Layer 2 und Rollups: Wie Ethereum skalieren lernt

Jede Blockchain steht vor demselben Zielkonflikt. Je mehr Transaktionen eine Kette verarbeitet, desto leistungsfähiger müssen die Rechner sein, die mithalten, und desto weniger Menschen können einen eigenen Knoten betreiben und das Netzwerk selbst überprüfen. Bitcoin und Ethereum haben sich beide entschieden, ihre Basisschicht vergleichsweise schlank zu halten, damit diese Überprüfung für viele zugänglich bleibt.

Für Ethereum hatte diese Entscheidung sichtbare Folgen. In geschäftigen Phasen wurde der Platz in den Blöcken knapp, und die Gebühren für eine einfache Überweisung oder einen Token-Tausch stiegen so stark, dass sich kleine Transaktionen kaum noch lohnten. Die Frage lautete also, wie das Netzwerk wachsen kann, ohne aufzugeben, was es überhaupt wertvoll macht.

Die Antwort, die sich über mehrere Jahre herausgebildet hat, ist ein Schichtenmodell. Ethereum dient als sicheres Fundament, während ein großer Teil der alltäglichen Aktivität auf Layer-2-Netze wandert, vor allem auf sogenannte Rollups. Dieser Artikel erklärt, wie sie funktionieren, was sich 2024 geändert hat und welche Fragen noch offen sind.

Das Skalierungsproblem einer Basiskette

Eine Blockchain ist ein gemeinsames Kontobuch, das Tausende unabhängige Rechner synchron halten. Jeder von ihnen, ein sogenannter Knoten, prüft jede einzelne Transaktion anhand der Regeln. Diese Redundanz macht das System schwer manipulierbar, bedeutet aber auch, dass das Netzwerk nur so schnell sein kann wie der langsamste Knoten, den es noch einbinden will.

Größere Blöcke oder kürzere Blockzeiten würden die Kapazität erhöhen, zugleich aber die Anforderungen an Hardware und Bandbreite steigern. Mit der Zeit könnten sich immer weniger Teilnehmer eine unabhängige Prüfung leisten. Die Ethereum-Entwickler kamen früh zu dem Schluss, dass sich dieser Tausch nicht lohnt, und suchten nach Wegen, zusätzliche Kapazität obendrauf zu schaffen.

Mit Layer 1 ist die Basiskette selbst gemeint. Ein Layer 2 ist ein eigenes System, das Transaktionen selbstständig verarbeitet, seine Sicherheit aber an Layer 1 verankert. So müssen Nutzer dem Betreiber des Layer 2 nicht blind vertrauen.

Wie Rollups Transaktionen bündeln

Ein Rollup sammelt viele Transaktionen, führt sie außerhalb der Ethereum-Hauptkette aus und veröffentlicht anschließend eine komprimierte Zusammenfassung auf Ethereum. Zwei Dinge werden dabei hinterlegt: die Transaktionsdaten, damit jeder den Zustand nachvollziehen kann, und eine Festschreibung des Ergebnisses, also der neuen Kontostände nach allen Transaktionen.

Weil sich viele Transaktionen die Kosten einer einzigen Veröffentlichung auf Ethereum teilen, wird jede einzelne deutlich günstiger. Und weil die Daten auf Ethereum liegen, können Nutzer ihr Guthaben grundsätzlich auch dann zurückholen, wenn der Rollup-Betreiber verschwindet. Diese Eigenschaft, Datenverfügbarkeit genannt, unterscheidet ein Rollup von einer eigenständigen Kette mit eigenen Regeln.

Rollups gibt es in zwei großen Familien. Sie unterscheiden sich darin, wie sie Ethereum von der Richtigkeit ihrer Ergebnisse überzeugen.

Optimistische Rollups

Optimistische Rollups gehen davon aus, dass veröffentlichte Ergebnisse stimmen, solange niemand das Gegenteil beweist. Nach jedem Paket läuft eine Einspruchsfrist, bei vielen Systemen rund sieben Tage, in der jeder Beobachter einen Betrugsbeweis (Fraud Proof) einreichen kann. Erweist sich ein Ergebnis als falsch, wird es rückgängig gemacht und die unehrliche Partei bestraft.

Das Modell ist vergleichsweise einfach und mit vorhandener Ethereum-Software kompatibel. Der Nachteil ist die Wartezeit bei Auszahlungen zurück auf Ethereum: Sie müssen die Einspruchsfrist abwarten, sofern nicht ein Drittanbieter gegen Gebühr einen schnelleren Ausstieg anbietet.

Zero-Knowledge-Rollups

Zero-Knowledge-Rollups, kurz ZK-Rollups, gehen den umgekehrten Weg. Mit jedem Paket reichen sie einen kryptografischen Gültigkeitsbeweis ein, den Ethereum schnell prüfen kann. Wird der Beweis bestätigt, ist das Ergebnis mathematisch korrekt und nicht nur deshalb akzeptiert, weil niemand widersprochen hat.

Der Name führt etwas in die Irre, denn entscheidend ist nicht Geheimhaltung, sondern der kompakte Nachweis einer korrekten Berechnung. Solche Beweise zu erzeugen, ist aufwendig, und die Technik ist jünger. Dafür sind Auszahlungen deutlich früher endgültig, sobald ein Beweis angenommen wurde.

Dencun und Blobs: Warum die Gebühren 2024 sanken

Lange Zeit hatten Rollups selbst ein Kostenproblem. Sie schrieben ihre Daten in denselben Bereich wie gewöhnliche Ethereum-Transaktionen und konkurrierten dort zum selben Preis um Platz. Die Daten machten den größten Teil dessen aus, was Nutzer auf Layer 2 bezahlten.

Das Dencun-Upgrade im März 2024 änderte das mit EIP-4844, einem Ethereum-Verbesserungsvorschlag, der auch als Proto-Danksharding bekannt ist. Er führte Blobs ein, einen eigenen Datenbereich, der an die Blöcke angehängt wird. Blobs haben einen eigenen Gebührenmarkt und werden von den Knoten nach einer begrenzten Zeit gelöscht. Das genügt, damit jeder die Daten prüfen und sichern kann, ohne dass sie für immer gespeichert werden müssen.

Die Gebühren auf Layer-2-Netzen sanken danach deutlich. Zugleich sind Blobs ein Schritt in einem größeren Plan: Ethereum soll schrittweise mehr Rollup-Daten transportieren können, ohne dass jeder Knoten alles herunterladen muss.

Ethereum wollte nicht die schnellste Kette werden. Es wurde der verlässlichste Ort, an dem schnellere Systeme ihre Rechnungen begleichen.

Die Kompromisse: Sequencer, Brücken, Zersplitterung

Rollups verlagern viel Arbeit weg von Ethereum und mit ihr einen Teil der Garantien. Die offenen Punkte sind unter Entwicklern gut bekannt, und es lohnt sich, sie zu verstehen, bevor Sie Guthaben verschieben.

• Sequencer. Die meisten Rollups stützen sich derzeit auf einen einzigen Sequencer, einen vom Projektteam betriebenen Server, der die Reihenfolge der Transaktionen festlegt. Bei korrektem Aufbau kann er kein Guthaben stehlen, wohl aber Transaktionen verzögern oder zurückhalten, und ein Ausfall kann das Netz zeitweise anhalten.
• Upgrade-Schlüssel. Viele Rollups lassen sich noch von einer kleinen Gruppe mit Administratorschlüsseln verändern. Diese Schlüssel sind als Sicherheitsnetz für die Anfangsphase gedacht, bedeuten aber, dass Nutzer von der Integrität dieser Gruppe abhängen.
• Brücken. Um Werte zwischen Ketten zu bewegen, braucht es Brücken, auf Englisch „Bridges“, und mehrere der größten Diebstähle der Kryptogeschichte richteten sich gegen sie. Offizielle Rollup-Brücken übernehmen die Sicherheit von Ethereum unmittelbarer als Brücken von Drittanbietern zwischen nicht verwandten Ketten.
• Zersplitterung. Jedes Rollup hat eigene Guthaben, eigene Liquidität, also handelbares Kapital, und eigene Anwendungen. Werte auf einem Rollup sind nicht automatisch auf einem anderen verfügbar, wodurch sich Nutzer und Kapital auf viele Netze verteilen.

An all diesen Punkten wird gearbeitet, von geteilten oder dezentralen Sequencern bis zu Standards für den Wechsel zwischen Rollups. Unabhängige Beobachter stufen Rollups danach ein, wie weit sie ihre „Stützräder“ schon abgelegt haben, also die Eingriffsmöglichkeiten der Betreiber. Diese Einstufung ist ein brauchbarer Hinweis auf ihre Reife.

Was Nutzer im Alltag merken

Für die meisten Menschen zeigt sich der Unterschied in der Wallet, der Software, mit der sie ihre Guthaben verwalten. Transaktionen auf einem Rollup kosten in der Regel deutlich weniger als auf Ethereum selbst, und Bestätigungen erscheinen innerhalb von Sekunden. Viele Anwendungen laufen inzwischen auf mehreren Rollups zugleich, und manche Handelsplattformen erlauben Ein- und Auszahlungen direkt über Layer-2-Netze.

Die Kehrseite ist eine neue Art von Aufmerksamkeit. Sie müssen prüfen, mit welchem Netz Ihre Wallet verbunden ist und welches Netz der Empfänger erwartet. Da Adressen auf Ethereum-kompatiblen Ketten oft identisch aussehen, ist die richtige Adresse im falschen Netz ein häufiger Fehler, und die Rückholung kann schwierig oder unmöglich sein.

Auszahlungen verdienen besondere Sorgfalt. Der Weg aus einem optimistischen Rollup über die offizielle Brücke kann rund eine Woche dauern, schnellere Wege über Drittanbieter kosten Gebühren und bringen eine weitere Vertrauensebene ins Spiel. Wer vorausplant, erlebt keine unangenehmen Überraschungen.

Wohin die Skalierung führt

Der Fahrplan von Ethereum setzt die mit Dencun eingeschlagene Richtung fort. Weitere Upgrades sollen die Zahl der Blobs pro Block erhöhen und es Knoten ermöglichen, die Datenverfügbarkeit zu prüfen, ohne alle Daten herunterzuladen. Gleichzeitig arbeiten die Rollups daran, ihre Sequencer zu dezentralisieren und die Abhängigkeit von Administratorschlüsseln zu verringern.

Ob sich das Schichtenmodell eines Tages so nahtlos anfühlt wie ein einziges Netz, ist offen. Schon heute wickelt es einen großen Teil der Aktivität im Ethereum-Ökosystem zu weit geringeren Kosten ab, als es die Basiskette allein könnte. Für Nutzer heißt das ganz praktisch: Layer 2 ist eine Erleichterung mit eigenen Regeln, und diese Regeln sollten Sie kennen.