ROLLUPS ERKLÄRT: OPTIMISTISCHE VS. ZK-ROLLUPS UND IHRE ROLLE BEI DER SKALIERUNG

Was sind Blockchain-Rollups?

Blockchain-Rollups sind Layer-2-Skalierungslösungen, die entwickelt wurden, um den Transaktionsdurchsatz zu erhöhen und die Kosten auf Layer-1-Blockchains wie Ethereum zu senken. Indem sie die Ausführung und Berechnung von der Basiskette auslagern und gleichzeitig die Sicherheitsgarantien aufrechterhalten, verbessern Rollups die Leistung von Blockchain-Netzwerken signifikant.

Anstatt alle Transaktionen direkt im Ethereum-Mainnet zu verarbeiten, führen Rollups Transaktionen außerhalb der Blockchain aus und bündeln (oder „rollupen“) mehrere Transaktionen zu einem einzigen Datenpaket. Dieses Datenpaket wird dann wieder an die Layer-1-Blockkette gesendet, wodurch Transparenz und endgültige Abwicklung gewährleistet werden.

Rollups sind entscheidend, um Skalierungsengpässe zu beheben, ohne Dezentralisierung oder Sicherheit zu beeinträchtigen. Sie erhalten die Kompatibilität mit Ethereum Smart Contracts und Konsensmechanismen aufrecht und erhöhen gleichzeitig die Transaktionskapazität drastisch und senken die Gasgebühren für Benutzer und Entwickler.

Es gibt zwei Haupttypen von Rollups: optimistische Rollups und Zero-Knowledge-Rollups (ZK-Rollups). Jeder Rollup verwendet eine andere Methode, um die Korrektheit von Off-Chain-Transaktionen zu überprüfen, bevor diese On-Chain finalisiert werden.

Lassen Sie uns untersuchen, wie sie funktionieren und warum sie wichtig sind.

Warum Rollups wichtig sind

• Skalierbarkeit: Rollups verarbeiten Hunderte bis Tausende von Transaktionen Off-Chain, wodurch die Last auf Layer 1 reduziert und eine schnellere Ausführung ermöglicht wird.
• Kosteneffizienz: Nutzer zahlen deutlich niedrigere Transaktionsgebühren, da die Gaskosten von Layer 1 auf viele gebündelte Transaktionen verteilt werden.
• Sicherheit: Da Rollups die Sicherheit von Layer 1 übernehmen, profitieren Nutzer von Ethereums robustem Konsensmechanismus, ohne Kompromisse bei der On-Chain-Sicherheit einzugehen.
• DApp-Kompatibilität: Rollups gewährleisten die EVM-Konformität und unterstützen Standard-Solidity-Smart-Contracts, wodurch die einfache Bereitstellung bestehender dezentraler Anwendungen mit minimalen Anpassungen ermöglicht wird.

Mit zunehmender On-Chain-Aktivität werden Rollups voraussichtlich eine zentrale Rolle in der Skalierbarkeitsinfrastruktur der Blockchain spielen.

Wie funktionieren optimistische Rollups?Optimistische Rollups basieren auf dem Prinzip „Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser“. Sie gehen davon aus, dass Transaktionen, die außerhalb der Blockchain eingereicht werden, gültig sind, solange das Gegenteil nicht bewiesen ist. Der Betreiber veröffentlicht Transaktionsstapel und die zugehörigen State Roots im Ethereum-Mainnet, ohne einen unmittelbaren Nachweis zu erbringen. Der Name „optimistisch“ spiegelt diese standardmäßige Annahme von Ehrlichkeit wider.Um die Sicherheit zu gewährleisten, durchläuft jeder Transaktionsstapel jedoch eine Challenge-Periode – ein Zeitfenster, in dem jeder betrügerische Transaktionen durch Vorlage eines Betrugsnachweises anfechten kann. Wird der Betrugsnachweis akzeptiert, wird der fehlerhafte Zustand verworfen und das Rollup entsprechend aktualisiert, wodurch der unredliche Akteur potenziell bestraft wird.

Hauptmerkmale von Optimistic Rollups

• Betrugsnachweise: Die Streitbeilegung hängt von der Erkennung und dem Nachweis ungültiger Transaktionen nach der Einreichung ab.
• Anfechtungsfrist: Die endgültige Bestätigung wird verzögert (typischerweise eine Woche), um die Verifizierung zu ermöglichen und betrügerische Aktualisierungen zu verhindern.
• EVM-Kompatibilität: Optimistic Rollups unterstützen nativ die Programmierstandards von Ethereum und ermöglichen so eine unkomplizierte Bereitstellung von DApps.
• Beispiele: Bekannte Implementierungen von Optimistic Rollups sind Optimism und Arbitrum.

Trotz der Verzögerung bei der Auszahlung von Geldern aufgrund des Challenge-Fensters sind Optimistic Rollups für allgemeine Anwendungen, insbesondere in den Bereichen DeFi und Gaming, populär geworden. Zu ihren Hauptvorteilen zählen die einfache Integration, dezentrale Sicherheitsgarantien und reduzierte Transaktionskosten.

Vorteile und Einschränkungen

Optimistic Rollups senken die Transaktionsgebühren deutlich und reduzieren die Netzwerkauslastung. Entwickler profitieren von einem vertrauten Toolset, da die Anpassung bestehender Ethereum-Smart-Contracts nur minimalen Aufwand bedeutet. Die längere Finalität aufgrund des Betrugsschutzfensters und die Abhängigkeit von ehrlichen Teilnehmern für die Verifizierung sind jedoch zu berücksichtigende Kompromisse.

Diese Kompromisse haben das Interesse an Zero-Knowledge-Rollups verstärkt, die eine schnellere Finalität auf Kosten der Komplexität bieten.

ZK-Rollups verstehen

Zero-Knowledge-Rollups (ZK-Rollups) verwenden kryptografische Beweise – insbesondere Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge (zk-SNARKs oder zk-STARKs) –, um die Gültigkeit von Off-Chain-Transaktionen zu beweisen. Diese Beweise werden für jeden gebündelten Transaktionsstapel generiert und zusammen mit den gerollten Daten an das Ethereum-Mainnet übermittelt.

Der entscheidende Vorteil liegt in der Art dieser Beweise: ZK-Rollups benötigen weder eine Widerlegung noch ein Einspruchsfenster.

Stattdessen werden die Zustandsübergänge sofort verifiziert, sobald der kryptografische Beweis von der Ethereum-Blockchain validiert wurde.

Hauptmerkmale von ZK-Rollups

• Validierungsnachweise: Jedes Datenpaket enthält einen prägnanten Beweis, der die Korrektheit des gesamten Transaktionssatzes garantiert.
• Sofortige Finalität: Keine Verzögerung bei der Abwicklung, da der Beweis die Korrektheit im Voraus bestätigt.
• Erhöhte Sicherheit: Geringere Abhängigkeit von Netzwerkteilnehmern bei der Erkennung ungültiger Batches.
• Beispiele: Zu den wichtigsten ZK-Rollup-Protokollen gehören zkSync, Polygon zkEVM und Scrollen.

ZK-Rollups eignen sich besonders gut für Anwendungen, die hohe Sicherheit, schnelle Abwicklung und Datenschutz erfordern. Obwohl sie eine komplexere Infrastruktur und einen höheren Rechenaufwand mit sich bringen, sind sie dank jüngster Fortschritte für Entwickler immer zugänglicher und für ein breiteres Spektrum an Anwendungsfällen skalierbarer geworden.

Vorteile und Herausforderungen

Vorteile: Sofortige Auszahlung, höhere Skalierbarkeit und stärkere Betrugsresistenz, da die Gültigkeit vor der Annahme überprüft wird. Geringeres Vertrauen in Drittanbieter ist erforderlich.

Nachteile: Höhere anfängliche Rechenkosten für die Generierung von Nachweisen; historisch gesehen eingeschränkte Unterstützung für allgemeine Berechnungen (Projekte wie zkEVM beheben dieses Problem jedoch mittlerweile).

Darüber hinaus erfordert die Integration von Zero-Knowledge-Logik in DApps spezielle Entwicklungskenntnisse und -ressourcen. Da sich die Werkzeuge jedoch verbessern, dürften ZK-Rollups aufgrund ihrer Effizienz und der Minimierung des Vertrauensbedarfs die dominierende Langzeitlösung werden.

Die Zukunft von ZK-Rollups

Während optimistische Rollups gut für die heutigen Ethereum-Anwendungen geeignet sind, bieten ZK-Rollups ein deutlich größeres Innovationspotenzial. Von datenschutzorientierten Transaktionen bis hin zu skalierbaren Unternehmensanwendungen könnten ZK-Rollups die nächste Generation der Web3-Infrastruktur bilden, sobald die kryptografischen Werkzeuge ausgereifter sind.