Das Jahr 2023 markierte zwei bedeutende Meilensteine in der Entwicklung von Ethereum. Im April wurde das Shanghai-Upgrade abgeschlossen, das die Auszahlung von Staking-Einlagen über die Beacon Chain ermöglichte und damit den offiziellen Übergang vom PoW- zum PoS-Konsensmechanismus vollzog – ein entscheidender Schritt auf Ethereums Roadmap. Nun steht mit dem Cancun-Upgrade der nächste große Entwicklungssprung bevor. Dieses Upgrade zielt darauf ab, zusätzlichen Speicherplatz für Layer-2-Lösungen (L2) bereitzustellen, um deren Kosten zu senken und die Effizienz zu steigern. Erwartet wird eine Beschleunigung der L2-Transaktionen um das 10- bis 100-fache bei gleichzeitiger Kostensenkung. Laut der jüngsten Konferenz der Ethereum-Core-Entwickler soll Cancun noch in diesem Jahr live gehen.
Doch wie wird das Cancun-Upgrade die Skalierbarkeit und Geschwindigkeit von Ethereum konkret verbessern und welche neuen Chancen eröffnet es für Layer-2-Lösungen? Aus Sicht von R3PO wird Cancun Layer-2-Lösungen enger mit dem Ethereum-Ökosystem verzahnen und Nutzern deutlich schnellere Transaktionen zu geringeren Kosten bieten. Sowohl Optimistic Rollups als auch ZK Rollups werden von diesen Verbesserungen profitieren und gemeinsam die Weiterentwicklung des Ethereum-Ökosystems vorantreiben.
I. Eine skalierbare Zukunft – Layer 2
In seinem jüngsten Artikel „The Three Transitions“ beschreibt Ethereum-Mitbegründer Vitalik Buterin drei zentrale technologische Übergänge für die Plattform: den Wechsel aller Nutzer zu Rollups für die Skalierung, die breite Einführung sicherer Smart-Contract-Wallets und die Gewährleistung privater Zahlungsströme. Der Artikel unterstreicht die immense Bedeutung von Layer-2-Lösungen und Rollups. Buterin betont, dass Ethereum ohne deren Entwicklung aufgrund prohibitiv hoher Transaktionskosten scheitern würde. Verglichen mit etablierten Zahlungsnetzwerken wie VISA, die Zehntausende Transaktionen pro Sekunde verarbeiten können, liegt die Kapazität der Ethereum-Hauptkette bei nur etwa 15 Transaktionen pro Sekunde – bei einer durchschnittlichen Gebühr von 3,75 US-Dollar. Diese Hürde schreckt viele potenzielle Nutzer ab.
Obwohl Ethereum täglich eine enorme Anzahl von Transaktionen verarbeitet, führt die begrenzte Blockkapazität bei wachsendem Ökosystem zu Netzwerküberlastung. Nutzer konkurrieren um knappe Ressourcen, was zu den bekannten Problemen hoher Gebühren und langsamer Bestätigungszeiten auf Layer 1 führt. Die Skalierungsfrage beschäftigt die Ethereum-Entwickler daher seit langem. Gemäß der veröffentlichten Roadmap folgt nach dem Shanghai-Upgrade, das den Konsensmechanismus klärte, nun der Fokus auf die Skalierbarkeit. Das Ziel ist es, die Transaktionskapazität des Netzwerks auf über 100.000 Transaktionen pro Sekunde zu steigern.
Derzeit verfolgt Ethereum zwei Hauptskalierungsansätze: Layer-2-Lösungen und Sharding. Layer-2-Lösungen sind eine Off-Chain-Strategie, bei der Transaktionen außerhalb der Hauptkette ausgeführt und gebündelt werden. Nur ein komprimierter Nachweis dieser Transaktionsbündel wird zur finalen Validierung an Ethereum (Layer 1) gesendet. Die derzeit führenden Layer-2-Ansätze basieren auf Rollups. Hier werden Hunderte von Transaktionen zu einem einzigen Bündel („Batch“) zusammengefasst. Statt jede Transaktion einzeln auf der Blockchain zu speichern und zu berechnen, wird nur die Zusammenfassung des Batches an Ethereum übermittelt. Dies entlastet die Hauptkette erheblich, bewahrt dabei aber deren Sicherheitsgarantien.
II. Optimistic Rollup vs. ZK Rollup
Rollups lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen: Optimistic Rollups und Zero-Knowledge (ZK) Rollups.
Optimistic Rollups setzen auf ein „Betrugsnachweis“-Verfahren (Fraud Proof). Das System geht zunächst optimistisch davon aus, dass alle Transaktionen in einem Batch korrekt sind. Statt einer sofortigen Prüfung beginnt eine Wartezeit (Challenge Period). Während dieser Zeit kann jeder Netzwerkteilnehmer einen Betrugsnachweis einreichen, falls er eine ungültige Transaktion entdeckt. Wird kein Nachweis erbracht, gilt der Batch nach Ablauf der Frist als bestätigt. Diese Methode spart Rechenleistung, da nicht jeder Batch aktiv validiert werden muss. Bekannte Vertreter sind Arbitrum und Optimism.
ZK Rollups verwenden dagegen einen kryptografischen Gültigkeitsbeweis, den Zero-Knowledge Proof. Für jeden Transaktions-Batch wird ein mathematischer Beweis generiert, der die Korrektheit aller Transaktionen belegt, ohne deren Details offenzulegen. Zusammen mit den resultierenden Zustandsänderungen wird nur dieser kompakte Beweis an Ethereum gesendet. Zu den führenden Projekten gehören zkSync, StarkNet und Scroll.
Vor- und Nachteile von Optimistic Rollups
Vorteile:
• Hohe Kompatibilität: Sie unterstützen allgemeine Smart Contracts und sind gut mit der Ethereum Virtual Machine (EVM) kompatibel, was die Migration von DApps erleichtert.
Nachteile:
• Lange Wartezeiten bei Auszahlungen: Aufgrund der Challenge Period können Auszahlungen auf Layer 1 typischerweise bis zu eine Woche dauern.
• Potenzielle Netzwerkunterbrechungen: Im Streitfall (Dispute) kann die Abwicklung neuer Transaktionen pausieren, bis der Konflikt gelöst ist.
Vor- und Nachteile von ZK Rollups
Vorteile:
• Sofortige Finalität: Transaktionen gelten sofort nach dem Proof als sicher bestätigt, es gibt keine Challenge Period.
• Erhöhter Datenschutz: Zero-Knowledge Proofs validieren Transaktionen, ohne sensible Details preiszugeben.
• Starke Sicherheit: Basierend auf mathematischen Beweisen.
Nachteile:
• Hohe Berechnungskosten: Die Erstellung der Zero-Knowledge Proofs ist rechenintensiv.
• Eingeschränkte EVM-Kompatibilität: Die Unterstützung für komplexe Smart Contracts war historisch eine Herausforderung, auch wenn sich dies schnell verbessert (z.B. durch zkEVMs).
Aufgrund ihres früheren Starts und der einfacheren Entwicklung dominieren Optimistic-Rollup-Lösungen derzeit mit über 90% des gesamten TVL (Total Value Locked) den Layer-2-Markt. Die ZK-Rollup-Ökosysteme sind noch vergleichsweise klein, holen aber rasch auf. Der Wettbewerb wird sich künftig weniger um die reine Technologie, sondern mehr um Nutzerwachstum und Ökosystementwicklung drehen. Sobald das Cancun-Upgrade die Kosten für alle Rollups drastisch senkt, könnten diese Faktoren den Ausschlag geben.
III. Die Zukunft von Layer 2: Der Weg nach vorn mit dem Cancun-Upgrade
Das bevorstehende Cancun-Upgrade (auch bekannt als Dencun) wird einen neuen Entwicklungsschub für Layer 2 einläuten. Es stellt einen wichtigen Meilenstein dar, der Skalierbarkeit und Leistung von Ethereum fundamental verbessern soll. Durch die Einführung von Proto-Danksharding (EIP-4844) wird speziell für Layer-2-Daten kostengünstiger Speicherplatz auf der Ethereum-Hauptkette geschaffen. Dies wird die Transaktionskosten auf Layer 2 erheblich senken und die Geschwindigkeit weiter erhöhen. Beide Rollup-Ansätze – Optimistic und ZK – werden von diesen Infrastrukturverbesserungen profitieren. Wir können uns auf eine breitere Adoption von Layer-2-Lösungen freuen, die dezentralen Anwendungen hohen Durchsatz bei niedrigen Kosten ermöglichen und so ganz neue Use Cases für das Ethereum-Ökosystem erschließen.
1. Was steckt im Cancun-Upgrade?
Das „Cancun“-Upgrade umfasst fünf Ethereum-Verbesserungsvorschläge (EIPs), die mehr Datenspeicher bereitstellen und die Transaktionskosten senken sollen. Das Herzstück ist EIP-4844; ergänzt wird es durch die EIPs 1153, 4788, 5656 und 6780. Ein genauer Termin steht noch nicht fest, die Aktivierung ist jedoch für Ende 2023 geplant.
EIP-4844: Als Kern des Upgrades wird EIP-4844, auch „Proto-Danksharding“ genannt, eine Skalierungslösung speziell für Rollups einführen. Es markiert den ersten Schritt zur Skalierung von Ethereum. Bisher wurden Rollup-Daten dauerhaft auf der Ethereum-Blockchain gespeichert – eine teure Angelegenheit, die bis zu 90% der Nutzergebühren ausmachte. EIP-4844 ändert das mit einem neuen Transaktionstyp, der „Blob Transaction“. Dabei werden Daten vorübergehend in sogenannten „Blobs“ gespeichert, die nach etwa einem Monat gelöscht werden. Für eine langfristige Speicherung sind externe Anbieter nötig. Sobald Blobs durch Proto-Danksharding Teil des Ethereum-Protokolls sind, können pro Block deutlich mehr Blobs aufgenommen werden. Das steigert den Durchsatz massiv (um mehr als das Hundertfache) und senkt gleichzeitig die Transaktionskosten.
Die weiteren ausgewählten EIPs im Überblick:
EIP-1153: Senkt die Kosten für die Datenspeicherung auf der Blockchain und optimiert so die Blockkapazität.
EIP-4788: Verbessert die Architektur von Cross-Chain-Bridges und Staking-Pools.
EIP-5656: Führt kleinere Code-Änderungen in der Ethereum Virtual Machine (EVM) ein.
EIP-6780: Entfernt Code, der Smart Contracts vorzeitig beenden könnte.
2. Welche Chancen bieten sich?
(1) Der große Layer-2-Trend
Die chronische Überlastung des Ethereum-Netzwerks hat den Nährboden für einen der größten Trends der Branche geschaffen. Die gesamte gebundene Wertsumme (TVL) im Layer-2-Ökosystem hat sich seit Jahresbeginn mehr als verdoppelt und liegt nun bei rund 8 Milliarden US-Dollar.
Als erster Meilenstein auf dem Weg zur Skalierung wird das Cancun-Upgrade Layer-2-Lösungen um das 10- bis 100-Fache beschleunigen und ihre Kosten drastisch senken. Die durch EIP-4844 ermöglichte Skalierung und Kostensenkung kommt dem gesamten Layer-2-Ökosystem zugute: Das OP-Ökosystem wird vielfältiger, das ZK-Ökosystem durch bessere Datenverfügbarkeit praktikabler, und teure, eigenständige Layer-2-Netzwerke können schneller wachsen. Dank niedrigerer On-Chain-Gebühren wird das Ökosystem insgesamt reicher und attraktiver, was die Nutzerzahlen weiter steigern wird.
Unter den bereits live geschalteten Projekten teilen sich Arbitrum, Optimism, der Newcomer zkSync und der etablierte Anbieter dYdX etwa die Hälfte des aktuellen Layer-2-Marktes. Die Starken bleiben stark: Führende Protokolle in beliebten Bereichen besitzen nach dem Upgrade noch größeres Wachstumspotenzial.
Neben den aktiven Projekten lohnt auch ein Blick auf Layer-2-Netzwerke, deren Mainnet-Start kurz bevorsteht – darunter Scroll, Linea und Taiko.
Die höheren Transaktionsgeschwindigkeiten und geringeren Gebühren auf Layer 2 werden zudem einen neuen Schub für innovative Anwendungen bringen. Besonders Applikationen mit hohen Geschwindigkeitsanforderungen – wie On-Chain-Futures oder -Optionen – litten bisher unter der begrenzten TPS-Kapazität von Ethereum. Das Cancun-Upgrade bringt hier echte Verbesserungen, etwa für Projekte wie GMX oder GNS, und eröffnet ihnen zusätzlichen Wachstumsspielraum.
(2) Der Data-Availability-(DA-)Sektor: Da Blob-Daten nur kurzzeitig gespeichert werden, entstehen Herausforderungen beim Abruf historischer Daten. Das schafft Bedarf an dezentralen Speicherlösungen. Gleichzeitig benötigen Layer-2-Skalierungslösungen eigene Data-Availability-Layer. Auch L1-Speichererweiterungsnetzwerke wie EthStorage, Arweave und Filecoin – also Ethereum-DA-Projekte – profitieren vom Cancun-Upgrade.
3. Wohin entwickelt sich Layer 2?
In absehbarer Zukunft wird das Cancun-Upgrade den Startschuss für die Skalierung von Ethereum geben und höhere Durchsatzraten bei niedrigeren Gebieten ermöglichen. Layer-2-Anwendungen können so deutlich mehr Transaktionen verarbeiten und ihren Nutzern schnellere, nahezu sofortige Bestätigungen bieten. Ob im Finanzbereich, in Spielen oder bei NFTs – die hohe Leistungsfähigkeit von Layer 2 wird ein flüssigeres und effizienteres Nutzererlebnis schaffen.
Technologischer Fortschritt allein zieht jedoch keine Nutzer an. Für eine echte Blüte des Layer-2-Ökosystems sind innovative Anwendungen unverzichtbar. Laut L2beat gibt es derzeit 29 Layer-2-Lösungen, von denen einige live sind und andere sich in Entwicklung befinden. Allein Arbitrum One, Optimism, zkSync Era und dYdX halten einen Marktanteil von 92,75%; die restlichen Netzwerke teilen sich lediglich 6,25%.
Vergleichbar ist das mit hochmodernen Autobahnen, die kaum befahren werden, weil der Bedarf fehlt. Dies ist ein verbreitetes Problem vieler Layer-2-Netzwerke: Ohne hochwertige Anwendungen bleibt ihr Wert unklar. Arbitrum beispielsweise konnte sein florierendes Ökosystem erst durch den Aufstieg von DeFi-Anwendungen wie GMX aufbauen. Erst wenn Entwickler neue, benutzerfreundliche und praktische Anwendungen schaffen, die echte Bedürfnisse adressieren, entsteht Aufmerksamkeit und aktive Teilnahme. Das erfordert Mut, Experimentierfreude und Kreativität der Entwickler und Gründer – kombiniert mit einer klugen Nutzung der Layer-2-Vorteile, um einzigartige Anwendungsszenarien zu entwickeln. Nur so kann Layer 2 wirklich Teil des täglichen Lebens werden. Daher sind neben der Technologie auch die Migration bestehender Nutzer und die Verbreitung innovativer Apps entscheidende Erfolgsfaktoren.
Referenzen
1. https://vitalik.eth.limo/general/2023/06/09/three_transitions.html
2. https://ethereum-magicians.org/t/a-rollup-centric-ethereum-roadmap/4698
https://www.datawallet.com/crypto/zk-rollups-vs-optimistic-rollups
3. https://www.coindesk.com/tech/2023/06/08/ethereum-developers-cement-final-lineup-of-changes-in-dencun-upgrade/
4. https://l2beat.com/scaling/tvl#upcoming
5. https://ethereum.org/zh/layer-2/
6. https://medium.com/bitcoin-news-today-gambling-news/ethereums-cancun-deneb-upgrade-everything-you-need-to-know-3e67439a036