Blockchain 101: Was ist eine modulare Blockchain?

Dieser Artikel erklärt die modulare Blockchain in drei verschiedenen Modi für alle Lernbedürfnisse und Wissensstände.

Einsteiger-Modus: Modulare Blockchains im Überblick

Der ursprüngliche Ansatz für den Aufbau von Blockchains war monolithisch, d. h. eine einzige Blockchain führte alle erforderlichen Funktionen aus (Beispiel: Bitcoin, Ethereum und viele andere L1s). Dieses Konzept steht jedoch vor erheblichen Problemen bei der Skalierbarkeit. Modulare Blockchains bieten eine Lösung, indem sie verschiedene Funktionen voneinander trennen, so dass spezialisierte Schichten bestimmte Aufgaben übernehmen können. Dieser modulare Ansatz bietet mehrere wichtige Vorteile:

● Skalierbarkeit: Durch die Möglichkeit der parallelen Verarbeitung können modulare Blockchains ein höheres Transaktionsvolumen bewältigen, was die Gebühren senkt und die Effizienz erhöht.

● Flexibilität: Unabhängige Upgrades und anpassbare Layers ermöglichen es Entwicklern, Geschwindigkeit, Sicherheit und andere Faktoren zu optimieren.

● Sicherheit: Spezielle, auf die einzelnen Layers zugeschnittene Sicherheitsmaßnahmen erhöhen die Sicherheit des Gesamtsystems.

● Interoperabilität: Modulare Blockchains sind so konzipiert, dass sie die Cross-Chain Kommunikation unterstützen und nahtlosen Daten- und Asset-Transfer über Netzwerke hinweg ermöglichen.

Intermediärer Modus: Monolithische Blockchains und der Aufstieg der modularen Lösungen

Blockchain-Forscher versuchen seit langem, ein optimales System zu schaffen, das in der Lage ist, alle Nutzer auf einer einzigen Chain oder einem eng gekoppelten Netzwerk von Chains unterzubringen. Dieser monolithische Ansatz, bei dem eine einzige Blockchain alle Funktionen - die Verarbeitung von Transaktionen, die Überprüfung ihrer Korrektheit und das Herbeiführen eines Konsenses - übernimmt, birgt inhärente Probleme hinsichtlich der Skalierbarkeit. Hohe Hardware-Anforderungen bedeuten, dass für eine zunehmende Transaktionsverarbeitung leistungsfähigere Hardware für die Nodes erforderlich ist und die Einrichtung eines sicheren Validierungssatzes und die Aufrechterhaltung eines Konsensnetzwerks einen erheblichen Overhead erfordern. Außerdem müssen die Anwendungen den vorgegebenen Regeln der Blockchain entsprechen, was die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit einschränkt.

Diese Herausforderungen haben die Entwicklung von modularen Blockchains vorangetrieben. Durch die Aufteilung von Blockchains in spezialisierte Schichten, die jeweils für bestimmte Aufgaben optimiert sind, bieten modulare Blockchains eine besser skalierbare und effizientere Lösung. Dieser Ansatz ermöglicht die Verteilung von Funktionen auf mehrere Chains, beseitigt die Einschränkungen monolithischer Designs und ermöglicht die Schaffung eines optimalen, souveränen, skalierbaren und sicheren Blockchain-Systems.

Fortgeschrittener Modus: Ein tieferes Eintauchen in modulare Blockchains

Mit der Weiterentwicklung des Blockchain-Ökosystems werden modulare Blockchains zu einer innovativen Lösung, die die Einschränkungen monolithischer Designs überwindet. Sie bieten erhebliche Verbesserungen in Bezug auf Skalierbarkeit, Flexibilität, Sicherheit und Interoperabilität. Sie bringen jedoch auch neue Herausforderungen mit sich, die wirksam bewältigt werden müssen, um ihr Potenzial voll auszuschöpfen. Im Folgenden werden die wichtigsten Vorteile modularer Blockchains und die verbleibenden Probleme, die gelöst werden müssen, erläutert.

Vorteile von modularen Blockchains

In diesem Teil werden wir untersuchen, inwiefern modulare Blockchains von höherem Kaliber sind als das ursprüngliche monolithische Design. Nachfolgend finden Sie eine Zusammenfassung der wichtigsten Vorteile modularer Blockchains:

Aspekt	Monolithische Blockchains	Modulare Blockchains
Skalierbarkeit	Begrenzt durch einschichtige Verarbeitung	Verbessert durch parallele Verarbeitung in spezialisierten Layers
Flexibilität	Komplexe, langsame Upgrades; begrenzte Anwendungsflexibilität	Unabhängige, schnellere Upgrades; anpassbare Layers
Sicherheit	Einzelne Ausfall- bzw Angriffsstelle; umfassende Sicherheitsmaßnahmen	Maßgeschneiderte Sicherheit pro Layer; reduzierte Angriffsfläche
Interoperabilität	Begrenzte, komplexe Cross-Chain Interaktionen	Entwickelt für nahtlose Cross-Chain Kommunikation
Kosteneffizienz	Höhere Hardware- und Betriebskosten	Optimierte Ressourcennutzung; niedrigere Betriebskosten

Skalierbarkeit und Leistung

Bei monolithischen Blockchains werden alle Aufgaben innerhalb einer einzigen Layer abgewickelt, was den Transaktionsdurchsatz einschränkt und die Verwaltung des Ledgers zunehmend erschwert. Bei modularen Blockchains hingegen werden die Aufgaben in verschiedene Schichten aufgeteilt, was eine parallele Verarbeitung ermöglicht und den Transaktionsdurchsatz pro Sekunde (TPS) deutlich erhöht. Die Datenverfügbarkeits-Layers übernehmen die Speicherung und den Zugriff, wodurch die Belastung der einzelnen Nodes verringert und eine effiziente Skalierbarkeit ermöglicht wird.

Flexibilität und Anpassungsfähigkeit

Die Aktualisierung einer monolithischen Blockchain ist komplex und zeitaufwändig, erfordert umfangreiche Tests und birgt erhebliche Risiken. Anwendungen müssen sich an die vorgegebenen Regeln der Blockchain halten, was die Flexibilität einschränkt. Im Gegensatz dazu ermöglichen modulare Blockchains, dass einzelne Schichten unabhängig voneinander aktualisiert werden können, ohne das gesamte System zu unterbrechen, so dass Verbesserungen leichter umgesetzt werden können. Die Entwickler können die Schichten auswählen und kombinieren, die ihren Bedürfnissen am besten entsprechen, und sie für bestimmte Anwendungsfälle optimieren.

Sicherheit

Monolithische Blockchains müssen Sicherheitsmaßnahmen implementieren, die alle Funktionen umfassen und die Optimierung erschweren. Eine einzige Layer, die alle Funktionen abwickelt, kann zu einer einzigen Fehlerquelle werden. Modulare Blockchains ermöglichen es jedoch, auf jeder Ebene maßgeschneiderte Sicherheitsmaßnahmen zu treffen, was die Sicherheit insgesamt erhöht. Durch die Verteilung der Funktionen auf mehrere Schichten wird die Angriffsfläche verringert, da sich eine Beeinträchtigung der Schichten nicht unbedingt auf das gesamte System auswirkt.

Interoperabilität und Kompatibilität

Monolithische Blockchains bieten nur eine begrenzte und komplexe Interoperabilität, was die Entwicklung blockchainübergreifender Anwendungen schwierig macht. Modulare Blockchains unterstützen von vornherein die Interoperabilität und ermöglichen einen nahtlosen Daten- und Vermögenstransfer über Netzwerke hinweg. Dies erleichtert die Schaffung kompatibler Ökosysteme, in denen verschiedene Schichten und Anwendungen fließend zusammenwirken.

Kosteneffizienz

Höhere Hardwareanforderungen bei monolithischen Blockchains führen zu höheren Betriebskosten. Begrenzte Verarbeitungskapazitäten und der Wettbewerb um Blockspace können die Transaktionsgebühren in die Höhe treiben. Modulare Blockchains optimieren die Ressourcennutzung, indem sie Aufgaben verteilen, die Gesamtkosten senken und den Durchsatz erhöhen, was dazu beiträgt, die Transaktionsgebühren zu senken.

Auftretende Herausforderungen

Trotz ihrer zahlreichen Vorteile stehen modulare Blockchains auch vor einigen Herausforderungen, die für ihre breite Einführung und ihren Erfolg gelöst werden müssen, darunter Sicherheits- und Komplexitätsprobleme.

1. Sicherheit:

● Anfälligkeitspunkte: Während modulare Blockchains Funktionen über mehrere Schichten verteilen, führen sie neue Schwachstellen ein, insbesondere an den Schnittstellen und Brücken, die verschiedene Schichten verbinden. Jeder Punkt, an dem Daten oder Werte zwischen verschiedenen Ebenen oder Systemen übertragen werden, kann potenziell von Angreifern ausgenutzt werden.

● Brückenangriffe: Bridges, die die Interoperabilität zwischen verschiedenen Blockchain-Netzwerken ermöglichen, sind häufige Ziele für Hacker. Aufsehen erregende Vorfälle wie die Solana-Ethereum-Wormhole und die Axie-Infinity-Ronin-Bridge Angriffe führten zu erheblichen Verlusten. Bei diesen Angriffen wurden Schwachstellen in den Brückenprotokollen ausgenutzt, was den Bedarf an robusteren Sicherheitsmaßnahmen deutlich macht.

● Cross-Layer Sicherheitskoordinierung: Es ist eine Herausforderung, sicherzustellen, dass die Sicherheitsprotokolle auf allen Ebenen einer modularen Blockchain konsistent und effektiv implementiert werden. Jede Layer kann ihre eigenen Sicherheitsmechanismen haben, und diese zu koordinieren, um eine einheitliche Verteidigung gegen Angriffe zu gewährleisten, erfordert eine sorgfältige Planung und laufende Wartung.

2. Komplexität:

● Backend-Komplexität: Der Aufbau von Vertrauen und die Gewährleistung der Datenverfügbarkeit in modularen Systemen erfordert komplexe Mechanismen, die in monolithischen Strukturen nicht erforderlich sind. Um beispielsweise sicherzustellen, dass die Daten über mehrere Shards oder Layers hinweg konsistent verfügbar sind, sind ausgeklügelte Koordinierungs- und Validierungsverfahren erforderlich, wie etwa Stichproben und kryptografische Nachweise. Diese Komplexität kann das Risiko von Fehlern und Schwachstellen erhöhen.

● Komplexität der Benutzeroberfläche: Für Endnutzer kann die Interaktion mit modularen Blockchain-Systemen im Vergleich zu monolithischen Systemen komplizierter sein. Die Benutzer müssen unter Umständen durch mehrere Schnittstellen navigieren und mehrere Transaktionen unterzeichnen, die jeweils verschiedenen Schichten oder Funktionen des modularen Systems entsprechen. Diese zusätzliche Komplexität kann zu Problemen bei der Benutzerfreundlichkeit führen und das Risiko von Benutzerfehlern erhöhen.

● Integration und Interoperabilität: Obwohl modulare Blockchains auf Interoperabilität ausgelegt sind, bleibt die nahtlose Integration zwischen verschiedenen Schichten und externen Systemen eine technische Herausforderung. Um sicherzustellen, dass verschiedene Module effizient zusammenarbeiten, ohne dass es zu Latenzzeiten oder Sicherheitslücken kommt, sind fortschrittliche Technik und strenge Tests erforderlich.

Zusammenfassung

Modulare Blockchains stellen einen bedeutenden Fortschritt gegenüber monolithischen Designs dar, da sie eine bessere Skalierbarkeit, Flexibilität, Sicherheit, Interoperabilität und Kosteneffizienz bieten. Die Bewältigung der Herausforderungen in Bezug auf Sicherheit und Komplexität ist jedoch nach wie vor entscheidend für die breite Akzeptanz und den Erfolg modularer Blockchain-Architekturen. Die Gewährleistung einer robusten Sicherheit an allen Schnittstellen und Brücken, die Vereinfachung der Benutzerinteraktionen und die nahtlose Integration zwischen verschiedenen Schichten sind wesentliche Schritte für die künftige Entwicklung modularer Blockchains. Da sich das Blockchain-Ökosystem ständig weiterentwickelt, versprechen modulare Blockchains eine skalierbarere, sicherere und anpassungsfähigere Zukunft für dezentralisierte Anwendungen und Systeme.