Vorwort

Als größtes dezentrales Blockchain-Netzwerk, das Smart Contracts unterstützt, kann Ethereum verschiedene dezentrale Anwendungen und Dienste bereitstellen. Mit steigender Nutzerzahl steht Ethereum jedoch vor Herausforderungen wie langsamer Transaktionsgeschwindigkeit, hohen Gebühren und begrenzter Skalierbarkeit. Um diese Probleme anzugehen, haben viele Entwickler und Projektteams Sidechains eingeführt, bei denen eine oder mehrere parallele Blockchains außerhalb des Ethereum-Mainnets eingerichtet und über bestimmte Mechanismen mit dem Mainnet interagiert werden.

Sidechains können ihre eigenen Konsensalgorithmen, Transaktionsregeln, Sicherheitsmechanismen usw. basierend auf unterschiedlichen Anforderungen und Szenarien entwerfen und so die Effizienz verbessern, Kosten senken und die Flexibilität erhöhen. Durch die Integration mit der Ethereum Virtual Machine (EVM) können Sidechains die Kompatibilität und Interoperabilität mit dem Ethereum Mainnet aufrechterhalten.

Derzeit beträgt der durchschnittliche Transaktionsdurchsatz des Ethereum Mainnet nur 15 Transaktionen pro Sekunde, während traditionelle Zahlungsunternehmen wie Visa Tausende oder sogar Zehntausende Transaktionen pro Sekunde verarbeiten können. Durch die Nutzung von Sidechains wird erwartet, dass Ethereum seinen Durchsatz erheblich steigern wird. In dieser Lektion stellen wir die grundlegenden Konzepte, Prinzipien und Arten von Sidechains vor und analysieren die Rolle und Herausforderungen von Sidechains im Ethereum-Ökosystem.

Wie Sidechains funktionieren

• Konsensalgorithmen
  Eine Sidechain ist eine Blockchain, die außerhalb des Ethereum Mainnet läuft und den Austausch von Vermögenswerten und Daten mit dem Mainnet ermöglicht. Abhängig von ihren spezifischen Bedürfnissen und Zielen kann eine Sidechain ihren eigenen dedizierten Konsensmechanismus und ihre eigenen Regeln einrichten, um die Skalierbarkeit und Effizienz zu verbessern, die Belastung des Mainnets zu verringern und die Transaktionskosten zu senken, ohne das Mainnet zu beeinträchtigen.

Derzeit nutzt Ethereum den Proof of Stake (PoS)-Konsensmechanismus. Allerdings haben Sidechains die Flexibilität, alternative Konsensalgorithmen auszuwählen, die ihren Anforderungen am besten entsprechen. Zu den häufig verwendeten Konsensalgorithmen für Sidechains gehören Proof of Authority (PoA), Delegated Proof of Stake (DPoS), Proof of Stake (PoS), Proof of Work (PoW) oder Hybridmodelle.

Um die Blockgenerierungsgeschwindigkeit und den Durchsatz von Sidechains zu verbessern, werden häufig verschiedene Konsensmechanismen eingesetzt. Die Blockparameter von Sidechains, wie Blockgröße, Blockzeit, Blockbelohnungen und Schwierigkeitsanpassungen, werden oft anders eingestellt als im Ethereum Mainnet. Diese Parameter haben erhebliche Auswirkungen auf die Leistung und die Wirtschaftsmodelle der Blockchain und können sich auch auf die Kompatibilität und Ausgewogenheit zwischen verschiedenen Blockchain-Netzwerken auswirken.

• Blockparameter
  Das Ethereum Mainnet verfügt typischerweise über konservative Blockparametereinstellungen, wie z. B. langsamere Blockzeiten und kleinere Blockgrößen, um die Dezentralisierung und Sicherheit der Blockchain zu gewährleisten. Im Gegensatz dazu nutzen Sidechains oft schnellere Blockzeiten und größere Blockgrößen, um einen höheren Durchsatz, schnellere Transaktionsgeschwindigkeiten und niedrigere Transaktionskosten zu erreichen.

Allerdings kann dieser Ansatz der Dezentralisierung und Sicherheit der Sidechain schaden. Schnelle Blockzeiten und große Blockgrößen können den Betrieb vollständiger Knoten erschweren, was dazu führt, dass eine kleine Anzahl von „Superknoten“ für die Sicherung der Kette verantwortlich ist. In solchen Fällen besteht ein erhöhtes Risiko für Absprachen zwischen Validierungsknoten oder böswilligen Angriffen auf die Kette.

• EVM-Kompatibilität
  Einige Sidechains sind EVM-kompatibel und können Smart Contracts ausführen, die im Ethereum-Netzwerk bereitgestellt werden. Sie können das Ethereum-Ökosystem und die Entwicklungstools direkt nutzen und in Solidity geschriebene Smart Contracts sowie andere EVM-Smart-Contract-Sprachen unterstützen.

Für Entwickler, die über das Ethereum-Ökosystem hinaus expandieren möchten, dienen Sidechains als effektive Skalierbarkeitslösung, die Transaktionskosten senken und eine schnellere Ausführung dezentraler Anwendungen ermöglichen kann.

Allerdings birgt der Einsatz von Sidechains auch gewisse Risiken. Jede Sidechain ist für ihre Sicherheit verantwortlich und erbt nicht die Sicherheitseigenschaften von Ethereum. Daher sind Sidechains anfälliger für böswilliges Verhalten oder andere Angriffe.

• Vermögensübertragung
  Um eine Sidechain des Ethereum Mainnet zu werden, sollte die Blockchain in der Lage sein, den Transfer von Vermögenswerten vom und zum Ethereum Mainnet zu erleichtern. Dies wird mithilfe einer Blockchain-Brücke erreicht. Bridges nutzen intelligente Verträge, die im Ethereum Mainnet und einer Sidechain bereitgestellt werden, um die Überbrückung von Geldern zwischen ihnen zu steuern und es ihnen zu ermöglichen, miteinander zu kommunizieren und Daten auszutauschen.

Bei der Nutzung einer Bridge werden Vermögenswerte nicht physisch von einer Blockchain auf eine andere übertragen. Stattdessen wird ein Mechanismus zum Prägen und Verbrennen von Token eingesetzt. Die an den Bridge-Smart-Vertrag gesendeten Vermögenswerte werden gesperrt und von Relayern empfangen, die für die Überprüfung von Benutzertransaktionen verantwortlich sind. Nach der Sicherheitsüberprüfung wird eine Quittung namens „Simple Payment Verification“ (SPV) generiert und die Cross-Chain-Transaktion an die Zielkette weitergeleitet. Am anderen Ende der Brücke werden gleichwertige Token geprägt.

Diese Transaktionsmethode wird auch als „Zwei-Wege-Peg“ bezeichnet und ermöglicht die einfache Übertragung von Vermögenswerten durch das Abstecken und Freischalten gleichwertiger Vermögenswerte auf verschiedenen Ketten durch intelligente Verträge.

Bildquelle: Web3 University

Vorteile von Sidechains

• Entlastung von Ethereum
  Sidechains können die Belastung des Mainnets verringern und den Gesamtdurchsatz und die Effizienz des Blockchain-Systems verbessern.

• Unterstützung verschiedener Konsensmechanismen
  Sidechains können unterschiedliche Konsensmechanismen nutzen, um maßgeschneiderte Serviceanwendungen bereitzustellen.

• Bietet mehr Privatsphäre
  Sidechains können eine fortschrittlichere Verschlüsselungstechnologie einsetzen, um die Privatsphäre und Sicherheit von Transaktionen zu schützen.

• Ermöglicht eine größere Interoperabilität und Zusammensetzbarkeit
  Sidechains können horizontal und vertikal skaliert werden, wodurch ein Multi-Chain-Ökosystem entsteht, das eine bessere Interoperabilität zwischen verschiedenen Blockchains ermöglicht.

• Eröffnen Sie mehr Möglichkeiten zur Anwendungserweiterung
  EVM-kompatible Sidechains ermöglichen die Erweiterung von dApps auf andere Blockchain-Netzwerke und fördern so eine größere Benutzergemeinschaft.

Nachteile von Sidechains

• Geringere Sicherheit
  Die Sicherheit von Sidechains hängt vom Konsensmechanismus sowie der Anzahl und Qualität der Validatoren ab. Wenn der Konsensmechanismus schwach ist oder die Validatoren nicht vertrauenswürdig sind, kann die Sidechain anfällig für Angriffe oder Ausfälle sein, was zu Datenverlust oder Manipulation führen kann.

• Kompatibilitätsprobleme
  Sidechains und das Mainnet können unterschiedliche Blockstrukturen, intelligente Vertragssprachen, Zustandsübergangsregeln usw. verwenden. Dies kann zu Fehlern oder Ausfällen bei Vermögensübertragungen oder Vertragsausführungen führen.

• Verfügbarkeitsbeschränkungen
  Sidechains können durch Netzwerkverzögerungen, Knoten-Offline-Probleme oder Überlastungen in Cross-Chain-Brücken beeinträchtigt werden, wodurch Benutzer daran gehindert werden, Transaktionsdaten rechtzeitig zu senden oder zu empfangen.

• Zentralisierungsrisiken
  Sidechains arbeiten normalerweise unabhängig vom Mainnet und verfügen über eigene Konsensmechanismen und Validatoren. Wenn die Mehrheit der Validatoren auf wenige Institutionen oder Einzelpersonen konzentriert ist, kann die Vertrauenswürdigkeit und Sicherheit der Sidechain gefährdet sein.

• Hohe Entwicklungskomplexität
  Sidechain-Netzwerke weisen viele Parameter auf, die sich vom Mainnet unterscheiden. Daher müssen Kompatibilität, Lastausgleich, Leistungsengpässe und potenzielle Probleme, die während der Nutzung auftreten können, berücksichtigt werden, was ein höheres technisches Fachwissen erfordert.

Führende Sidechain-Projekte

• Polygon
  Die Polygon-Blockchain ist eine der beliebtesten Skalierungslösungen von Ethereum und nutzt den PoS-Konsensmechanismus, um die Effizienz und Skalierbarkeit von Blockchain-Netzwerken zu verbessern. Dies wird erreicht, indem mehrere parallele Ketten, auch untergeordnete Ketten genannt, erstellt werden, die mit dem Ethereum-Mainnet verbunden sind und ihre Sicherheits-, Governance- und Konsensmechanismen anpassen können.

Zu den Hauptvorteilen von Polygon gehören die Reduzierung der Transaktionskosten, die Verbesserung der Transaktionsgeschwindigkeit und die Unterstützung einer breiten Palette von Anwendungsfällen bei gleichzeitiger Wahrung der Kompatibilität und Interoperabilität mit Ethereum. Darüber hinaus ist Polygon eine offene Plattform, auf der jeder Entwickler seine eigenen untergeordneten Ketten oder parallelen Ketten erstellen und bereitstellen kann.

Als Ethereum-Sidechain bietet Polygon schnelle, kostengünstige und sichere On-Chain-Transaktionen, und sein Multi-Chain-Skalierungskonsensmodell ermöglicht die Interoperabilität und Integration von dApps über verschiedene Ketten hinweg.

Polygon hat in letzter Zeit erhebliche Fortschritte gemacht, darunter die Einführung von Polygon zkEVM, einer Skalierbarkeitslösung für die Ethereum Virtual Machine (EVM) unter Verwendung von Zero-Knowledge (ZK)-Beweisen. Es bietet EVM-Äquivalenz, Sicherheit und geringere Kosten durch Stapelverarbeitung von Transaktionen. Darüber hinaus nutzt es die Polygon Zero-Technologie, die derzeit die schnellste ZK-Proof-Technologie der Welt ist und eine bessere Endgültigkeit als andere Layer-2-Lösungen wie optimistische Rollups bietet.

Polygon zkEVM ist Open Source und hat das öffentliche Testnetz veröffentlicht. Das Risikokapitalunternehmen Seven Seven Six hat außerdem eine 200-Millionen-Dollar-Initiative gestartet, um die Entwicklung neuer Projekte mit Polygon zu unterstützen. Derzeit ist Polygon mit über 130.000 täglich aktiven Spielern die zweitgrößte GameFi-Blockchain.

• Skale
  Skale Blockchain ist ein Projekt, das sich auf die Entwicklung der Ethereum-Sidechain konzentriert. Es nutzt den PoS-Konsensmechanismus und einen einzigartigen Ansatz namens Elastic Sidechains, um eine hohe Leistung zu erzielen und gleichzeitig die Kompatibilität mit der Ethereum-Blockchain aufrechtzuerhalten. Skale bietet eine effiziente, sichere und kostengünstige Infrastruktur für dApps und Smart Contracts.

Seit seinem Mainnet-Start im Juni 2020 hat Skale bei Entwicklern und Benutzern, die nach skalierbaren und effizienten Lösungen für dezentrale Anwendungen suchen, an Popularität gewonnen. Das Hauptmerkmal des Skale-Netzwerks ist die Verwendung von Elastic Sidechains, bei denen es sich im Wesentlichen um unabhängige Blockchain-Netzwerke handelt, die mit dem Ethereum Mainnet verbunden sind. Entwickler können diese Sidechains entsprechend ihren Anforderungen erstellen und anpassen, um verschiedene dApps und Smart Contracts zu unterstützen.

Das Skale-Netzwerk bietet zusätzliche Funktionalitäten und Vorteile für Entwickler und Benutzer. Es unterstützt beispielsweise mehrere Programmiersprachen und Frameworks, sodass Entwickler ihre dApps und Smart Contracts bequem erstellen und bereitstellen können. Darüber hinaus bietet es niedrige Transaktionsgebühren und schnelle Transaktionszeiten und bietet Benutzern eine kostengünstige und effiziente Lösung.

Was die Tokenomik betrifft, verwendet das Skale-Netzwerk SKL als seine native Kryptowährung mit einem Gesamtangebot von 4 Milliarden Token. Ein erheblicher Teil des Token-Angebots wird für die Entwicklung des Ökosystems und die Belohnung der Community verwendet.

• Gnosis-Kette
  Gnosis Chain, früher bekannt als xDai Chain, ist ein Ethereum-Sidechain-Projekt, das darauf abzielt, eine hoch skalierbare, sichere und interoperable Blockchain-Lösung für dApps bereitzustellen. Gnosis Chain unterstützt Transaktionsgeschwindigkeiten von bis zu 1.000 TPS (Transaktionen pro Sekunde) und nutzt einen PoS-Konsensmechanismus und eine intelligente Vertragsüberprüfung für die Netzwerksicherheit. Darüber hinaus ist Gnosis Chain mit dem Ethereum-Netzwerk kompatibel und ermöglicht so die Interoperabilität mit dem Ethereum-Ökosystem.

Gnosis Chain hat in letzter Zeit bedeutende technologische Fortschritte gemacht. Erstens wurde eine neue Version mit verbesserten Funktionen wie schnelleren Transaktionsgeschwindigkeiten und erhöhter Sicherheit eingeführt. Darüber hinaus hat Gnosis Chain mit Polygon zusammengearbeitet und das Gnosis Safe Wallet in das Polygon-Netzwerk integriert, um schnellere Transaktionsgeschwindigkeiten und niedrigere Gebühren zu erreichen. Schließlich ist Gnosis Chain eine Partnerschaft mit der DeFi-Versicherungsgesellschaft Nexus Mutual eingegangen, um Versicherungsdienstleistungen für die Gnosis Safe Wallet bereitzustellen.

Die xOmniBridge-Technologie ermöglicht kettenübergreifende Asset-Transfers zwischen Gnosis Chain und anderen Netzwerken wie Ethereum und Binance Smart Chain. Dadurch können Benutzer Vermögenswerte zwischen verschiedenen Netzwerken übertragen, ohne auf zentralisierte Börsen angewiesen zu sein. Derzeit sind viele Ethereum-Anwendungen wie Chainlink und Aave auf Gnosis Chain migriert, das über ein gut etabliertes Ökosystem verfügt, das DeFi-Protokolle, Spiele und NFT-Marktplätze umfasst.

Abschluss

In dieser Lektion haben wir die Anwendung der Sidechain-Technologie bei der Skalierung der Ethereum-Blockchain untersucht. Sidechains sind unabhängige Blockchains, die parallel zum Mainnet laufen und mit diesem über spezifische Mechanismen für Datenaustausch und Asset-Transfers interagieren, wodurch Skalierbarkeit und Anwendungsunterstützung für das Mainnet ermöglicht werden. Sidechains haben das Potenzial, die Transaktionsgeschwindigkeit zu verbessern, Kosten zu senken und verschiedene Anwendungsszenarien zu unterstützen, wodurch mehr Innovationsmöglichkeiten für dezentrale Anwendungen entstehen. Sie stehen jedoch immer noch vor einigen Einschränkungen und Herausforderungen in Bezug auf Sicherheit und Dezentralisierung.

Neben Polygon, Skale und Gnosis Chain gibt es weitere Projekte wie Loom Network, Metis Andromeda und CrossBell, die aktiv Sidechains entwickeln. Durch diese Lektion haben Sie möglicherweise ein umfassendes Verständnis von Sidechains erlangt. In der nächsten Lektion werden wir die mit Spannung erwartete Rollups-Technologie erkunden und tiefer in die verschiedenen Skalierbarkeitslösungen von Ethereum eintauchen.

Höhepunkte

• Ethereum steht vor Skalierbarkeitsproblemen und muss Probleme mit der Transaktionsgeschwindigkeit und den Kosten angehen. Die Sidechain-Technologie ist eine Lösung.
• Sidechains sind unabhängige Blockchains, die parallel zum Mainnet laufen und den Datenaustausch und Asset-Transfers über spezifische Mechanismen ermöglichen, wodurch Skalierbarkeit und Anwendungsunterstützung für das Mainnet erreicht werden.
• Zu den Vorteilen von Sidechains gehören die Verringerung der Überlastung der Ethereum-Blockchain, die Unterstützung verschiedener Konsensmechanismen und Blockparameter, die Bereitstellung einer höheren Privatsphäre, die Unterstützung von mehr Interoperabilität und Zusammensetzbarkeit sowie die Eröffnung neuer Möglichkeiten für Anwendungen.
• Zu den Nachteilen von Sidechains gehören geringere Sicherheit, Kompatibilitätsprobleme, Einschränkungen bei der Verfügbarkeit, Zentralisierungsrisiken und eine höhere Entwicklungskomplexität.
• Polygon, Skale und Gnosis Chain sind bekannte Sidechain-Projekte.