Die Blockchain-Technologie hat Datenspeichermethoden geschaffen, die diesen Durchbruch zu einer der wichtigsten Entdeckungen unseres Jahrhunderts gemacht haben. Die zunehmende Nutzung von Blockchain in verschiedenen Internetsystemen stellt für viele Menschen nach wie vor eine Herausforderung dar, die zugrunde liegenden technischen Abläufe zu verstehen. Dieser Artikel bietet eine strukturierte Präsentation, die in einfachen Worten erklärt, wie die Blockchain-Funktionalität zwischen ihren verschiedenen Ebenen funktioniert.
Im Wesentlichen handelt es sich bei Blockchain um eine verteilte Transaktionsdatenbank, die sichere Hauptbuchaufzeichnungen führt. Bitcoin fungiert als primäres Blockchain-System, das in einem unabhängigen Netzwerk arbeitet. Alle Bitcoin-Aktivitäten, ob Übertragungen oder Empfang, führen zu einem permanenten Blockchain-Eintrag. Durch die Verwendung der Blockchain werden Transaktionen transparenter und effizienter, da das öffentliche Hauptbuch es allen Benutzern ermöglicht, die aufgezeichneten Details einzusehen.
Die Blockchain besteht aus einem verteilten Netzwerk, in dem verschiedene Teilnehmer für die Authentifizierung jeder Transaktion verantwortlich sind. Ein dezentraler Betriebsrahmen macht Systeme für Hacking-Versuche unangreifbar, da er in seinem Kern keine Schwachstellen aufweist. Die Plattform beschleunigt die Sichtbarkeit, macht Dritte überflüssig und senkt gleichzeitig die Betriebskosten.
Es ist wichtig, über die Grundlagen hinauszugehen, denn unser nächster Schwerpunkt wird das Verständnis der verschiedenen Abschnitte der Blockchain-Technologie und ihrer operativen Rollen innerhalb des Systemrahmens sein.
Die Blockchain-Technologie präsentiert ihre grundlegende Architektur durch fünf wesentliche Schichten einer Blockchain, beginnend mit der Hardware-Infrastruktur, gefolgt von der Datenspeicherung, bevor sie zur Netzwerkschicht, dann zur Konsensautomatisierung und schließlich zu den Anwendungen übergeht. Die verschiedenen Ebenen arbeiten zusammen als ein einheitliches System, das Backend-Informationen verwaltet und sowohl betriebliche Anwendungen als auch Benutzerschnittstellen unterstützt.
Schlüsselelemente der Blockchain-Technologie
Ein Krypto-Blockchain-System funktioniert durch eine Reihe grundlegender Komponenten, die zusammenarbeiten, um seine Betriebsfähigkeit und den Datenschutz sowie die Leistungsqualität zu gewährleisten. Die Hauptkomponenten eines Blockchain-Systems bestehen aus den folgenden Komponenten:
Knotenanwendung
Durch die Funktionalität der Knotenanwendung unterstützt Blockchain die Computerkommunikation im Netzwerk, wenn diese Funktion autorisiert ist. Beispiele für Knotenanwendungen sind Blockchain-basierte Wallets und Bitcoin-Anwendungen. Die Teilnahme an bestimmten Blockchain-Systemen erfolgt durch bestimmte vorab genehmigte Entitäten. Das Blockchain-Netzwerk für Banken erlaubt nur bestimmten Banken mit entsprechender Autorisierung den Zugang. Knotenanwendungen ermöglichen die Teilnahme von Benutzern, für die jedoch bestimmte Einschränkungen gelten können.
Verteiltes Hauptbuch (gemeinsame Datenbank)
Blockchains stellen eine gemeinsame Datenbankfunktionalität her, die als verteilte Ledger bekannt ist und es berechtigten Systembenutzern ermöglicht, Datenbankinhalte einzusehen. Das System enthält Transaktionsprotokolle und legt Protokolle fest, die Benutzer bei der Nutzung der Datenbank implementieren müssen. Die Bitcoin-Knotenanwendungssoftware verlangt von den Benutzern, die systemweiten Protokollspezifikationen zu beachten, die in ihrem Programmcode enthalten sind. Durch dieses System herrscht im gesamten Netzwerk Transparenz und Einheitlichkeit.
Konsensalgorithmus
Ein Blockchain-Netzwerk betreibt seinen grundlegenden Datenschutz über den Konsensalgorithmus, der die Knotenvereinbarungsprotokolle durchsetzt. Der Algorithmus entscheidet, welche Transaktionen verifiziert werden können, und schützt Systeme vor unrechtmäßigen Änderungen. Blockchain-Daten bleiben sicher, da die Änderung eines vorherigen Blocks zum Regenerierungsprozess aller folgenden Blöcke führt. Die Konsensmechanismen zwischen Blockchains unterscheiden sich, da Bitcoin Minuten benötigt, um Ledger-Vereinbarungen abzuschließen, während Ripple die Vereinbarung in Sekunden abschließt.
Virtuelle Maschine
Eine virtuelle Maschine funktioniert als Softwarelösung, die entweder reale oder hypothetische Hardware widerspiegelt, um Befehle über eine definierte Programmiersprache auszuführen. Der Abstraktionsprozess wird durch dieses Konzept möglich, das physische Aspekte in digitale Komponenten übersetzt. Die grafische Benutzeroberfläche einer Anwendung veranschaulicht dieses Konzept, da ein Bildschirmklick des Benutzers als Systemaktualisierung seines internen Zustands angezeigt wird. Die Bundesregierung verfügt über Datenbanken, in denen Führerscheine digital verwaltet werden, was eine virtuelle Dokumentation physischer Dokumente darstellt.
Peer-to-Peer-Netzwerk (P2P)
Das Design von Peer-to-Peer-Netzwerken verteilt die Kommunikation zwischen den Aufgaben der Knotenpunkte auf Knotenpunkte, die sich verbinden, ohne für den Betrieb von zentralen Servern abhängig zu sein. Alle Knotenpunkte, die Teil von Blockchain-Systemen sind, dienen gleichzeitig als Clients für den Datenaustausch, während sie Netzwerkserver und -protokolle verwalten. Die dezentralisierte Methode von Blockchain-Vorgängen verbessert den Zugriff auf Aufzeichnungen und schützt gleichzeitig wertvolle Informationen vor Verlust, wodurch die Integrität von Blockchain-Aufzeichnungen gewahrt bleibt.
Die grundlegenden Blöcke von Blockchain-Systemvorgängen
Das strukturierte Blockchain-Technologie-Framework organisiert Daten in sieben einzigartigen Schichten, die Netzwerksicherheit und betriebliche Effizienz sowie Funktionalität ermöglichen. Der folgende Abschnitt enthält detaillierte Beschreibungen aller Blockchain-Schichten.
1. Infrastrukturschicht (Hardwareschicht)
Das Blockchain-Netzwerk ist auf die Infrastrukturebene als Basiskomponente angewiesen. Die Blockchain-Speicherung stützt sich auf Hardware-Ressourcen, die ihre Einrichtungen in Rechenzentren unterhalten, um Blockchain-Informationen zu speichern und zu kontrollieren. Das Surfen im Internet zusammen mit Anwendungsdiensten funktioniert über eine Client-Server-Architektur, aber die Blockchain arbeitet über ein dezentrales Peer-to-Peer-Netzwerksystem (P2P).
Mehrere Computer, die in diesem Netzwerk als Knoten bezeichnet werden, überprüfen und verarbeiten Transaktionen, bevor sie sie dem Register hinzufügen. Knoten übernehmen die Verantwortung für die Überprüfung von Transaktionen und wandeln diese Transaktionen dann in neue Blöcke um, bevor sie die neuen Blöcke über das Netzwerk senden. Die Netzwerkknoten implementieren einen Konsensprozess, bevor sie ihre Blockchain-Ledger-Daten aktualisieren. Jedes digitale Gateway, das über diesen Prozess mit dem Blockchain-System verbunden ist, wird als Knoten definiert.
2. Datenschicht
Die Definitionen der Blockchain-Datenstruktur stammen aus der Datenschicht. Die Blöcke der Blockchain-Organisation sind als verknüpfte Liste verbunden, wobei jeder Block Transaktionen zusammen mit einem Zeiger verwaltet, der auf den vorherigen Block verweist. Durch die Verknüpfung von Blöcken in der Blockchain entsteht eine unveränderliche Struktur, die die Integrität der Blockchain gewährleistet.
Auf dieser Ebene fungiert der Merkle-Baum als primärer Sicherheitsmechanismus zur Organisation von Transaktionsdaten durch kryptografische Hash-Verfahren. Ein Block enthält sowohl die Merkle-Wurzel als auch die erforderlichen Datenkomponenten, zu denen der Hash des vorhergehenden Blocks zusammen mit dem Zeitstempel und der Versionsnummer sowie dem Schwierigkeitsgrad und dem Nonce-Wert gehören.
Transaktionen werden in der Blockchain durch digitale Signaturen ausgeführt, um die Sicherheitsmaßnahmen zu erhöhen. Der Transaktionssignierungsprozess erfordert die Verwendung des privaten Schlüssels, während der Authentifizierungsverifizierungsprozess vom öffentlichen Schlüssel abhängt. Die Verwendung von Kryptografie gewährleistet sowohl den Nachweis von Datenmanipulationen als auch den Schutz der Absenderidentitäten.
3. Netzwerkschicht (Peer-to-Peer-Schicht)
Die Ausbreitungsschicht der Netzwerkschicht dient als Konnektivitätsrahmen zwischen den Knoten des Blockchain-Systems. Die Netzwerkschicht stellt Schlüsseloperationen wie die Überprüfung der Transaktionsauthentifizierung und die Blockverteilung zusammen mit der Netzwerkadressermittlung sicher.
Blockchain-Netzwerke erreichen ihre Funktionalität durch Peer-to-Peer (P2P)-Konnektivität, die es den Knoten ermöglicht, ihre Arbeitslast für die Aufrechterhaltung der Blockchain-Synchronisation zusammen mit Statusaktualisierungen auszugleichen. Knoten werden kategorisiert in:
Sowohl die Transaktionsvalidierung als auch die Konsensregelung funktionieren mit vollständigen Knoten, die die gesamte Blockchain-Datenbank erhalten. Der von Light Nodes betriebene Blockchain-Header-Speicherdienst erfordert vollständige Knoten, um Transaktionsverifizierungsfunktionen auszuführen.
Die Konsensschicht bietet ein System für fehlerfreie Datenübertragungen, das die Dezentralisierung der Blockchain bewahrt.
4. Konsensschicht
Die Blockchain-Technologie ist auf die Konsensschicht angewiesen, um eine Einigung zwischen den Netzwerkknoten über die Validierung gültiger Transaktionen zu erzielen. Alle Blockchain-Systeme, unabhängig von Ethereum oder Hyperledger, verwenden die Konsensschicht, da diese Komponente als grundlegende Betriebsgrundlage dient.
Das Hinzufügen neuer Blockchain-Blöcke wird durch Konsenssysteme wie Proof-of-Work (PoW), Proof-of-Stake (PoS) und Delegated Proof-of-Stake (DPoS) gesteuert. Die Dezentralisierung des Netzwerks erfolgt über die Konsensschicht, da sie die Entscheidungsbefugnis auf alle Netzwerkteilnehmer verteilt.
5. Anreizschicht
Die Anreizschicht dient dazu, allen Netzwerkbenutzern, die zu ihrem Betrieb beitragen, Zahlungsvorteile zu bieten. Jede Blockchain benötigt die Anreizschicht als Motivationsfaktor, um die Teilnehmer der Knotenpunkte dazu zu bewegen, ihre Ressourcen zur Erzielung eines Konsenses zu nutzen, wobei die obligatorische Umsetzung von Netzwerk zu Netzwerk unterschiedlich ist.
6. Vertragsschicht
Caches verwalten Blockchain-basierte Vereinbarungen über Verträge, die Dienstvorgänge und Datenberechtigungen festlegen. Das System funktioniert wie herkömmlich geschriebene Vereinbarungen, während logische Prozesse automatisch ausgeführt werden.
Auf dieser Betriebsebene funktionieren vier Hauptverträge:
Dienstleistungsverträge: Dienstleistungsverträge legen sowohl die betrieblichen Spezifikationen für Dienstleistungen als auch die entsprechenden Kommunikationsstandards fest.
Datenverträge: Die Definition von Datenaustauschstrukturen zwischen Parteien erfolgt durch Datenverträge.
Nachrichtenverträge: Nachrichtenverträge dienen dazu, Standards festzulegen, die die Form von Nachrichten bestimmen, um die Kompatibilität zwischen Blockchain-Programmen und externen Systemen zu gewährleisten.
Richtlinien und verbindliche Verträge: Das Blockchain-Netzwerk erfordert rechtlich bindende Vereinbarungen für die Interaktion, die bei ihrer Erstellung Richtlinienbedingungen und verbindliche Verträge enthalten müssen.
Durch diese Schicht werden Smart Contracts zu implementierbaren Einheiten, die autonome Programme ausführen, um Vorgänge zu automatisieren, indem Vereinbarungen unabhängig von menschlichen Akteuren durchgesetzt werden.
7. Anwendungsschicht
Die Blockchain-Technologie kommuniziert mit Endbenutzern über die Anwendungsschicht. Diese Schicht besteht aus zwei separaten Unterkomponenten.
Die Ausführungsschicht überprüft und validiert Transaktionen, um sie vor der Ausführung in der Blockchain abzuschließen. Die Ausführungsschicht enthält drei wesentliche Komponenten: Chaincode, Smart Contracts und Konsensregeln.
Die Anwendungsschicht beherbergt benutzerorientierte Tools wie dezentrale Anwendungen (dApps), APIs, Skripte und Frameworks, die den Zugriff auf das Blockchain-Netzwerk erleichtern.
Die Anwendungsschicht implementiert die Blockchain-Technologie über Backend-Systeme, die es Benutzern ermöglichen, Funktionen für Finanztransaktionen zusammen mit der Verfolgung der Lieferkette und der Verwaltung digitaler Identitäten auszuführen. Die Blockchain-Technologie organisiert sich in verschiedenen Schichten, die zusammenarbeiten, um ihre dezentralen Funktionen zusammen mit Sicherheitsschutz und Transparenzmerkmalen bereitzustellen. Die Merkmale von Blockchain-Netzwerken hängen von allen Komponenten ab, von der Infrastrukturbasis bis zur Anwendungsschnittstelle, die Benutzern die Interaktion ermöglicht.
Durch die Analyse verschiedener Blockchain-Schichten können Benutzer sowohl die Funktionsprinzipien als auch die Anwendungen für den Unternehmenssektor nachvollziehen.
Erläuterung der Blockchain-Schichten
Schicht 0: Die grundlegende Infrastruktur
Die grundlegende Phase der Implementierung der Blockchain-Technologie findet auf Schicht 0 statt. Neben Hardware und erforderlichen Konnektivitätssystemen bilden mehrere Schlüsselelemente, zu denen auch das Internet gehört, die Grundlage für den Betrieb von Blockchain-Netzwerken. Die Basis von Blockchain-Systemen sowie Bitcoin- und Ethereum-Strukturen stützt sich auf diese grundlegende Schicht, die den operativen Rahmen für verschiedene Blockchain-Ökosysteme schafft.
Die Layer-0-Technologie schafft einen Rahmen, der es Blockchain-Systemen aus verschiedenen Netzwerken ermöglicht, Daten miteinander auszutauschen. Diese unterste Ebene stellt die Infrastruktur bereit, die für den effektiven Betrieb von Blockchain-Systemen erforderlich ist, und erleichtert gleichzeitig die Netzwerkintegration.
Layer 1: Das Kern-Blockchain-Protokoll
Das Hauptbetriebsdesign für Blockchain-Netzwerke basiert auf Layer 1, der über Layer 0 liegt. Dieser Layer unterstützt die Hauptnetzwerkoperationen, die sowohl Transaktionsverarbeitungsfunktionen als auch Konsensverfahren umfassen. Die größte Herausforderung für die Skalierbarkeit liegt auf dieser Ebene. Änderungen, die auf der Basisschicht 0 vorgenommen werden, wirken sich automatisch auf die Funktionalität der Schicht 1 aus.
Als grundlegende Blockchain-Implementierungsschicht wird sie als Implementierungsschicht bezeichnet. Bitcoin sowie Ethereum, Cardano und Ripple sind einige bekannte Blockchains, die sich auf der Ebene 1 innerhalb des Systems befinden.
Schicht 2: Verbesserung der Skalierbarkeit und Effizienz
Das Schicht-2-Framework dient dazu, die Skalierbarkeitsprobleme zu verbessern, mit denen Blockchain-Systeme der ersten Ebene konfrontiert sind. Das Framework fungiert als ergänzende Komponente, die mit Layer 1 zusammenarbeitet, um schnelle Transaktionen und betriebliche Effizienz sowie eine Reduzierung von Engpässen zu erreichen. Durch die von Layer 2 implementierten Lösungen von Drittanbietern werden die in Layer 0 festgestellten Ineffizienzen beseitigt. Lösungen wie das Lightning Network und Rootstock (RSK) werden als zuverlässige Tools identifiziert, die PoW-Netzwerken dabei helfen, Skalierbarkeitsprobleme zu lösen. Das Effizienzniveau von Layer-2-Lösungen treibt ihre Einführung in verschiedenen Industriesektoren weltweit voran.
Verständnis von Layer-2-Skalierungslösungen
Der Rahmen von Layer 2 (L2) umfasst zusätzliche Netzwerke und weitere Technologien, die auf aktuellen Blockchain-Systemen aufsetzen. Diese Lösungen schaffen skalierbare und schnelle Rahmenbedingungen, die wesentliche Probleme mit großen Blockchain-Netzwerken lösen.
Die primäre Blockchain-Transaktionsverarbeitung wird durch L2-Lösungen mithilfe eines zusätzlichen Hilfsnetzwerks in zwei Segmente unterteilt. Das sekundäre Netzwerk übernimmt die Transaktionsverarbeitung und gibt die vollständigen Ergebnisse an die Haupt-Blockchain zurück. Wenn Daten aus dem Kernschichtensystem verschoben werden, wird neben der Skalierbarkeit auch die Leistung verbessert.
Vorteile von Layer-2-Lösungen
- Für die Implementierung dieser Lösungen ist keine Änderung der Kern-Blockchain erforderlich.
- Das System führt eine große Anzahl von Transaktionen durch, wobei gleichzeitig die Sicherheitsstandards der Haupt-Blockchain eingehalten werden.
- Blockchain-Vorgänge werden wirtschaftlicher, da die Transaktionsgebühren sinken.
Der Bedarf an Layer-2-Lösungen
Eine optimale Blockchain erreicht bei korrekter Entwicklung die Verarbeitung von unendlich vielen Transaktionen pro Sekunde (TPS). Dieses Verfahren ist jedoch nicht praktikabel, da Einschränkungen bei der Skalierbarkeit die praktische Anwendung blockieren. Skalierungstechnologien der zweiten Ebene verbessern die Transaktionsraten von Blockchains, ohne die wichtigsten Eigenschaften des Systems, einschließlich der Blockgröße und des Dezentralisierungsgrads, zu verändern.
Die Netzwerke von Ethereum und Bitcoin zeigen eine begrenzte Verarbeitungskapazität von Hunderten von TPS, was zu einem Anstieg der Transaktionsgebühren aufgrund der zunehmenden Netzwerknutzung führt. Die Steigerung der Prozessgeschwindigkeit ist von entscheidender Bedeutung, da sie verhindert, dass technische Einschränkungen die Akzeptanz von Blockchains in Massenmärkten und die zukünftige Entwicklung blockieren.
Die Ebenen der Ethereum-Blockchain verstehen
Die Ethereum-Blockchain hängt von mehreren miteinander verbundenen Komponenten ab, die die Sicherheit und die Betriebsfunktionalität auf allen Ebenen gewährleisten. Zu diesen Ebenen gehören:
- Die Ethereum-Blockchain arbeitet mit einer vernetzten Gruppe, die Sicherheitsprüfungen und Transaktionsverifizierungsprozesse überwacht.
- Die Plattform ermöglicht es den Betreibern von Blockproduzenten, neue Blöcke für das Netzwerk zu generieren.
- Das Blockchain-Ledger selbst zeichnet vergangene Transaktionen auf.
- Das System wird vom Netzwerk verwendet, um Vereinbarungen über die Legitimität von Transaktionen zu treffen.
Ethereum behält seine grundlegende Struktur ähnlich wie Bitcoin bei, bietet jedoch eine verbesserte Anpassungsfähigkeit zusammen mit mehreren Implementierungsoptionen. Der erste Zweck der Blockchain bestand in Kryptowährungstransaktionen, aber Ethereum hat seine Plattform über diese Kernfunktion hinaus weiterentwickelt. Die Ethereum-Blockchain dient nicht nur als digitale Währung, sondern ermöglicht über ihre vielseitige Plattform auch Smart Contracts und dezentrale Anwendungen (DApps).
Die digitalen Währungen von Ethereum: Ether und Gas
Innerhalb der Ethereum-Plattform dienen sowohl Ether (ETH) als auch Gas als digitale Währungen, die eine grundlegende Unterstützung für die Aufrechterhaltung des Systembetriebs bieten. Diese dienen als Alternative zu Bitcoin für Transaktionen innerhalb des Ethereum-Ökosystems. Der Hauptunterschied zwischen Bitcoin und Ethereum besteht in ihren Angebotsmechanismen, da Bitcoin ein vorgegebenes Limit von 21 Millionen Coins hat, Ethereum jedoch das Gesamtangebot nicht einschränkt.
Anwendungen der Ethereum-Blockchain
Die Ethereum-Blockchain ermöglicht über ihre grundlegenden Kryptowährungstransaktionsfunktionen hinaus verschiedene moderne Anwendungen.
Selbstdurchsetzende Programme, sogenannte Smart Contracts, führen Verträge automatisch aus, wenn vorab festgelegte Bedingungen erfüllt sind. Diese Verträge machen Mittelsmänner überflüssig und bieten so einen sicheren und effizienten Service mit Vertrauensmerkmalen. Der Vertrag aktiviert die vordefinierte Vereinbarung automatisch, sobald eine vordefinierte Bedingung erfüllt ist, ohne dass ein menschlicher Bediener eingreifen muss.
Auf Ethereum entwickelte Benutzeranwendungen funktionieren als dezentrale Anwendungen (DApps), die in einem System ohne Controller existieren. Benutzer von DApps nutzen die Open-Source-Plattform von Ethereum, um kryptografische Token als Netzwerkentschädigung für ihre Teilnahme zu erhalten.
Ein wichtiger Schritt bei der Bereitstellung von DApps erfolgte, als Microsoft sich mit ConsenSys zusammenschloss, um Ethereum Blockchain as a Service (EBaaS) auf den Markt zu bringen. Durch dieses Cloud-basierte System können Entwickler sofort Blockchain-Umgebungen initiieren, was zu einer optimierten Entwicklung und Verwaltung dezentraler Anwendungen führt.
Schicht 3: Die Anwendungs- und Ausführungsschicht
Dezentrale Anwendungen (DApps) arbeiten über diese Schicht, die auch Blockchain-basierte Protokolle unter ihrer Kategorie als Anwendungsschicht hostet. Schicht 3 enthält zwei Kern-Unterschichten, die unterschiedliche Funktionen ausführen: Die Anwendungsschicht stellt benutzerorientierte Funktionen bereit, während die Ausführungsschicht die Leistung der Blockchain-Anwendung aufrechterhält. Die kettenübergreifende Kommunikation erreicht mit Schicht 3 ihren Höhepunkt, da diese Schicht es Blockchain-Netzwerken ermöglicht, echte Interoperabilität herzustellen.
Um die Unterschiede zwischen Blockchain-Lösungen zu verstehen, müssen Sie die Trennung zwischen Schicht-1- und Schicht-2-Systemen erkennen.
Alle Kryptowährungen sind mit wichtigen Skalierungsproblemen konfrontiert, die eine angemessene Klassifizierung zwischen dem grundlegenden Blockchain-System, das als Layer 1 bekannt ist, und zusätzlichen Blockchain-Layern, die als Layer 2 bekannt sind, erfordern. Die Kernstruktur eines Blockchain-Netzwerks entspricht Layer 1, wie z. B. das, das Bitcoin antreibt. Blockchain-Netzwerke, die auf bestehenden Netzwerken aufbauen, fallen unter die Klassifizierung von Layer-2-Netzwerken, während Layer 1 die Kernstruktur der Blockchain definiert.
Die grundlegende Struktur von Blockchains wird durch Layer-1-Lösungen direkt verändert und Layer-2-Lösungen arbeiten unabhängig als ergänzende Netzwerke, die Transaktionen außerhalb der Hauptkettenoperationen ermöglichen. Das Layer-2-Netzwerk Polygon dient als Beispiel, das zusammen mit Ethereum arbeitet, um die Transaktionseffizienz zu steigern.
Die Verbesserungen der Skalierbarkeit von Ethereum veranschaulichen, wie diese Lösungen Blockchain-Operationen optimieren, um mehr Nutzer für den Kryptomarkt zu gewinnen.
Parameter Layer 1 Layer 2
Definition der Skalierungslösungen der Ebene 1: Diese Lösungen beinhalten Änderungen am Basisprotokoll der Blockchain, um die Skalierbarkeit zu verbessern. Skalierungslösungen der Ebene 2: Diese Lösungen nutzen externe Netzwerke oder Off-Chain-Mechanismen, um die Transaktionsgeschwindigkeit und -effizienz zu verbessern.
Funktionsmechanismus Verbesserungen wie größere Blockgrößen und neue Konsensmechanismen wirken sich direkt auf die Skalierbarkeit der Blockchain aus. Die Transaktionsreihenfolge und -verarbeitung werden auf sekundäre Netzwerke verlagert, wodurch die Überlastung der Haupt-Blockchain verringert wird.
Arten
Verbesserungen des Konsensprotokolls
Sharding
Änderungen der Blockgröße
Verschachtelte Blockchains
Sidechains
State Channels
Verständnis von Skalierbarkeit und Sicherheit in der Blockchain
Skalierbarkeit der Blockchain
Ein Blockchain-Netzwerk arbeitet mit maximaler Skalierbarkeit, wenn es große Transaktionsvolumen bewältigt und neue Knoten effizient hinzufügt. Der Durchsatz einer Blockchain wird durch ihre Fähigkeit bestimmt, Transaktionen pro Sekunde auszuführen. Die Weiterentwicklung der Blockchain-Technologie führt zu schnelleren Transaktionen, was die Skalierbarkeitsmerkmale stärkt.
Die grundlegenden Bausteine der Blockchain-Technologie bestehen aus Skalierbarkeit, Sicherheit und Dezentralisierung. Blockchain-Protokolle wurden mit spezifischen Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz von Netzwerkdaten entwickelt, was zu Transaktionsintegrität führt. Die Möglichkeit, Blockchain-Netzwerke zu skalieren, unterstützt deren Expansion, da sie eine bessere Ausführung steigender Transaktionsvolumina ermöglicht, ohne die betriebliche Effizienz zu beeinträchtigen. Durch ständige Entwicklungsbemühungen haben Blockchain-Systeme begonnen, die Funktionalität klassischer zentralisierter Plattformen zusammen mit älteren Finanzsystemen zu erreichen.
Das Skalierbarkeitstrilemma stellt die schwierige Aufgabe dar, ein angemessenes Gleichgewicht zwischen dem Schutz von Daten und der Erzielung umfangreicher Netzwerkoperationen und der Aufrechterhaltung der Dezentralisierungsfunktionalität herzustellen. Die Mehrheit der Blockchain-Frameworks wählt zwei Implementierungsaspekte, was zu einer verminderten Funktionalität des dritten Aspekts führt. Entwickler arbeiten daran, ein Blockchain-Netzwerk aufzubauen, das Dezentralisierungswerte sichert und eine zuverlässige Skalierbarkeit auf hohem Niveau erreicht.
Blockchain-Sicherheit
Die Sicherheit von Blockchains funktioniert dank Peer-to-Peer-Netzwerken verteilter, miteinander verbundener Computer, die über das gesamte Systemgerüst hinweg arbeiten. Die dezentralisierte Struktur stellt eine sichere Blockchain-Methode dar, birgt jedoch das Risiko, dass ein 51-%-Angriff es einer einzelnen Entität ermöglicht, den Großteil der Netzwerkverarbeitungsleistung zu kontrollieren. Wenn mehrere Angreifer die Kontrolle über ein Blockchain-Netzwerk haben, können sie Transaktionsdatensätze ändern und so die Integrität der Blockchain gefährden.
Für eine verbesserte Blockchain-Sicherheit setzen Netzwerke mehrere Schutzfunktionen ein, die sowohl vor Cyberangriffen als auch vor unbefugten Änderungen von Datensätzen schützen. Die Zuverlässigkeit und Vertrauenswürdigkeit der Blockchain-Technologie in einer digitalen Welt erfordert eine wesentliche Stärkung der Sicherheitsprotokolle.
Schlussfolgerung
Die Blockchain-Technologie, die einst als komplex galt, findet nun breite Anerkennung, da ihr Potenzial und ihre Anwendungsmöglichkeiten immer deutlicher werden. Angesichts der rasanten Fortschritte in diesem Bereich integrieren Regierungen und Organisationen die Blockchain zunehmend in verschiedenen Sektoren. Mit zunehmender Verbreitung zeigt die Technologie weiterhin ihren Wert in verschiedenen Branchen.
Häufig gestellte Fragen
Was ist Blockchain und wie funktioniert sie?
Ein dezentrales digitales Hauptbuchsystem, das als Blockchain bezeichnet wird, verfolgt sichere Transaktionen, die sich über mehrere Computernetzwerke erstrecken. Transaktionen, die mit Bitcoin durchgeführt werden, werden in der Bitcoin-Blockchain registriert. Das System arbeitet offen, während seine Wartung vom kollektiven Input aller Teilnehmer abhängt und potenzielle Ausfälle verhindert. Beide Vertrauensstufen steigen, während Vermittler überflüssig werden und die Betriebskosten durch den Einsatz dieses Systems sinken.
Was sind die grundlegenden Schichten der Blockchain-Technologie?
Die Blockchain-Technologie organisiert ihre Funktionalität über fünf aufeinanderfolgende Schichten der Blockchain, zu denen die Hardware-Infrastruktur und Datensysteme, das Netzwerk und die Konsensprotokolle sowie die Anwendungssequenz gehören. Verschiedene Schichten dienen verschiedenen Vorgängen, zu denen die Datenspeicherung zusammen mit Benutzeroberflächenanwendungen gehört.
Wie funktioniert die Konsensschicht in einer Blockchain?
Die Standardisierung neuer Blöcke in der Blockchain erfolgt über die Konsensschicht. Netzwerkkonsensfunktionen verwenden in der Regel zwei Mechanismen, die als Proof-of-Work (PoW) und Proof-of-Stake (PoS) bekannt sind. Proof-of-Work (PoW) funktioniert durch einen kryptografischen Puzzle-Lösungswettbewerb und Proof-of-Stake (PoS) wählt Validatoren aus, indem es deren Netzwerk-Token-Besitz zählt.
Was ist die Skalierbarkeit von Blockchain und warum ist sie wichtig?
Die Fähigkeit von Blockchain-Netzwerken, eine wachsende Anzahl von Transaktionen zusammen mit Knoteninteraktionen effizient zu bewältigen, definiert die Skalierbarkeit. Die Netzwerkeffizienz zusammen mit der Transaktionsgeschwindigkeit hängt stark von der Skalierbarkeit ab. Die Skalierbarkeit von Blockchain dient dazu, den Kompromiss zwischen Sicherheit, Dezentralisierung und Skalierbarkeit zu bewältigen, der den Wettbewerb in der Blockchain aufrechterhält.
Verwenden alle Blockchain-Netzwerke mehrere Schichten?
Nicht alle Blockchain-Netzwerke umfassen mehrere Schichten. Einige arbeiten mit einer einschichtigen Struktur, während andere mehrere Schichten integrieren, um die Leistung und Skalierbarkeit zu verbessern. Ethereum beispielsweise verwendet Layer-2-Lösungen, um die Transaktionseffizienz zu verbessern.
