Sind ZK-Rollups das letzte Puzzleteil der Skalierungslösung von Blockchain?

Skalierbarkeit gilt seit langem als eine der größten Herausforderungen bei der Einführung der Mainstream-Blockchain. Obwohl die Anzahl der Transaktionen, die ein Netzwerk verarbeiten kann, je nach der mit Bitcoin, Ethereum und seinen unzähligen Konkurrenten verbundenen zugrunde liegenden Technologie stark schwankt, hielten einige jahrelang eine praktikable branchenweite Lösung für das „Skalierbarkeitsproblem“ für ebenso schwer fassbar wie Moby Dick. 

Die Stimmungsmusik hat begonnen, sich zu ändern, was zum großen Teil dem Aufkommen von Protokollen wie Solana, Polkadot, Avalanche und Terra zu verdanken ist, die aufgrund ihrer ultraschnellen Bestätigungen und erfreulich niedrigen Gasgebühren oft als „Ethereum-Killer“ bezeichnet werden. Die Entstehung dieser alternativen Netzwerke war in hohem Maße auf den DeFi-Boom im Jahr 2020 zurückzuführen, als die steigende Nachfrage nach NFTs und dApps wiederum das Wachstum von Blockchain-Plattformen ankurbelte, die das Volumen bewältigen konnten, nachdem Ethereum seine Kapazität erreicht hatte.

Ein Skalierbarkeits-Wettrüsten

Es genügt zu sagen, dass das Skalierbarkeitsproblem auf verschiedene Weise angegangen wurde. Solana verwendet beispielsweise ein Konsenssystem, das Proof of History und eine benutzerdefinierte Implementierung der Practical Byzantine Fault Tolerance, bekannt als Tower BFT, kombiniert. Zusammen tragen diese Innovationen dazu bei, dass Solana bis zu 65,000 Transaktionen pro Sekunde (tps) durchführt. Polkadot hingegen nutzt Sharding, einen Prozess, bei dem sich separate Ketten, sogenannte „Parachains“, unabhängig voneinander mit der Haupt-Relay-Chain verbinden und parallele Transaktionen nach ihren eigenen Regeln ausführen. Durch die Entlastung der Hauptkette könnte Polkadot laut Gründer Gavin Wood schließlich 1 Million tps erreichen.

Trotz der scheinbar endlosen Angriffe auf die Zitadelle von Ethereum hat die Smart-Contract-Plattform ihre eigenen gepriesenen Pläne zur Lösung des Skalierbarkeitsproblems, das ihre aktuelle Version aufgrund der DeFi-Explosion immer wieder behindert. Das seit langem erwartete Ethereum 2.0-Upgrade wird voraussichtlich 100,000 tps verarbeiten, obwohl die überwiegende Mehrheit der Transaktionen tatsächlich Off-Chain über ZK-Rollups abgewickelt werden soll, eine neuartige Lösung, die On- und Off-Chain-Prozesse kombiniert.

ZK-Rollups werden als „Schicht-2-Konstruktion beschrieben, die die Skalierbarkeit durch Massenübertragungsverarbeitung in einer einzigen Transaktion erhöht“ und reduzieren die zur Validierung von Blöcken erforderlichen Rechen- und Speicherressourcen erheblich, indem sie die Datenmenge in einer Transaktion verringern. Möglich wird dies durch kryptografische Zero-Knowledge-Proofs (ZKPs), bei denen eine Partei nachweisen kann, dass sie etwas weiß oder besitzt, ohne Informationen darüber preiszugeben was sie wissen oder haben. 

Da solche Gültigkeitsnachweise (SNARKs) sofort überprüfbar sind, können sie Kennzahlen wie Durchsatz und Skalierbarkeit erheblich verbessern und gleichzeitig die Transaktionsgebühren für Benutzer senken.

„Das Einzigartige an wissensfreien Beweisen ist, dass sie klein bleiben, selbst wenn die Arbeit, die mit ihnen verifiziert wird, erheblich zunimmt“, bemerkt Lucas Vogelsang, Mitbegründer und CEO der von Ethereum betriebenen DeFi-Plattform Centrifuge. „Das wird sie sehr machen.“ attraktiv, auch wenn Blockchains selbst stärker skalieren.“

Vogelsang ist mit der Technik bestens vertraut. Centrifuge, das durch die Tokenisierung als NFTs Liquidität für reale Vermögenswerte freisetzt, ermöglicht es Entwicklern, ZKPs in ihren dezentralen Anwendungen zu nutzen, dank einer Integration mit ZoKrates, einer Toolbox für zkSNARKs (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge). Durch die Nutzung wissensfreier Beweise ermöglicht Centrifuge, dass alle Transaktionen in seinem Netzwerk vollständig vor Dritten verborgen bleiben. Das bedeutet, dass sensible Informationen, wie zum Beispiel Ihr Eigentum an einer teuren Immobilie, nicht öffentlich preisgegeben werden, wenn ein NFT erstellt wird, das diesen Vermögenswert darstellt.

Der Übergang von Ethereum zu einem umweltfreundlicheren Proof-of-Stake (PoS)-Modell, gepaart mit dem Einsatz energieeffizienter ZK-Technologie, könnte nicht zeitgemäßer sein. Diese Woche forderte der stellvertretende Vorsitzende der Europäischen Wertpapier- und Marktaufsichtsbehörde ein vollständiges Verbot des Proof-of-Work-Systems (PoW). Erik Thedèen forderte die EU-Regulierungsbehörden auf, gegen das PoW-Mining vorzugehen, das derzeit von den Bitcoin- und Ethereum-Netzwerken genutzt wird, und stattdessen PoS zu fördern.

Können ZK-Rollups den NFT-Bereich verbessern?

Centrifuge ist nicht das einzige NFT-fokussierte Ethereum-Projekt, das ZK-Technologie nutzt. Ein anderes Unternehmen, Immutable 

Dessen proprietäre Skalierbarkeits-Engine StarkEx ermöglicht es dem in Sydney ansässigen Blockchain-Gaming-Unternehmen, die Attraktivität der NFT-Wirtschaft zu steigern, der aufgrund explodierender Transaktionsgebühren vorgeworfen wird, sie ähnele einem ummauerten Garten. Da alle Transaktionen außerhalb der Kette gebündelt werden, können Immutable X-Benutzer NFTs kostengünstig und schnell prägen und handeln, ohne auf die Sicherheit oder Netzwerkeffekte des führenden NFT-Netzwerks Ethereum verzichten zu müssen. Mit der Fähigkeit, bis zu 9,000 tps bei nahezu null Gasgebühren zu verarbeiten, erwartet Immutable X eine enorme Verbesserung des Benutzererlebnisses für Händler, Sammler und Schöpfer.

„ZK-Rollups sind bei weitem die einfachste Möglichkeit, Transaktionen mit hohem Durchsatz zu skalieren und gleichzeitig die Sicherheit des L1 zu übernehmen“, sagt Robbie Ferguson, Mitbegründer und Präsident von Immutable X. „Wir haben einen enormen Wertverlust durch Hacks erlebt.“ auf Sidechains oder alternativen L1s in diesem Jahr, daher ist dies ein sehr reales Problem für Projekte und Spiele, die NFTs erstellen.

„Die weltweite Nachfrage nach NFTs in den Bereichen Gaming, Sammlerstücke und geistiges Eigentum hat dazu geführt, dass sich Skalierungslösungen von einem Vitamin zu einem Schmerzmittel entwickelt haben. Sobald wir ein großes Spielestudio haben, das sich ganz auf NFTs einlässt, werden sie den Rest des NFT-Transaktionsvolumens zusammen überschwemmen, daher ist es wichtig, eine Lösung zu haben, die für die Erstellung oder den Handel dieser Vermögenswerte genau null Benzin kostet.“

Interessanterweise unterscheiden sich die zkSTARKs-Beweise von Immutable X etwas von den oben genannten zkSNARKs-Gegenstücken. Die größeren Prüfgrößen der ersteren bedeuten, dass die Überprüfung länger dauert und somit mehr Gas benötigt wird. Trotzdem erhielt StarkWare einen Zuschuss in Höhe von 12 Millionen US-Dollar von der Ethereum Foundation und entwickelte sich schnell zu einer der beliebtesten Skalierungslösungen der Branche.

Natürlich ist Ethereum nicht die einzige Blockchain, die stark in ZK-Technologie investiert hat. Polygon, eine weitere Fabrik der NFT-Manie, hat kürzlich das Ethereum-Skalierungs-Startup Mir Protocol für 400 Millionen US-Dollar übernommen und seine Investition in ZK seit August 650 auf 2021 Millionen US-Dollar erhöht. Ein auf Polygon ausgerichtetes ZK-Rollup wird voraussichtlich noch in diesem Jahr erscheinen. Und dann ist da noch Syscoin, ein Netzwerk, das angeblich das Beste aus Bitcoin-, Ethereum- und ZK-Technologie repräsentiert.

Die Network-Enhanced Virtual Machine (NEVM) von Syscoin kombiniert tatsächlich Elemente der Blue-Riband-Blockchains der Branche. Abrechnungen werden durch das Proof-of-Work (PoW)-Sicherheitsmodell von Bitcoin über Merged-Mining gesichert und Entwickler können Smart Contracts mit den vertrauten EVM-Tools und -Ressourcen bereitstellen, an die sie sich bei der Arbeit in der Ethereum-Umgebung gewöhnt haben.

Die Implementierung von ZK-Rollups auf Syscoin bedeutet, dass das Netzwerk ab dem ersten Quartal 210,000 in der Lage sein wird, 1 Transaktionen pro Sekunde zu verarbeiten. Die DeFi-Plattform Mute bereitet sich bereits auf die Nutzung von Rollups auf Syscoins NEVM vor, um eine schnelle, datenschutzorientierte Lösung zu schaffen Finanzsuite.

„Erst wenn nützliches Quantencomputing eintrifft, sehe ich eine andere Form der technologischen Errungenschaft als so monumental wie Zero-Knowledge-Beweise“, prognostiziert Jagdeep Sidhu, CTO von Syscoin.  

„Mit unserem bevorzugten Skalierungsansatz eröffnen wir eine Möglichkeit, Skaleneffekte zu erzielen. ZK-Rollups beseitigen den Engpass in solchen Systemen, indem sie sich über die Anzahl der Transaktionen amortisieren. Darüber hinaus werden effizientere ASICs (spezielle Hardware, die für das Kryptowährungs-Mining erforderlich ist) und wissensfreie Beweisnachweissysteme entwickelt, um die Rechenkosten noch weiter zu senken.“ 

Verschiedene Sichtweisen

Offensichtlich hinterlassen ZK-Rollups einen großen Eindruck in der Blockchain-Welt. Aber Ethereum-Gründer Vitalik Buterin äußerte sich vorsichtig und äußerte seine Überzeugung, dass es „Jahre der Verfeinerung und Prüfungen erfordern wird, bis die Leute sich völlig wohl fühlen, ihre Vermögenswerte in einem ZK-Rollup zu speichern“.

Sidhu ist optimistischer: „Letztendlich werden sich die Endbenutzer höchstwahrscheinlich auf einer Art ZK-Rollup-System befinden, bei dem die von ihnen getätigten Zahlungen die meiste Zeit von ihnen abstrahiert werden und sie Web3-Anwendungen verwenden werden, ohne die Technologie zu kennen, die sie erstellt.“ es ist alles möglich, nicht anders als der durchschnittliche Smartphone-Nutzer von heute.“

Wenn es um ZK-Rollups geht, herrscht allgemein das Gefühl, dass wir uns erst am Abgrund befinden. Die weitreichende Skalierung dürfte zu einem aggressiven Wettbewerb führen, da Netzwerke und Lösungen aufgeben und um Marktanteile kämpfen. Letztlich werden jedoch die Benutzer die Nutznießer sein, da sich Durchsatz, Sicherheit und Komfort verbessern.