Layer 2-blockchains

Inleiding

De gewenste toestand voor elke blockchain is zo gedecentraliseerd, veilig en schaalbaar mogelijk zijn. Een blockchain bouwen die alle drie deze aspecten goed afhandelt, blijkt een uitdaging die nog niet is opgelost. Deze uitdaging heeft een naam gekregen: het blockchain-trilemma.

Bitcoin en Ethereum zijn allebei redelijk gedecentraliseerd en veilig, maar ze schalen niet goed. Dat merk je aan de hoge transactiekosten en lange wachtrijen wanneer het netwerk druk is. Om deze problemen te omzeilen kunnen Explorers verschillende technologieën gebruiken die transactiekosten drastisch verlagen en de transactiesnelheid verhogen. Samen staan die bekend als Layer 2 (L2)-schaaloplossingen.

Het Lightning Network is de bekendste schaaloplossing van Bitcoin en gebruikt een technologie genaamd betaalkanalen om betalingen tussen partijen te schalen. Ethereum verlicht het blockchain-trilemma door transacties af te handelen via verschillende L2-oplossingen, ondersteund door goedkope, tijdelijke blob-opslag die in 2024 aan Mainnet is toegevoegd (een lichte vorm van de ooit geplande "sharding").

Betaalkanalen

Op de Bitcoin-blockchain gebruikt het Lightning Network bidirectionele betaalkanalen, waarmee meerdere partijen BTC kunnen uitwisselen zonder transacties op de hoofdketen.

De architectuur laat twee gebruikers een betaalkanaal met elkaar openen. Elk kanaal is strikt tweezijdig, al kunnen betalingen via een netwerk van verbonden kanalen worden gerouteerd naar gebruikers verderop. Tussen het openen en sluiten van een kanaal kunnen partijen onderling geld verschuiven. De micro-grootboekvermelding van elke deelnemer wordt bijgewerkt nadat beide gebruikers de transactie hebben ondertekend, wat meestal vereist dat de nodes van beide partijen bereikbaar zijn. Een kanaal kan op elk moment worden gesloten doordat een van beide partijen de meest recente versie van het micro-grootboek naar de blockchain stuurt.

Betaalkanalen ondersteunen geen geavanceerde smart contract-interacties, alleen simpele peer-to-peer-transacties.

Kennischeck 1

Je moet online zijn om transacties te doen via het Bitcoin Lightning Network.

• [ ] Waar

• [ ] Onwaar

Schaaloplossingen voor Ethereum

Ethereum-ontwikkelaars werken al bijna net zo lang aan Ethereum-eigen schaaloplossingen als het netwerk live is.

De meeste leden van de Ethereum-community vinden dat een project alleen een "Ethereum-schaaloplossing" is als het de tekortkomingen in schaalbaarheid van Ethereum aanpakt zonder veiligheid of decentralisatie op te offeren. Voor gebruikers zijn de praktische behoeften vooral snellere transacties en goedkoper gas dan op Ethereum Mainnet. Om te concurreren zijn sommige schaaloplossingen bereid grotere afwegingen te maken binnen het trilemma dan andere.

Ethereum wordt gedefinieerd door zijn smart contract-mogelijkheden, dus het is ook belangrijk dat schaaloplossingen die ondersteuning overnemen. Je hebt niets aan snelle, goedkope transacties als gebruikers hun favoriete dApps niet kunnen gebruiken vanaf een Layer 2.

Kennischeck 2

Ethereum-schaaloplossingen:

• [ ] gebruiken betaalkanalen om het netwerk te schalen.

• [ ] kunnen geen smart contract-interacties ondersteunen.

• [ ] moeten schalen zonder de andere trilemma-punten te verzwakken.

• [ ] maken snellere transacties mogelijk ten koste van hoger gas.

Bridgen tussen Layer 1 en Layer 2

Zoals we leerden in Basiskennis blockchain zijn blockchains databases die bekendstaan als grootboeken: cryptografisch beveiligde, chronologische lijsten van transacties. L1-blockchains en L2-schaaloplossingen zijn elk zelfstandige blockchains, met hun eigen databases van adressen en data.

Infrastructuur genaamd bridges wordt gebruikt om informatie tussen verschillende blockchain-databases over te dragen. Zie het Ethereum Mainnet (of elke andere L1-blockchain) als een eiland, en een andere blockchain of je favoriete schaaloplossing als een tweede eiland: een cryptobridge is de algemene term voor de digitale snelweg die deze twee eilanden verbindt.

De technologie is erg complex, maar voor de eindgebruiker is dit proces zo simpel als een bestemming kiezen.

Sidechains

Een sidechain is een aparte blockchain die onafhankelijk van Ethereum draait, maar via een bridge met Ethereum Mainnet is verbonden. Om tokens te migreren vergrendel je ze in een bridge-contract op Mainnet; op de sidechain worden gelijkwaardige tokens gemint. Belangrijk: dit geeft je geld NIET de veiligheid van Ethereum. De bridge en sidechain leunen op de eigen validators van de sidechain. Wordt een van beide gecompromitteerd (zoals bij de Ronin-bridgehack van 625 miljoen dollar in 2022), dan kan het vergrendelde geld worden gestolen.

Sidechains blijven onderworpen aan het blockchain-trilemma. Hun lagere gas-kosten en snellere transacties komen van een kleinere maar krachtigere validatorset: ze ruilen wat decentralisatie en veiligheid in voor schaalbaarheid.

Sidechains zoals Polygon PoS publiceren regelmatig snapshots ("checkpoints") naar Ethereum. Die geven hun geschiedenis een vorm van finaliteit en laten gebruikers saldi bewijzen bij het verlaten van de bridge, maar ze maken sidechain-geld niet zo veilig als Mainnet.

Kennischeck 3

Sidechains:

• [ ] vergrendelen gebridgede tokens in een contract op Mainnet.

• [ ] hebben goedkopere gas fees dan Mainnet.

• [ ] hebben grotere centralisatierisico's dan Mainnet.

• [ ] Alle bovenstaande antwoorden.

Rollups

Layer 2-protocollen die rollup-technologie gebruiken, blijven dichter bij het veiligheidsniveau van Ethereum Mainnet.

Net als sidechains laten rollups onchain transacties buiten Ethereum Mainnet uitvoeren. Deze transacties worden vervolgens 'opgerold' tot één batch, en de batchdata wordt naar Ethereum gestuurd in goedkope, tijdelijke datapakketten genaamd blobs, geïntroduceerd in de Dencun-upgrade van maart 2024. Blobs zijn de belangrijkste reden dat typische L2-kosten zijn gedaald tot een paar cent of minder.

Om te bewijzen dat de rollup veilig genoeg is om transacties namens Mainnet te verwerken, moet hij "overtuigend bewijs" leveren dat de transacties in elke ingediende batch veilig en geldig zijn. Dit bewijs zit in de transactierollup en wordt geverifieerd door het bridge-contract op Ethereum Mainnet.

Er zijn momenteel twee rollup-methoden die dit bewijs kunnen leveren: optimistic rollups en ZK-rollups. Laten we deze twee processen eens nader bekijken.

Optimistic rollups

L2-protocollen zoals Optimism, Base en Arbitrum gebruiken allemaal optimistic rollups als architectuur voor hun schaaloplossing. Optimistic rollups heten zo omdat de informatie in de rollup-batch als geldig wordt beschouwd tenzij het tegendeel wordt bewezen: er wordt een optimistische aanname gedaan.

Om misbruik van deze techniek tegen te gaan, geldt er meestal een vertraging van meerdere dagen zodra een gebruiker geld van de L2 terug naar Mainnet wil verplaatsen. In die periode kunnen bridge-validators een fraudebewijs publiceren om de opname te annuleren. Dit fraudebewijsmechanisme lijkt op de clearingprocessen van banken, maar is gedecentraliseerd.

Let op: externe bridge-diensten zoals Across en Relay helpen gebruikers om geld in enkele minuten in plaats van dagen te bridgen. Deze snelle bridges schieten je het geld voor uit hun eigen pool. Je neemt dus het risico van de smart contracts van de bridge en zijn geldverstrekkers: een extra vertrouwenslaag vergeleken met de eigen bridge van de rollup.

Kennischeck 4

Bij optimistic rollups worden transacties als geldig beschouwd tot het tegendeel is bewezen.

• [ ] Waar

• [ ] Onwaar

ZK-rollups

ZK-rollups zijn een type rollup dat leunt op zero-knowledge-technologie. Anders dan optimistic rollups bevestigen ZK-rollups de geldigheid van de gebatchte transacties zonder te vertrouwen op bepaalde gebruikers die naar bewijs van fraude zoeken. In plaats daarvan dienen deze rollups een wiskundig bewijs in, een geldigheidsbewijs, waarmee Ethereum een hele batch kan controleren zonder het werk opnieuw te doen.

Het grote voordeel van ZK-rollups is de afwikkelingstijd, ook wel transactiefinaliteit genoemd. In plaats van een challenge-periode van meerdere dagen geven ZK-rollups gebruikers meestal binnen een paar uur toegang tot hun geld op Mainnet, zodra het volgende geldigheidsbewijs is ingediend. Ondanks de naam wordt zero-knowledge-technologie hier niet gebruikt voor privacy: transacties op grote ZK-rollups zijn net zo publiek als op Ethereum Mainnet.

Een aantal grote protocollen bouwt zijn Ethereum-schaaloplossing met ZK-rollup-technologie, waaronder ZKsync, Starknet en Linea. De ontwikkeling staat nog vrij vroeg, maar de toekomstpotentie is groot.

Kennischeck 5

ZK-rollups, vergeleken met optimistic rollups:

• [ ] houden gebruikerstransacties privé op Mainnet.

• [ ] gebruiken geldigheidsbewijzen, zonder dagenlange challenge-periode.

• [ ] leunen op waarnemers die tijdens een challenge-periode fraude melden.

Cross-chain dApp-compatibiliteit

Bij het vergelijken van optimistic rollups en ZK-rollups kijken de meeste gebruikers vooral naar opnametijden. Maar omdat die vertraging bij opnames kan worden opgelost door externe bridges, hoeft dit geen grote rol te spelen bij het kiezen van een schaaloplossing om te verkennen.

Veel optimistic rollups zijn "EVM-equivalent": de L2 ondersteunt dan native elke dApp die op de Ethereum Virtual Machine (EVM) kan draaien. EVM-equivalentie maakt het mogelijk om smart contracts die eerder op Mainnet zijn geplaatst opnieuw te gebruiken, zodat L2-gebruikers toegang hebben tot hun favoriete dApps.

Sidechains zoals Polygon PoS draaien de EVM ook native, en de meeste moderne ZK-rollups (zoals ZKsync, Linea en Scroll) zijn ook EVM-equivalent of komen daar heel dichtbij. Daardoor zijn je favoriete Ethereum-dApps beschikbaar in het grootste deel van het L2-ecosysteem.

Kennischeck 6

EVM-equivalente schaaloplossingen kunnen smart contracts die op Mainnet staan eenvoudig hergebruiken.

• [ ] Waar

• [ ] Onwaar

Samenvatting van de les

L1-blockchains zoals Bitcoin en Ethereum worden momenteel beperkt door het blockchain-trilemma. Betaalkanalen op het Bitcoin-netwerk, of sidechains en rollups op Ethereum, helpen deze netwerken te schalen en het trilemma te verlichten.

Bridges verbinden L1-blockchains met sidechains en rollups, en de manier waarop het bridge-contract werkt, bepaalt mede de eigenschappen van het verbonden netwerk.

Sidechain-geld erft de veiligheid van Ethereum niet: gebridgede tokens worden vergrendeld in een contract op Mainnet, maar hun veiligheid hangt af van de eigen validators en het bridge-contract van de sidechain. Deze ketens hebben een kleine maar krachtige validatorset waarmee ze de transactiesnelheid verhogen en gas fees verlagen, ten koste van decentralisatie en veiligheid.

Rollups valideren en verwerken, net als sidechains, hun eigen transacties, maar hun bridge-contract eist "overtuigend bewijs" van transactiegeldigheid voordat de data als geldig wordt beschouwd. Zo behouden ze veiligheid en decentralisatie in lijn met de waarden van Ethereum. Dit bewijs kan op twee manieren worden geleverd: optimistic rollups hanteren een vertraging van meerdere dagen voordat hun transactierollups op Mainnet worden afgewikkeld, waarin bridge-validators fraude opsporen en melden; ZK-rollups bieden wiskundige zekerheid over de geldigheid van transacties, dankzij zero-knowledge-technologie.

Momenteel bieden zowel optimistic rollups als moderne ZK-rollups een hoge mate van smart contract-compatibiliteit met Ethereum Mainnet, waardoor dApps van Ethereum Mainnet eenvoudig op hun netwerken kunnen worden geplaatst. Velen geloven dat ZK-rollups de schaaloplossing van de toekomst worden, dankzij hun snelle finaliteit en sterke geldigheidsgaranties.

Begin je Layer 2-reis met Optimism of Base 🙂

Optimism en Base, allebei EVM-equivalente optimistic rollups, zijn geweldige L2's om als Explorer mee te beginnen. Het gebruik van dApps op beide chains voelt vergelijkbaar met L1, alleen goedkoper en sneller, en beide gebruiken ETH als gas. Je aankomende quest is de eerste stap van je reis op Optimism of Base!

Beide ecosystemen zijn sterk beïnvloed door de waarden van Ethereum. Optimism staat bekend om het financieren van publieke goederen die waarde toevoegen aan het ecosysteem, zoals gratis onderwijs van Bankless Academy.

Optimism en Base zijn niet zomaar platformen die op optimistic rollups leunen: ze laten zien hoe blockchains echte problemen kunnen oplossen en nieuwe manieren openen om samen te handelen en te coördineren. En daar mogen we allemaal optimistisch van worden. 🙂