Dieser Artikel wurde von BlockWeeks zusammengestellt und übersetzt.
In der vierzehnjährigen Entwicklungsgeschichte der Kryptowährungen haben Entwickler und Beobachter die unterschiedlichsten Theorien, Lehren und Technologien vorgebracht, um das „Skalierbarkeits-Trilemma“ der Blockchain zu lösen – nämlich dass keine einzige Public Chain gleichzeitig ein Höchstmaß an Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit erreichen kann. Obwohl verschiedene Projekte bereits vielfältige Lösungen mit jeweils eigenen Kompromissen vorgeschlagen und umgesetzt haben, besteht weiterhin Marktbedarf an einer einfacheren und umfassenderen Lösung, und bis heute hat sich keine einzige Lösung als wirklich erfolgreich erwiesen.
In den letzten Jahren ist eine neue These namens „Blockchain-Modularität“ aufgekommen. Mit der Einführung der Celestia-Blockchain wird die Kryptoindustrie in diesem Jahr erstmals erleben, wie diese Theorie in großem Maßstab in die Praxis umgesetzt wird. Celestia ist eine Layer-1-Blockchain, die speziell für die Unterstützung von Layer-2-Rollups optimiert ist, während die Rollups selbst die Berechnung einer universellen Blockchain übernehmen. Da Celestia selbst keine universelle Berechnung nativ unterstützt, sondern die Verantwortung für die Ausführung von Smart Contracts an andere Layer-2-Netzwerke auslagert, lautet die theoretische Vorstellung: Celestia kann zum Rückgrat eines hochgradig skalierbaren, interoperablen Rollup-Netzwerks werden und – was am wichtigsten ist – diese modulare Vision verwirklichen, ohne Dezentralisierung und Sicherheit zu opfern.
Die Entstehung der Modularitätsthese: Zerlegen statt Stapeln
Die Kernaussage der Modularitätstheorie lautet: Die Kernfunktionen moderner Blockchains – Ausführung (execution), Abrechnung (settlement), Datenverfügbarkeit (data availability) und Konsens (consensus) – sollten selbst aufgeteilt und auf verschiedene Ebenen oder Netzwerke verteilt werden, damit jede Ebene einzeln optimiert und perfektioniert werden kann, ohne die Integrität einer einzelnen Ebene zu opfern. Dieser Bericht wird die Blockchain-Modularitätsthese systematisch aufarbeiten und einen umfassenden Überblick über die einzelnen Bestandteile des modularen Blockchain-Technologie-Stacks geben.
Das Blockchain-Trilemma: Drei Spuren, die kaum gleichzeitig voll ausgeschöpft werden können
Dezentralisierung
Dezentralisierung bezeichnet den Grad der Verteilung und Vergemeinschaftung, mit dem Nutzer am Netzwerk teilnehmen und dessen Regeln stärken. Traditionell wird sie an der Anzahl unabhängiger Knotenbetreiber auf der Blockchain gemessen. Knotenbetreiber sind Individuen oder Einheiten, die Software betreiben und die endgültig bestätigten Blöcke und Transaktionen im Netzwerk verifizieren – im Unterschied zu Minern oder Validatoren, die Software betreiben, um neue Blöcke zu produzieren und an die Kette anzuhängen. Häufig müssen Miner und Validatoren neben der Software für die Blockproduktion auch einen Full Node betreiben, um eine aktuelle Sicht auf den Netzwerkzustand zu erhalten. Sekundäre Kennzahlen zur Messung des Dezentralisierungsgrads einer Kette umfassen die Client-Vielfalt (client diversity) und die Verteilung des Token-Angebots.
Sicherheit
Sicherheit bezeichnet die Widerstandsfähigkeit einer Blockchain gegen koordinierte Angriffe. Böswillige Akteure können die Sicherheit einer Kette auf verschiedene Weise untergraben: indem sie die Blockproduktion aussetzen oder stören, die Transaktionshistorie umschreiben und die Ausführung bestimmter Aktivitäten im Netzwerk zensieren. Die Fähigkeit einer Kette, diesen Angriffen zu widerstehen, hängt vom Gesamtwert ab, den Interessengruppen für das Netzwerk einsetzen oder sperren. Bei Bitcoin beispielsweise ist die Menge an Rechenleistung, die Interessengruppen pro Sekunde verbrauchen, so hoch, dass die Kosten für einen Angreifer, das Netzwerk zu beschädigen, unerschwinglich (also prohibitiv) hoch sind. Miner sind für den Fortschritt der Bitcoin-Blockchain verantwortlich, und die meisten Angriffsarten erfordern die Konzentration von mehr als 51 % der Miner-Rechenleistung in einem bestimmten Zeitraum. Bei Ethereum bietet die Gesamtmenge des gestakten ETH dem Netzwerk Schutz gegen Reorganisationsangriffe (also Angriffe, die versuchen, die On-Chain-Historie umzuschreiben). Validatoren haben derzeit eine Schwelle von 32 ETH Einzahlung (diese Schwelle könnte in naher Zukunft angepasst werden) und sind für den Fortschritt der Ethereum-Blockchain verantwortlich; ein Angriff auf das Netzwerk erfordert die Manipulation von mindestens zwei Dritteln des gestakten ETH. Die Manipulation eines Drittels des gestakten ETH würde zwar verhindern, dass Ethereum die Chain-Finalität erreicht, aber weder die Blockproduktion stoppen noch die Lebendigkeit der Kette beeinträchtigen.
Skalierbarkeit
Skalierbarkeit ist die dritte und letzte Eigenschaft im Trilemma und vielleicht diejenige, auf deren Verbesserung Technikexperten im vergangenen Jahrzehnt am stärksten fokussiert waren. Als Bitcoin 2009 an den Start ging, betrug die maximale Blockgröße 1 MB. Die feste Obergrenze für kleine Blöcke begrenzte die Datenmenge, die in jedem Zeitintervall verpackt werden konnte, und beschränkte damit effektiv den Transaktionsdurchsatz des Netzwerks. Obwohl das SegWit-Upgrade von 2017 die Obergrenze für die Blockgröße faktisch auf 4 MB erhöhte, setzt die Eigenschaft „maximale Blockgröße begrenzen“ dem Netzwerkdurchsatz weiterhin eine Obergrenze.
Bis 2023 verarbeitete Bitcoin etwa 7 Transaktionen pro Sekunde (TPS), was im Vergleich zu zentralisierten Zahlungskanälen enorm abfällt – Visa erreicht beispielsweise bis zu 24.000 TPS. Um die Skalierbarkeit zu erhöhen, ohne die Dezentralisierung zu opfern, konzentrierte sich die Bitcoin-Community auf Layer-2-Technologien. Die Ethereum-Community wiederum wählte eine „rollup-zentrierte“ Roadmap.
Die vier Schichten des modularen Technologie-Stacks
Im modularen Rahmen ist die Ausführungsschicht für die Verarbeitung von Transaktionen und die Ausführung von Smart Contracts zuständig; die Abrechnungsschicht bietet Rollups Streitbeilegung, Brücken und Finalitätsgarantien; die Datenverfügbarkeitsschicht ist für die Speicherung und den Nachweis verantwortlich, dass Transaktionsdaten öffentlich verfügbar sind; und die Konsensschicht ist für die Einigung auf die Datenreihenfolge zuständig. Celestia positioniert sich genau damit, Konsens und Datenverfügbarkeit von Ausführung und Abrechnung zu trennen, damit sich Ausführungs- und Abrechnungsschicht auf ihre eigene Optimierung konzentrieren können.
Celestia: Die erste große Prüfung der Modularitätsthese
Das Celestia-Protokoll selbst ist äußerst schlank und als Blockchain recht begrenzt in seinen Funktionen, weshalb der langfristige Erfolg von Celestia in hohem Maße von der Adoption durch Anwendungen und Protokolle abhängt, die es als Datenverfügbarkeitsschicht (DA-Schicht) nutzen. Verglichen mit dem Start von Celestia selbst sind die zeitgleich eingeführten Ausführungsschichten (wie Eclipse, Argus) und Abrechnungsschichten (wie Neutron, Dymension) der Schlüssel zur Gewinnung von Endnutzern und Kapital. Celestia besitzt nativ weder die Fähigkeit zur Bereitstellung von Smart Contracts noch zur Transaktionsausführung und unterstützt nativ auch kein Cross-Rollup-Bridging oder Streitbeilegung. Daher hängt die Adoption von Celestia von der Adoption der darauf aufbauenden Ausführungs- und Abrechnungsschichten ab. Als Blockchain liegt der Hauptvorteil von Celestia darin, dass es im Vergleich zu bestehenden Ketten wie Ethereum darauf optimiert ist, die Datenverfügbarkeitsfunktion kostengünstiger und schneller auszuführen.
Das Celestia-Netzwerk hat ein Anreizprogramm eingerichtet, bei dem Teilnehmer verschiedene Aufgaben wie Validator, Bridge-Knoten, Speicherknoten und Light Nodes übernehmen können, um Punkte zu erhalten, die künftig möglicherweise in Mainnet-Token eingelöst werden können. Im September veröffentlichte die Celestia Foundation Details zur Verteilung des nativen Tokens TIA, und das Team plant, das Protokoll noch im selben Jahr im Mainnet zu starten. Derzeit bauen zahlreiche Projekte auf Celestia auf.
Im weiteren Kontext hat die modulare Arbeitsteilung vielfältige Datenverfügbarkeitslösungen hervorgebracht. Die Ausführungsschicht kann wählen, ob sie gebündelte Transaktionsdaten an eine unabhängige DA-Schicht oder an monolithische Ketten wie Ethereum veröffentlicht oder in einem permissionierten Netzwerk von Computerknoten. Knotenbetreiber sind dafür verantwortlich, Kopien der veröffentlichten Daten zu speichern und diese auf Anfrage den Knoten der Ausführungsschicht bereitzustellen. Im Vergleich zu den vorgenannten DA-Lösungen sind solche „Data Availability Committees“ (DAC) leichter umzusetzen, da sie nur die Koordination einer begrenzten Anzahl von Knoten erfordern.
Offene Fragen und Risiken
Innovationen rund um Data Availability Sampling (DAS) haben die Fähigkeit von Blockchains verbessert, für DA zu skalieren, und zugleich einen neuen Designraum für hochgradig skalierbare, anwendungszentrierte Ausführungsschichten eröffnet. In dieser Dynamik bleiben jedoch mehrere Annahmen zu prüfen: die umgestaltete Gebührenarchitektur, um jede Schicht vor Betrug und Angriffen zu schützen, das von der Ausführungsschicht erreichbare Skalierbarkeitsniveau sowie dezentrale Governance-Modelle – Letzteres ist ein ebenso altes Problem wie das Blockchain-Trilemma.
Modularität ist ein spannender Weg nach vorn für die Blockchain-Skalierbarkeit, der versucht, Dezentralisierung und Sicherheit zu lösen, auf die Projektbeteiligte bereits setzen und die sie bereits aufbauen. Der Schlüssel zur Verwirklichung dieser modularen Vision liegt jedoch darin, dass Blockchain-Entwickler weiterhin jede Schicht des Technologie-Stacks innovieren – nicht nur die DA-Schicht, sondern auch die Ausführungs- und Abrechnungsschicht. Das Celestia-Team wird in diesem Jahr seine DA-Schicht einführen, aber was die Modularitätsthese wirklich belegen wird, sind die Innovationen und Projekte, die auf der Celestia-DA-Schicht aufbauen. Insofern sind in den kommenden Jahren vor allem die Adoption der an Celestia angebundenen Ausführungs- und Abrechnungsschichten am meisten zu beobachten und zu bewerten.
Zu den laufenden Forschungsthemen gehören auch die Auswirkungen von MEV und Re-Staking auf den modularen Technologie-Stack. Darüber hinaus sind steigende Latenzen bei der Transaktionsfinalität sowie eine abnehmende Komponierbarkeit zwischen dApps, die auf anwendungsspezifischen Rollups aufbauen, „Konsequenzen dritter Ordnung“, die aus der Zerlegung der Blockchain-Funktionen entstehen, und insbesondere Abrechnungs-Rollups versuchen, diese Probleme zu mildern. Da modulare Projekte insgesamt noch früh sind, ist das Wettbewerbsumfeld zwischen Rollups und aufkommenden DA-Schichten schwer vorherzusagen; frühe Analysen deuten jedoch darauf hin, dass die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass sich dApp-Aktivitäten auf eine einzelne Abrechnungsschicht und DA-Schicht konzentrieren. Die Entwicklung der Modularitätsthese hat bereits bei vielen universellen Blockchains, einschließlich Ethereum, einen Paradigmenwechsel bei der Bewältigung des Trilemmas und der Suche nach langfristiger Skalierbarkeit bewirkt.
Fazit
Bevor die durch Modularität erzielten Gewinne vollständig realisiert und streng bewertet werden können, bleibt noch viel Arbeit zu tun. Doch der wachsende Konsens unter Blockchain-Entwicklern im Krypto-Bereich rund um die Modularitätsthese bestätigt das starke Potenzial dieser Ideen, die Blockchain-Technologie in den kommenden Jahren umzugestalten.
