Blockchain-Netzwerke sind darauf ausgelegt, Menschen die Übertragung von Werten, die Nutzung von Anwendungen und die Interaktion mit digitalen Assets zu ermöglichen, ohne sich auf eine zentrale Instanz verlassen zu müssen. Doch je mehr Menschen eine Blockchain nutzen, desto wichtiger wird eine zentrale Herausforderung: Wie kann sie mehr Aktivität verarbeiten, ohne langsam, teuer oder zu stark zentralisiert zu werden?

Zwei Begriffe tauchen in Diskussionen über die Skalierbarkeit von Blockchains besonders häufig auf: Layer 1 und Layer 2. Layer 1 bezeichnet die zugrunde liegende Blockchain selbst, während Layer 2 zusätzliche Systeme bezeichnet, die auf einer Blockchain aufbauen, um die Kapazität zu erhöhen oder die Effizienz zu verbessern.

Wenn du den Unterschied verstehst, kannst du besser nachvollziehen, wie Blockchain-Ökosysteme skalieren, warum Transaktionsgebühren stark schwanken können und warum Nutzer zunehmend mit Netzwerken interagieren, die über die Basis-Blockchain hinausgehen.

Was ist eine Layer-1-Blockchain?

Eine Layer-1-Blockchain, oft auch L1 genannt, ist das grundlegende Blockchain-Netzwerk. Sie stellt die grundlegende Infrastruktur bereit, die für die Aufzeichnung von Transaktionen, das Erreichen eines Konsenses, die Aufrechterhaltung der Sicherheit und die Festlegung der Regeln des Netzwerks verantwortlich ist.

Beispiele für Layer-1-Blockchains sind:

• Bitcoin
• Ethereum
• Nano
• Solana
• Cardano
• Avalanche
• BNB Smart Chain
• Algorand
• NEAR Protocol

Jede Layer 1 arbeitet nach ihrem eigenen Protokoll und verfolgt ihren eigenen Ansatz bei Konsens, Transaktionsverarbeitung, Sicherheit und Dezentralisierung.

Wenn jemand zum Beispiel Bitcoin direkt über das Bitcoin-Netzwerk sendet, wird die Transaktion von der Layer-1-Blockchain von Bitcoin verarbeitet und aufgezeichnet.

Das gleiche Prinzip gilt, wenn jemand eine Transaktion direkt auf Ethereum durchführt. Validatoren verarbeiten die Transaktion gemäß dem Ethereum-Protokoll und die daraus entstehenden Daten werden Teil der Blockchain-Historie von Ethereum.

Welche Aufgaben übernimmt Layer 1?

Layer 1 ist für die Kernfunktionen verantwortlich, die den Betrieb einer Blockchain ermöglichen.

Dazu gehören in der Regel Konsens, der bestimmt, wie sich die Teilnehmer über den Zustand des Netzwerks einigen, Sicherheit, die die Blockchain vor Angriffen und ungültigen Transaktionen schützt, Datenverfügbarkeit, die sicherstellt, dass notwendige Blockchain-Daten abgerufen und überprüft werden können, sowie Transaktionsabwicklung, die den verbindlichen Zustand von Transaktionen festlegt.

Je nach Blockchain kann Layer 1 auch Smart Contracts, Token, dezentrale Anwendungen, NFTs, Governance-Systeme und weitere Funktionen unterstützen.

Da diese Aufgaben für das Netzwerk grundlegend sind, können Änderungen an einem Layer-1-Protokoll kompliziert sein. Größere Änderungen erfordern häufig eine Koordination zwischen Entwicklern, Validatoren, Node-Betreibern, Nutzern und anderen Teilnehmern des Ökosystems.

Das Skalierbarkeitsproblem

Eine der größten Herausforderungen für Layer-1-Netzwerke ist die Skalierbarkeit.

Eine Blockchain verfügt über begrenzte Ressourcen. Blöcke haben eine begrenzte Kapazität, Transaktionen benötigen Rechenleistung und Tausende unabhängige Teilnehmer müssen möglicherweise den Zustand des Netzwerks überprüfen.

Wenn die Nachfrage die verfügbare Kapazität übersteigt, konkurrieren Nutzer möglicherweise darum, dass ihre Transaktionen verarbeitet werden. In Netzwerken mit Gebührenmärkten kann dies dazu führen, dass die Transaktionsgebühren deutlich steigen.

Die Kapazität einfach zu erhöhen, ist nicht immer unkompliziert.

Beispielsweise könnten größere Blöcke oder höhere Hardwareanforderungen einer Blockchain ermöglichen, mehr Transaktionen zu verarbeiten. Wenn der Betrieb einer Node dadurch jedoch deutlich teurer wird, könnten weniger Menschen unabhängig am Netzwerk teilnehmen.

Dieses Spannungsverhältnis hängt eng mit dem sogenannten Blockchain-Skalierbarkeitstrilemma zusammen: der Herausforderung, Skalierbarkeit, Sicherheit und Dezentralisierung miteinander in Einklang zu bringen.

Verschiedene Layer-1-Netzwerke gehen bei diesen Zielen unterschiedliche Kompromisse ein.

Wie Layer-1-Netzwerke skalieren können

Layer-1-Blockchains können ihre Skalierbarkeit verbessern, indem das zugrunde liegende Protokoll angepasst wird.

Ein Ansatz besteht darin, die Menge an Daten oder Berechnungen zu erhöhen, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums verarbeitet werden können. Ein anderer Ansatz ist die Verbesserung der Effizienz von Konsensmechanismen oder der Transaktionsausführung.

Einige Netzwerke erforschen außerdem Techniken wie Sharding, bei denen bestimmte Aufgaben auf mehrere Teile des Netzwerks verteilt werden, anstatt von jedem Teilnehmer zu verlangen, alles auf genau die gleiche Weise zu verarbeiten.

Verbesserungen an Layer 1 können erhebliche Vorteile bieten, da sie das Basisnetzwerk selbst betreffen. Die Aktualisierung einer dezentralen Blockchain kann jedoch technisch schwierig sein und eine umfassende Koordination innerhalb des Ökosystems erfordern.

Das ist einer der Gründe, warum Layer-2-Lösungen zunehmend an Bedeutung gewinnen.

Was ist Layer 2?

Ein Layer 2, kurz L2, ist ein System, das auf einer Layer-1-Blockchain aufbaut und Aktivitäten außerhalb der Basisschicht verarbeitet, während es in irgendeiner Form mit ihr verbunden bleibt.

Anstatt jede einzelne Transaktion vollständig von Layer 1 verarbeiten zu lassen, kann ein Layer 2 viele Transaktionen separat verarbeiten und anschließend relevante Informationen oder Ergebnisse an die zugrunde liegende Blockchain übermitteln.

Die Grundidee ist einfach:

Layer 1 stellt die Grundlage und die Abwicklungsschicht bereit, während Layer 2 zusätzliche Transaktionskapazität bietet.

Ethereum ist zu einem der bekanntesten Beispiele für diesen Ansatz geworden. Zahlreiche Layer-2-Netzwerke wurden entwickelt, um Transaktionen effizienter zu verarbeiten, während sie sich bei wichtigen Aspekten der Abwicklung und Sicherheit letztlich auf Ethereum verlassen.

Warum es Layer-2-Netzwerke gibt

Stell dir eine beliebte Blockchain vor, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums nur eine begrenzte Anzahl von Transaktionen verarbeiten kann.

Wenn Millionen von Nutzern gleichzeitig versuchen, das Netzwerk zu verwenden, kann die Nachfrage den verfügbaren Blockplatz übersteigen. Transaktionen können dadurch teurer werden oder länger bis zur Bestätigung benötigen.

Anstatt jede Transaktion einzeln über die Basis-Blockchain abzuwickeln, kann ein Layer 2 große Mengen an Aktivität separat verarbeiten.

Der Layer 2 kommuniziert anschließend mit Layer 1, häufig indem Transaktionsdaten, Beweise, Commitments oder Abwicklungsinformationen veröffentlicht werden.

Indem der Arbeitsaufwand reduziert wird, der für jede einzelne Nutzertransaktion direkt auf Layer 1 anfällt, können Layer-2-Systeme die effektive Netzwerkkapazität erheblich erhöhen.

Rollups

Eine der wichtigsten Layer-2-Technologien ist der Rollup.

Rollups führen viele Transaktionen außerhalb der Layer-1-Ausführungsumgebung aus und bündeln Informationen über diese Transaktionen, bevor sie mit der Basis-Blockchain interagieren.

Es gibt zwei wichtige Kategorien.

Optimistic Rollups

Optimistic Rollups gehen grundsätzlich davon aus, dass eingereichte Transaktionsergebnisse gültig sind, solange sie nicht angefochten werden.

Es gibt einen Zeitraum, in dem potenziell ungültige Ergebnisse mithilfe eines Fraud-Proof- oder Fault-Proof-Mechanismus angefochten werden können.

Beispiele für Technologien auf Basis von Optimistic Rollups sind Arbitrum und Optimism.

Zero-Knowledge Rollups

Zero-Knowledge Rollups, häufig ZK Rollups genannt, verwenden kryptografische Beweise, um nachzuweisen, dass Transaktionen korrekt verarbeitet wurden.

Anstatt vom Layer-1-Netzwerk zu verlangen, jede Transaktion unabhängig auszuführen, kann der Layer 2 einen kompakten mathematischen Beweis bereitstellen, der die Gültigkeit einer größeren Menge von Aktivitäten nachweist.

ZK-Technologie ist ein bedeutender Bereich der Blockchain-Forschung und -Entwicklung, wobei zahlreiche Projekte unterschiedliche Implementierungen und Architekturen erforschen.

Sind alle Netzwerke, die auf einer anderen Blockchain aufbauen, Layer 2?

Nein.

Diese Unterscheidung ist wichtig, da der Begriff "Layer 2" manchmal recht großzügig verwendet wird.

Eine Blockchain, die mit einer anderen Blockchain verbunden ist, ist nicht automatisch ein Layer 2. Sidechains, unabhängige Netzwerke, State Channels, Rollups, Validiums und andere Skalierungssysteme können sehr unterschiedliche Sicherheitsmodelle haben.

Ein echter Layer 2 bezieht wichtige Sicherheits- oder Abwicklungseigenschaften in der Regel vom darunterliegenden Layer-1-Netzwerk.

Eine Sidechain kann dagegen über eine eigene Gruppe von Validatoren und einen eigenen Konsensmechanismus verfügen. Obwohl sie über Bridges mit einer anderen Blockchain kommunizieren kann, hängt ihre Sicherheit möglicherweise hauptsächlich von ihrem eigenen Netzwerk und nicht von der Layer-1-Blockchain ab.

Das zugrunde liegende Sicherheitsmodell zu verstehen, ist daher hilfreicher, als sich allein auf die Bezeichnung Layer 2 zu verlassen.

Transaktionsgebühren bei Layer 1 vs. Layer 2

Die Transaktionskosten gehören zu den auffälligsten Unterschieden, die Nutzer bemerken können.

Auf einer Layer-1-Blockchain mit begrenzter Kapazität und hoher Nachfrage können die Transaktionsgebühren stark steigen. Nutzer konkurrieren um den knappen Platz in den Blöcken.

Layer-2-Netzwerke können die Kosten senken, indem sie viele Transaktionen effizienter verarbeiten und bestimmte Layer-1-Kosten auf eine größere Menge an Aktivitäten verteilen.

Anstatt dass beispielsweise Hunderte Nutzer einzeln für separate Layer-1-Transaktionen bezahlen, kann ein Rollup Informationen aus vielen Transaktionen bündeln und diese effizienter abwickeln.

Das bedeutet nicht zwangsläufig, dass Layer-2-Transaktionen immer günstig sind. Die Kosten hängen von der Netzwerknachfrage, der Architektur, den Datenanforderungen und dem zugrunde liegenden Layer 1 ab.

Sicherheit bei Layer 1 vs. Layer 2

Die Sicherheit ist ein weiterer wichtiger Unterschied.

Eine Layer-1-Blockchain gewährleistet ihre Sicherheit durch ihren eigenen Konsensmechanismus und die Teilnehmer des Netzwerks.

Die Sicherheit von Layer 2 ist komplexer.

Einige Layer-2-Systeme sind bei der Abwicklung und Datenverfügbarkeit stark vom zugrunde liegenden Layer 1 abhängig, während andere zusätzliche Annahmen in Bezug auf Sequencer, Betreiber, Komitees, Bridges oder separate Systeme zur Datenverfügbarkeit einführen.

Daher können zwei Netzwerke, die beide als Layer-2-Lösungen bezeichnet werden, deutlich unterschiedliche Sicherheitseigenschaften haben.

Nutzer sollten unter anderem folgende Fragen berücksichtigen:

• Wo werden die Transaktionsdaten gespeichert?
• Wie werden ungültige Transaktionen verhindert oder angefochten?
• Können Nutzer Gelder ohne die Erlaubnis eines zentralisierten Betreibers abheben?
• Was passiert, wenn der Layer 2 den Betrieb einstellt?
• Ist das System auf zusätzliche vertrauenswürdige Parteien angewiesen?
• Wie ausgereift sind die Smart Contracts und Beweissysteme?

Diese Details können wichtiger sein als die Bezeichnung Layer 2 selbst.

Was sind Sequencer?

Viele Layer-2-Netzwerke verwenden eine Komponente, die als Sequencer bezeichnet wird.

Der Sequencer empfängt Transaktionen von Nutzern, legt ihre Reihenfolge fest und hilft dabei, Batches zu erstellen, die schließlich an Layer 1 übermittelt werden.

Dies kann schnelle Transaktionsbestätigungen und eine reibungslosere Nutzererfahrung ermöglichen.

Einige Layer-2-Netzwerke sind derzeit jedoch auf eine zentralisierte oder relativ zentralisierte Sequencing-Infrastruktur angewiesen. Ein zentralisierter Sequencer könnte Transaktionen vorübergehend zensieren oder nicht verfügbar sein, selbst wenn er unter den normalen Annahmen des Protokolls nicht direkt die Assets der Nutzer stehlen kann.

Die Dezentralisierung des Sequencings ist daher ein wichtiger Bereich der laufenden Layer-2-Entwicklung.

Assets zwischen Layer 1 und Layer 2 übertragen

Nutzer müssen Kryptowährungen oder Token häufig zwischen Layer-1- und Layer-2-Netzwerken übertragen.

Dies geschieht üblicherweise über eine Bridge.

Beispielsweise können Assets in einen Smart Contract auf Layer 1 eingezahlt werden, woraufhin eine entsprechende Repräsentation auf Layer 2 verfügbar wird.

Bei der Übertragung von Assets zurück auf Layer 1 läuft dieser Prozess umgekehrt ab.

Der genaue Mechanismus hängt von der Netzwerkarchitektur ab. Auch die Auszahlungszeiten können variieren. Bei einigen Optimistic-Rollup-Designs kann es bei bestimmten nativen Auszahlungen zu Wartezeiten kommen, da genügend Zeit vorhanden sein muss, um Transaktionen anzufechten.

Bridges von Drittanbietern können manchmal schnellere Übertragungen ermöglichen, sie können jedoch zusätzliche Sicherheitsannahmen mit sich bringen.

Bei Layer 2 geht es nicht nur um niedrigere Gebühren

Niedrigere Transaktionskosten sind einer der Hauptgründe, warum Layer-2-Netzwerke Nutzer anziehen, doch Skalierbarkeit kann weit mehr ermöglichen als nur günstigere Übertragungen.

Anwendungen, die häufige Transaktionen erfordern, können auf einem ausgelasteten Layer 1 schwierig oder teuer zu betreiben sein.

Zusätzliche Kapazität kann Blockchain-Technologie für Bereiche wie diese praktischer machen:

• Dezentrale Börsen
• Blockchain-Spiele
• NFT-Marktplätze
• Soziale Anwendungen
• Mikrozahlungen
• On-Chain-Communities
• Prognosemärkte
• DeFi-Anwendungen mit hoher Transaktionsfrequenz

Wenn die Transaktionskosten sinken und der Durchsatz steigt, können Entwickler mit Anwendungen experimentieren, die unpraktisch wären, wenn jede Interaktion teuren Layer-1-Blockplatz beanspruchen würde.

Die Herausforderung der Nutzererfahrung

Layer-2-Technologie kann die Skalierbarkeit verbessern, bringt aber gleichzeitig zusätzliche Komplexität mit sich.

Nutzer müssen möglicherweise verstehen, in welchem Netzwerk sich ihre Assets befinden, welches Netzwerk sie in ihrer Wallet auswählen müssen, welche Bridge sie verwenden sollen und ob eine Anwendung einen bestimmten Layer 2 unterstützt.

Jemand kann denselben Token in mehreren Netzwerken besitzen, während diese Guthaben technisch voneinander getrennt bleiben.

Das Senden eines Assets über das falsche Netzwerk kann ebenfalls für Verwirrung sorgen und je nach Situation die Wiederherstellung erschweren.

Wallets, Börsen und dezentrale Anwendungen versuchen zunehmend, diese Komplexität zu verbergen. Im Idealfall können Nutzer irgendwann mit Blockchain-Anwendungen interagieren, ohne verstehen zu müssen, welche Skalierungsschicht genau die jeweilige Transaktion verarbeitet.

Kann Layer 2 Layer 1 ersetzen?

Layer 2 ist grundsätzlich nicht darauf ausgelegt, Layer 1 überflüssig zu machen.

Stattdessen können die beiden Layer sich ergänzende Aufgaben übernehmen.

Layer 1 kann eine starke Abwicklung, Konsens und Sicherheit bieten, während Layer-2-Netzwerke zusätzliche Ausführungskapazität und spezialisierte Umgebungen bereitstellen.

Dadurch entsteht eine mehrschichtige Architektur, ähnlich wie bei anderen komplexen technologischen Systemen, bei denen verschiedene Komponenten unterschiedliche Aufgaben übernehmen.

Die Beziehung lässt sich so zusammenfassen:

Layer 1 stellt die Grundlage bereit. Layer 2 hilft dem Ökosystem bei der Skalierung.

Verschiedene Blockchains verfolgen unterschiedliche Ansätze

Nicht jedes Blockchain-Ökosystem verfolgt die gleiche Skalierungsstrategie.

Ethereum setzt zunehmend auf ein Rollup-zentriertes Skalierungsmodell, bei dem Layer-2-Netzwerke einen erheblichen Teil der Nutzeraktivitäten verarbeiten, während Ethereum als zugrunde liegende Abwicklungs- und Datenschicht dient.

Andere Layer-1-Blockchains konzentrieren sich stark darauf, die Leistung der Basis-Blockchain selbst zu erhöhen.

Einige Ökosysteme kombinieren beide Ansätze, indem sie die Leistung von Layer 1 verbessern und gleichzeitig zusätzliche Skalierungsschichten entwickeln.

Es gibt daher keine universelle Architektur für die Skalierbarkeit von Blockchains.

Layer 1 und Layer 2 sind Teil eines größeren Stacks

Die Blockchain-Infrastruktur wird zunehmend modular.

Über Layer 1 und Layer 2 hinaus können Entwickler spezialisierte Systeme für Datenverfügbarkeit, Interoperabilität, Transaktionsreihenfolge, Ausführung und anwendungsspezifische Funktionen einsetzen.

Begriffe wie Layer 3, Appchain, Validium und modulare Blockchain werden immer gebräuchlicher, da Entwickler mit verschiedenen Möglichkeiten experimentieren, die Aufgaben einer Blockchain aufzuteilen.

Diese Kategorien sind nicht immer eindeutig definiert und die Terminologie kann sich von Projekt zu Projekt unterscheiden.

Entscheidend ist, dass Blockchain-Netzwerke nicht mehr jede Aufgabe innerhalb eines einzigen monolithischen Systems erledigen müssen.

Die Zukunft mehrschichtiger Blockchain-Netzwerke

Layer-2-Technologie ist ein Ansatz, um eines der grundlegenden Probleme von Blockchains zu lösen: eine große Anzahl von Nutzern zu unterstützen, ohne dabei die Eigenschaften zu opfern, die dezentrale Netzwerke wertvoll machen.

Layer-1-Blockchains entwickeln sich durch Protokoll-Upgrades, bessere Kryptografie, effizientere Konsensmechanismen und neue Ansätze zur Datenverfügbarkeit kontinuierlich weiter.

Gleichzeitig werden Layer-2-Netzwerke schneller, günstiger und zunehmend ausgereifter.

Langfristig könnten Blockchain-Ökosysteme entstehen, in denen der Großteil der alltäglichen Aktivitäten auf skalierbaren Ausführungsschichten stattfindet, während hochsichere Layer-1-Netzwerke unauffällig darunter arbeiten.

Für Nutzer könnte der Unterschied zwischen diesen Layern mit der Zeit deutlich weniger sichtbar werden.

Fazit

Der Unterschied zwischen Layer 1 und Layer 2 hängt letztlich davon ab, wo Blockchain-Aktivitäten verarbeitet werden und woher das System seine Sicherheit bezieht.

Layer 1 ist die Basis-Blockchain. Sie stellt die grundlegende Infrastruktur für Konsens, Sicherheit, Daten und Abwicklung des Netzwerks bereit.

Layer 2 ist eine zusätzliche Infrastruktur, die auf Layer 1 aufbaut. Sie verlagert einen Teil der Transaktionsverarbeitung von der Basisschicht weg, um die Kapazität zu erhöhen, Kosten zu senken oder spezialisierte Funktionen bereitzustellen, während die Verbindung zur zugrunde liegenden Blockchain erhalten bleibt.

Keiner der beiden Ansätze löst allein jede Herausforderung von Blockchains. Verbesserungen an Layer 1 und Layer-2-Skalierungstechnologien arbeiten zunehmend zusammen.

Wenn du diese Beziehung verstehst, wird deutlicher, warum moderne Blockchain-Ökosysteme aus mehreren miteinander verbundenen Netzwerken bestehen und warum sich Skalierbarkeit von einem Problem einzelner Blockchains zu einer Herausforderung für mehrschichtige Infrastrukturen entwickelt.