisierungspläne
Der Launch eines Tokens und eines Open-Source-Codes wird für viele der Projekte, die eine Dezentralisierung anstreben, der nächste Schritt sein. Die Tokenisierung dieser Dienste, um Aktivität zu generieren und das Produkt zu dezentralisieren, ist ein weiterer Bereich, in dem wir davon ausgehen, dass unzählige verschiedene Lösungen auftauchen werden, da Projekte darauf abzielen, die skalierbarste, dezentralste und aktivste L2-Lösung auf dem Markt zu schaffen. StarkWare und zkSync planen beide den Launch eines Tokens und Polygon könnte möglicherweise MATIC nutzen, um die zkEVM-Initiative von Polygon zu unterstützen. Das Token-Engineering auf ZK-Rollups ist noch viel weniger entwickelt als die Technologie von optimistic Rollups. Die Suche nach einem effektiven und nachhaltigen Modell kann entscheidend sein und die Akzeptanz fördern.
Die Zukunft
zkEVMs befinden sich noch in einem sehr frühen Stadium; das Rennen um den Start auf dem Mainnet ist somit eröffnet. StarkNet hat zwar den Erstanbietervorteil, aber immer noch mit Herausforderungen hinsichtlich der Unterstützung von Solidity-Funktionen aufgrund der Verwendung von Cairo zu kämpfen, was Raum für die Konkurrenz lässt, Verbesserungen durchzuführen. Die Projekte, die in der Lage sind, eine beträchtliche Nutzerbasis aufzubauen, werden dApp-Entwickler anziehen, was wiederum mehr dApps auf die Plattform bringt und den Funktionsumfang erhöht. ConsenSys' zkEVM wechselt derzeit zum Testnet und konzentriert sich aus diesem Grund speziell auf dApp-Entwickler. Dabei werden Tools wie MetaMask, Infura und Truffle verwendet, sodass Entwickler Anwendungen so bereitstellen und verwalten können, als ob sie Ethereum direkt verwenden würden.
Und während wir über die aktuellen Player auf dem zkEVM-Markt gesprochen haben, verfügen andere vorherrschende Rollup-Lösungen wie Polygon, Optimism und Arbitrum immer noch über einen erheblichen Marktanteil. Mit dem Ausreifen von zkEVM-Lösungen könnten diese Projekte möglicherweise versuchen, auf Validity Proofs (Gültigkeitsnachweise) oder Hybridlösungen umzusteigen und ihre bestehende Nutzerbasis zu nutzen, um die Entwicklung von dApps anzuziehen und ihre Marktdominanz aufrechtzuerhalten. Schließlich werden die vielen Rollup-Lösungen (und der zunehmende Wettbewerb zwischen ihnen) die Web3-Benutzererfahrung weiter verbessern und Plattformen für Anwendungen einführen, um die nächste Generation von Nutzern an Bord zu holen.
Angesichts dieser Bedrohungen sind wir nicht überrascht, wie geheimnistuerisch sich die Projekte in diesem Bereich verhalten. Wir glauben aber, dass der wahre Gewinner in der Lage sein wird, die Effizienz von ZK-Rollups zu nutzen und sie mit einer reibungslosen Entwickler- und Benutzererfahrung zu kombinieren, um die Nase vorn zu haben.
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