Die Blockchain-Technologie ist für ihre Sicherheit und ihre dezentrale Struktur bekannt. Doch trotz ihrer Popularität verstehen viele Menschen noch immer nicht genau, wie sie tatsächlich funktioniert.
Eine Blockchain ist im Kern ein verteiltes Ledger, das Transaktionen nachverfolgt und speichert. Sie nutzt eine mehrschichtige Architektur, die das komplexe System in besser handhabbare Bereiche aufteilt, von denen jeder für bestimmte Funktionen und Interaktionen verantwortlich ist.
Diese Bestandteile einer Blockchain werden üblicherweise als Layer 0, Layer 1, Layer 2 und Layer 3 bezeichnet. Die verschiedenen Layer einer Blockchain zu verstehen, ist für alle wichtig, die mit Kryptowährungen arbeiten möchten.
Genau darum geht es in diesem Artikel. Beginnen wir mit den Grundlagen. 👇
Was ist Blockchain?
Blockchain ist ein verteiltes Ledger – eine digitale Datenbank, die von einem Netzwerk verbundener Computer, sogenannter Nodes, gemeinsam genutzt wird. Das Hauptziel einer Blockchain ist es, alle Transaktionen im Netzwerk sicher und korrekt aufzuzeichnen.
Was die Blockchain von anderen digitalen Datenbanken unterscheidet, ist ihre Fähigkeit, die Sicherheit und Korrektheit aller darin gespeicherten Daten zu gewährleisten. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer einzelnen vertrauenswürdigen Instanz, die Transaktionen kontrolliert und verifiziert.
Bitcoin war die erste Blockchain-Plattform, die praktisch eingesetzt wurde, und ist bis heute die bekannteste Blockchain. Seit ihrer Einführung sind weitere Blockchains entstanden, darunter Ethereum, Tron oder Ripple.
Blockchains haben viele praktische Anwendungsfälle, darunter:
- Kryptowährungen
- DeFi-Anwendungen
- Non-Fungible Tokens (NFTs)
- Smart Contracts
Was sind Blockchain-Layer?
Blockchain-Layer bezeichnen die verschiedenen Komponenten eines Blockchain-Systems, die zusammenarbeiten, um die Sicherheit und Skalierbarkeit der Technologie zu gewährleisten. Blockchains sind dezentral und kommen ohne zentrale Instanz aus. Deshalb nutzen sie ein verteiltes Ledger-System, das Transaktionen durch einen Konsens vieler Nodes im Netzwerk authentifiziert. Die mehrschichtige Architektur von Blockchains bündelt verschiedene Funktionen, um Sicherheit und Skalierbarkeit bereitzustellen.
Mit der wachsenden Zahl von Nutzern auf einer Blockchain sorgen die einzelnen Layer dafür, dass das System die steigende Nachfrage bewältigen kann, ohne dabei Kompromisse bei der Sicherheit einzugehen. Wer die verschiedenen Layer einer Blockchain versteht, entwickelt ein tieferes Verständnis für die Technologie und ihre möglichen Anwendungsbereiche.
Die mehrschichtige Architektur der Blockchain
Die mehrschichtige Struktur der Blockchain besteht aus einem verteilten Netzwerk, in dem jeder Teilnehmer neue Einträge in einer bestimmten Reihenfolge pflegt, bestätigt und aktualisiert.
Die Architektur-Layer einer Blockchain bestehen aus Blöcken, die eine Liste von Transaktionen enthalten. Diese Layer lassen sich als öffentlich, privat oder konsortialbasiert einordnen:
- In einer öffentlichen Blockchain kann jeder am Netzwerk teilnehmen.
- In einer privaten Blockchain hat nur eine bestimmte Gruppe von Teilnehmern Zugriff.
- Eine konsortialbasierte Blockchain ist eine Mischform aus öffentlich und privat, bei der eine ausgewählte Gruppe von Teilnehmern die Erlaubnis hat, dem Netzwerk beizutreten.
Die mehrschichtige Struktur der Blockchain ermöglicht sichere und dezentrale Transaktionen und berücksichtigt dabei unterschiedliche Zugriffs- und Kontrollstufen.
Die Layer der Blockchain-Architektur bestehen aus den folgenden fünf Ebenen:
1. Hardware-Infrastruktur-Layer
Auf der Hardware-Infrastruktur-Ebene übernimmt die Blockchain die Datenspeicherung auf einzelnen Nodes oder auf einem Server in einem Rechenzentrum. Anders als bei einer Client-Server-Architektur ist eine Blockchain ein Peer-to-Peer-Netzwerk, in dem Clients direkt miteinander kommunizieren und alle Daten in einer verteilten Datenbank gespeichert werden.
2. Daten-Layer
Der Daten-Layer ist das Herzstück der Blockchain und besteht aus einer geordneten verketteten Liste von Blöcken, in denen Transaktionen gespeichert werden. Die Blockchain zeichnet Transaktionen digital auf und signiert sie, um Datensicherheit und Integrität zu gewährleisten. Die digitale Signatur verifiziert zudem die Identität des Senders und verhindert Manipulationen an den Daten.
3. Netzwerk-Layer
Der Netzwerk-Layer ist für die Kommunikation zwischen den Nodes verantwortlich und stellt sicher, dass sich die Nodes verbinden, miteinander kommunizieren, Daten teilen und synchronisieren können, um die Integrität der Blockchain aufrechtzuerhalten. Er steuert die Verbreitung von Blöcken, Transaktionen und die Erkennung von Netzwerkteilnehmern.
4. Konsens-Layer
Der Konsens-Layer ist der wichtigste Layer einer Blockchain. Er stellt sicher, dass Transaktionen validiert, geordnet und von allen Nodes im Netzwerk akzeptiert werden. Er schafft ein klares Regelwerk zwischen den Nodes, die diese Vorgaben befolgen, um Transaktionen zu validieren und Blöcke zu erstellen.
5. Anwendungs-Layer
Der Anwendungs-Layer besteht aus dezentralen Anwendungen, Smart Contracts und Chaincode, die über APIs mit dem Blockchain-Netzwerk interagieren. Die Ausführungsebene umfasst Chaincode, Smart Contracts und die zugrunde liegende Logik, die Befehle ausführt und die Deterministik der Blockchain aufrechterhält.
Blockchain-Layer in der Krypto-Terminologie
Die oben verwendeten Kategorien beschreiben die zugrunde liegende Architektur von Blockchain-Netzwerken im Allgemeinen.
In der Branche verwendet man jedoch eine andere Begriffswelt, um zu beschreiben, wie Blockchain-Protokolle funktionieren. Diese Begriffe sind gebräuchlicher und dürften auch Menschen außerhalb der Blockchain-Welt bekannt vorkommen.
Wichtig ist: Diese Begriffe beschreiben zwei unterschiedliche Dinge:
- Layer der Blockchain-Architektur, wie die oben beschriebenen
- Verschiedene Blockchains, die zu einer logischen Gruppe gehören
Diese Unterscheidung kann zu Verwirrung führen, besonders bei Krypto-Einsteigern. Sehen wir uns daher die einzelnen Blockchain-Layer von 0 bis 3 an und klären, was sie tatsächlich bedeuten. 👇
Layer 0
Layer 0 bezeichnet die zugrunde liegende Technologie, die den Betrieb eines Blockchain-Netzwerks ermöglicht, etwa das Internet, Hardware und Verbindungen. Er bildet das Rückgrat der Blockchain und ist für ihre Entstehung und Kernfunktion essenziell.
Wenn der Begriff zur Beschreibung von Blockchains verwendet wird, meint Layer 0 in der Regel „Netzwerke von Blockchains“. Dazu gehören Protokolle, die Cross-Chain-Interoperabilität ermöglichen, wie Polkadot oder Avalanche.
Beispiele für Layer-0-Blockchains
Beispiele für Layer-0-Blockchains sind:
Layer 1
Layer 1 ist die grundlegende Ebene eines Blockchain-Netzwerks und verantwortlich für den Konsensprozess, Programmiersprachen, Blockdauer, Streitbeilegung und Richtlinien, die die Basisfunktionalität des Netzwerks sicherstellen. Layer 1 ist entscheidend für die Sicherheit des Blockchain-Netzwerks, und seine Unveränderlichkeit sorgt dafür, dass das Netzwerk manipulationssicher ist.
Bitcoin und Ethereum gelten als Layer-1-Blockchains – das sind unabhängige dezentrale Netzwerke, die ohne externe Unterstützung Transaktionen betreiben und ausführen. Layer-1-Blockchains dienen als Basisschicht, auf der Layer-2- und Layer-3-Lösungen aufgebaut werden können.
Beispiele für Layer-1-Blockchains
Viele bekannte Blockchains gelten als Layer 1, zum Beispiel:
Layer 2
Layer 2 ist ein überlagerndes Netzwerk oberhalb der Basisschicht. Es umfasst Integrationen von Drittanbietern, die mit Layer 1 zusammenarbeiten, um die Zahl der Nodes und den Systemdurchsatz zu erhöhen.
Zu den L2-Lösungen zählen State Channels, Sidechains und Rollups.
State Channels ermöglichen die bidirektionale Kommunikation zwischen einer Blockchain und Off-Chain-Transaktionskanälen und erhöhen so das gesamte Transaktionsvolumen und die Geschwindigkeit.
Sidechains sind separate Transaktionsketten, die mit der Blockchain zusammenarbeiten und für viele Transaktionen genutzt werden.
Rollups sind Skalierungslösungen, die Transaktionen außerhalb des Layer-1-Netzwerks ermöglichen, wobei die resultierenden Daten in die Layer-2-Blockchain hochgeladen werden.
Beispiele für Layer-1-Blockchains
Layer-2-Blockchains helfen dabei, die Einschränkungen der zugrunde liegenden Blockchains zu überwinden. Beispiele dafür sind:
- Optimism (Ethereum-basiert)
- Arbitrum (Ethereum-basiert)
- Polygon (Ethereum-basiert)
- Lightning Network (Bitcoin-basiert)
Layer 3
Layer 3, oft auch als L3 bezeichnet, ist die Anwendungsebene. Sie dient als Benutzeroberfläche und verbirgt die technischen Details des Kommunikationskanals. L3-Apps verleihen der Blockchain praktischen Nutzen, indem sie Nutzern die Interaktion mit dem Blockchain-Netzwerk über Application Programming Interfaces, Frameworks, Skripte und Benutzeroberflächen ermöglichen.
Layer-3-Protokolle sind eigenständige Lösungen, die auf Layer-2-Netzwerken aufbauen und dabei helfen, Interoperabilitätsprobleme zu lösen, die in den meisten Blockchains vorhanden sind.
Beispiele für Layer-3-Blockchains
Zu den bekanntesten Beispielen für L3-Blockchains gehören
- Interledger Protocol (verwendet von Ripple)
- ICON
- Quant
- IBC Protocol (verwendet von Cosmos)
Das Wichtigste auf einen Blick
Zusammengefasst besteht die Blockchain-Infrastruktur aus 5 Layern:
- Der Hardware-Infrastruktur-Layer ist die Grundlage der Blockchain-Technologie und umfasst die physischen Geräte, die das Netzwerk betreiben.
- Der Daten-Layer ist für das Speichern und Abrufen von Informationen verantwortlich.
- Der Netzwerk-Layer ermöglicht die Kommunikation zwischen den Nodes in der Blockchain.
- Der Konsens-Layer stellt sicher, dass sich alle Nodes im Netzwerk auf den aktuellen Zustand der Blockchain einigen.
- Der Anwendungs-Layer bietet eine Schnittstelle, über die Nutzer mit der Blockchain interagieren können.
Zusätzlich verwendet die Krypto-Community eine weitere Einteilung, um dieselben Architektur-Layer zu beschreiben. Sie sieht wie folgt aus:
- Layer 0 – umfasst Hardware- und Daten-Layer
- Layer 1 – enthält den Netzwerk- und Konsens-Layer
- Layer 2 – steht für Netzwerke, die auf bestehenden Blockchains aufbauen und dabei helfen, deren grundlegende Probleme zu lösen
- Layer 3 – ist die Anwendungsebene, auf der Anwendungen für die Interaktion mit Nutzern bereitgestellt werden.
Und schließlich beziehen sich Layer 0 bis 3 auch auf Blockchains anhand ihrer Eigenschaften. Zum Beispiel:
- L0: Polkadot, Avalanche, Cardano – Protokolle für Cross-Chain-Interoperabilität
- L1: Bitcoin, Ethereum, Solana – Blockchain-Netzwerke der Basisschicht
- L2: Optimism, Polygon, Arbitrub – Skalierungslösungen, die auf zugrunde liegenden Netzwerken aufbauen
- L3: Icon, Quant, IBC Protocol – Lösungen der Anwendungsebene, die auf Layer-2-Netzwerken aufbauen und spezifische Probleme adressieren.
Wir hoffen, dass dieser Artikel einige Unklarheiten und Besonderheiten bei blockchainbezogenen Namenskonventionen verständlicher gemacht hat. Wir sind außerdem der Meinung, dass es wichtig ist, mit der Technologie vertraut zu sein, auch wenn Sie sie nicht direkt wie ein Blockchain-Entwickler nutzen. Ebenso wichtig ist es, die zugrunde liegende Technologie von Projekten zu verstehen, in die Sie möglicherweise investieren möchten.
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