Fortschrittsbericht: Wie das Lightning Network, das Liquid Network und Stacks die Skalierbarkeitsherausforderung angehen?

Eine zentrale Herausforderung in der Welt der Kryptowährungen ist die Skalierbarkeit, insbesondere wenn es um die Verarbeitungsgeschwindigkeit von Transaktionen geht. Blockchains haben zum Beispiel oft Probleme mit geringer Skalierbarkeit oder Kapazität.

Um das ins rechte Licht zu rücken: Die Bitcoin-Blockchain kann maximal sieben Transaktionen pro Sekunde (TPS) verarbeiten, ein krasser Gegensatz zur leistungsstarken Verarbeitungskapazität eines Unternehmens wie Visa (V ), das bis zu 24.000 TPS bewältigen kann.

Dies bleibt ein großes Problem im Krypto-Bereich aufgrund des sogenannten Blockchain‑Trilemmas. Das bedeutet, dass eine Blockchain jeweils nur zwei von drei Aspekten – Dezentralisierung, Skalierbarkeit oder Sicherheit – erreichen kann. Folglich sind Kompromisse unvermeidlich!

Bei der größten Kryptowährung Bitcoin kann die Übertragung des Krypto‑Assets on‑chain ein langsamer, teurer und ineffizienter Prozess sein. Das liegt daran, dass der pseudonymen Schöpfer Satoshi Nakamoto die Blockgröße auf 1 Megabyte (MB) begrenzte, um Spam im Netzwerk zu verhindern, was ebenfalls die Skalierbarkeit von Bitcoin einschränkte.

Die Bitcoin-Blockchain verwendet den Proof‑of‑Work (PoW) Konsensmechanismus, um Transaktionen zu bestätigen. Erst nachdem eine bestimmte Anzahl von Minern die Transaktionen verifiziert hat, erfolgt die endgültige Abwicklung und ein Block wird erzeugt. Da ein Block im Durchschnitt 10 Minuten zur Verarbeitung benötigt, können nur wenige Transaktionen gleichzeitig durchgeführt werden. Zusätzlich führt ein Anstieg der Nachfrage zu höheren Gebühren, was die Nutzbarkeit von Bitcoin einschränkt.

Dies löste eine Skalierungsdebatte aus, die zu einer Welle technologischer Innovationen in der Bitcoin‑Community führte.

Die offensichtlichste Lösung für dieses Problem ist die Erhöhung der Blockgröße. Allerdings ist das nicht so einfach, da dies die Dezentralisierung des Protokolls schwächen könnte, das zentrale Leitbild des Krypto‑Raums.

Eine der frühesten Lösungen für das Problem wurde 2015 vom Entwickler Pieter Wiulle vorgeschlagen und heißt Segregated Witness (SegWit). Dieser Prozess ändert die Art und Weise, wie Transaktionsdaten gespeichert werden, um die Blockkapazität zu erhöhen, ohne das Größenlimit zu verändern.

SegWit wurde im August 2017 auf der Bitcoin-Blockchain eingeführt, wodurch das Limit auf 4 MB erhöht wurde, ohne die Dezentralisierung zu beeinträchtigen. Dennoch bleiben die meisten Bitcoin-Blöcke bei etwa 1,3 MB. Dieser Hard Fork führte zudem zur Aufspaltung des Netzwerks und zur Entstehung von Bitcoin Cash (BCH).

Eine weitere Möglichkeit, Bitcoin zu skalieren, besteht in zusätzlichen Netzwerken, sogenannten Layern, die es ermöglichen, BTC zu transferieren, ohne die Blockchain direkt zu nutzen. Das bedeutet im Wesentlichen, auf Bitcoin aufzubauen, ohne Änderungen an der ursprünglichen Blockchain vorzunehmen.

Bei schichtbasierten Skalierungslösungen fungiert Bitcoin als endgültige Abwicklungsebene für Transaktionen, um Stabilität, Dezentralisierung und Sicherheit zu gewährleisten. Die zweite Schicht verarbeitet hingegen eine große Anzahl von Zahlungen in Batches. Dazu verbindet sich die Schichtlösung mit der Blockchain, sendet jedoch nicht jede einzelne Transaktion an die Blockchain, wodurch Gebühren gespart und eine schnellere Abwicklung ermöglicht wird.

Heute betrachten wir einige der prominentesten Bitcoin‑Skalierungslösungen, also legen wir los!

Lightning Network (LN) 

Eine der beliebtesten Bitcoin‑Skalierungslösungen, das Lightning Network, wurde ursprünglich in einem Whitepaper von Joseph Poon und Tadge Dryja im Jahr 2015 konzipiert. Sein Testnet wurde im Mai 2016 veröffentlicht, und seine erste Implementierung erschien im Januar 2017, wobei die erste reale Transaktion über einen Lightning‑Network‑Kanal erst Ende 2017 stattfand.

LN ist darauf ausgelegt, Bitcoin‑Transaktionen so schnell und günstig wie möglich zu machen, indem es eine „Layer 2“-Blockchain einführt. Es nutzt Smart Contracts, um Off‑Blockchain‑Zahlungskanäle zwischen Nutzerpaaren zu etablieren, und sobald diese eingerichtet sind, können Gelder nahezu sofort zwischen ihnen transferiert werden.

Um einen Zahlungskanal zu erstellen, muss der Zahler eine bestimmte Menge BTC im Netzwerk sperren. Nutzer können ihre Zahlungskanäle jederzeit schließen und ihre endgültigen Salden auf der Bitcoin‑Blockchain abrechnen.

Der L2 zeichnet nur das Öffnen und Schließen von Zahlungskanälen auf der Bitcoin‑Blockchain auf, wodurch er schneller agieren und mehr Privatsphäre bieten kann.

Auf diese Weise bietet die „führende technologische Entwicklung bei mehrparteiigen Finanzberechnungen mit Bitcoin“ der nativen Blockchain Vorteile in Bezug auf Geschwindigkeit, Skalierbarkeit, Mikrozahlungssupport und niedrigen Energieverbrauch. Allerdings hat LN auch Nachteile, insbesondere das Gegenparteirisiko bei Transaktionen und das Fehlen funktionaler Skalierbarkeit.

Laut Daten von 1ML sind derzeit über 4.670 BTC im LN gesperrt und 69.000 Kanäle in Nutzung.

Im Laufe der Zeit hat das Lightning Network an Popularität gewonnen und ist heute ein Ökosystem aus Produkten, Projekten und Lösungen, das sich über verschiedene Bereiche erstreckt – von Gaming, Wallets und Zahlungen bis hin zu Node‑Management, Infrastruktur und Belohnungen. Beispielsweise unterstützt Pool das Liquiditätsmanagement von LN, und Taro ermöglicht das Prägen von Assets auf LN.

Kürzlich hat Binance die erfolgreiche Integration von Bitcoin auf dem LN angekündigt und damit eine skalierbarere Lösung für BTC‑Ein- und Auszahlungen versprochen, zusammen mit Unternehmen wie Kraken, OKX, Bitfinex und River Financial, die diese Skalierungslösung bereits übernommen haben.

Lightning Labs, eines der Unternehmen, die am Lightning Network arbeiten, veröffentlichte 2020 mehrere Funktionen, darunter Keysend und Wumbo Channel, wobei Letzteres die Transaktionsgröße, die über das LN durchgeführt werden kann, erhöhte.

Als Künstliche Intelligenz (KI) dieses Jahr die Welt im Sturm eroberte, kündigte Lightning Labs ein neues Set an Entwickler‑Tools an, das Bitcoin mit KI‑Anwendungen und großen Sprachmodellen (LLMs) wie ChatGPT integrieren kann, sodass diese Bitcoin‑Zahlungen on‑chain und auf dem LN senden, empfangen und halten können.

Liquid Network 

Von Blockstream im Jahr 2018 eingeführt, ist das Liquid Network ein weiteres Layer‑2‑Sidechain, das die Funktionalität und Leistung von Bitcoin verbessert. Es ist darauf ausgelegt, schnelle, sichere und private Emission, Übertragung und den Austausch von Stablecoins, Security‑Tokens und Krypto‑Assets auf der Bitcoin‑Blockchain zu ermöglichen.

Diese schichtbasierte Lösung entwickelt Technologien und Anwendungen auf Bitcoin. Sie operiert unabhängig vom größten Netzwerk über die Liquid Federation, eine Gruppe kryptonativer Organisationen, die neue Blöcke bestätigen sowie die in der Multi‑Signature‑Wallet des Netzwerks gehaltenen Bitcoin‑Mittel sichern und verwalten. Die Mitglieder der Federation wählen zudem Vorstandsvertreter, die Entscheidungen über den Plattformbetrieb und die Wartung treffen.

Als Sidechain ermöglicht Liquid den Nutzern, BTC über eine Zwei‑Wege‑Brücke zur Haupt‑Chain zu transferieren. Dabei werden die Assets 1:1 an den Wert des zugrunde liegenden nativen Assets gekoppelt, sodass jeder seine Token auf einer anderen Blockchain verwenden kann. Das Liquid‑Netzwerk gibt ein eigenes natives Asset heraus, eine „gewrappt“ Version von BTC, genannt Liquid Bitcoin (L‑BTC), die stets durch die gleiche Menge gesperrter BTC seitens der Liquid‑Governance erzeugt und verbrannt wird.

Um zu beginnen, müssen Nutzer einen „Peg‑In“ initiieren, ein Vorgang, der abgeschlossen wird, indem BTC an eine von der Liquid Federation verwaltete Bitcoin‑Adresse gesendet werden; im Gegenzug wird eine entsprechende Menge L‑BTC ausgegeben, die im Liquid‑Ökosystem verwendet werden kann. L‑BTC kann zudem über zentrale Börsen (CEXs), OTCs und Swap‑Plattformen erworben werden.

Um L‑BTC zurück zu BTC im Bitcoin‑Netzwerk zu tauschen, muss der Nutzer einen „Peg‑Out“ starten, bei dem L‑BTC an eine Burn‑Adresse gesendet wird, um dauerhaft aus dem Liquid‑Netzwerk entfernt zu werden; danach sendet die Liquid Federation die entsprechende Menge BTC zurück an den Nutzer.

Mit einer Blockzeit von nur 60 Sekunden und einer Finalität von zwei Blöcken kann das Liquid Network im Vergleich zu Bitcoin einen deutlich höheren Transaktionsdurchsatz bieten. Das Signieren von Blöcken erhöht nicht nur die Transaktionsgeschwindigkeit, sondern Nutzer müssen auch nicht extra zahlen, um Transaktionen schnell zu verarbeiten. Darüber hinaus sind bei Liquid‑Transaktionen Art und Menge der Token im öffentlichen Ledger verborgen, was ihnen native Vertraulichkeit verleiht.

Mit dem Liquid‑Swap‑Tool kann man beliebige zwei Liquid‑Assets (wie L‑BTC und L‑USDT) tauschen. Es unterstützt zudem atomare Swaps, die Peer‑to‑Peer‑Austausch zwischen Bitcoin und Liquid ohne vertrauenswürdigen Vermittler ermöglichen.

Allerdings ermöglicht dieses Netzwerk nicht nur vertrauenslose Swaps über nicht‑custodiale Orderbücher, sondern auch die Emission von Security‑Tokens und anderen digitalen Assets, was auf der Bitcoin‑Mainchain aufgrund ihrer begrenzten Programmierbarkeit nicht möglich ist. Diese neuen Tokens können verschiedene digitale Assets repräsentieren, darunter Stablecoins, Utility‑Tokens, NFTs und Wertpapiere.

Doch natürlich hat das Liquid Network auch Bedenken, etwa dass 15 Funktionäre von wenigen Parteien kontrolliert werden, was zu Problemen wie Single‑Points‑of‑Failure, Zensur und böswilligen Angriffen führen kann.

Stacks (STX) 

Diese Layer‑2‑Blockchain könnte 2023 an Zugkraft gewonnen haben, doch ihre Grundlagen wurden bereits 2013 von Muneeb Ali und Ryan Shea gelegt, als sie noch als Blockstack bekannt war. Das Testnet von Stacks wurde jedoch erst im Bärenmarkt 2018 gestartet, während das Mainnet einige Monate später im Oktober 2018 live ging.

Mit einem bedeutenden Update des Netzwerks im Januar 2020 verband das Stacks 2.0‑Mainnet die Plattform nativ mit Bitcoin und verankerte sie, wodurch eine neue Ära der Innovation für den Aufbau auf dem größten Blockchain‑Netzwerk eingeleitet wurde.

Das Unternehmen sammelte 2017 in dem ersten von der Securities and Exchange Commission (SEC) qualifizierten Token‑Sale 21,2 Millionen Dollar. Sein nativer Token, STX, wird verwendet, um Transaktionen auf der Stacks‑Blockchain zu bezahlen und um Stacks‑Smart‑Contracts zu betreiben.

Stacks verwendet einen neuartigen Konsensmechanismus namens Proof‑of‑Transfer (PoX), bei dem Miner BTC an andere Netzwerkteilnehmer senden müssen. Das Stacks‑Protokoll wählt dann zufällig einen Sieger‑Miner aus und belohnt ihn mit STX sowie Gebühren. Zusätzlich nutzt das Netzwerk ein Belohnungssystem namens „Stacking“, bei dem BTC an Nutzer verteilt wird, die das Netzwerk unterstützen und STX‑Tokens für einen bestimmten Zeitraum sperren.

PoX läuft parallel zum Proof‑of‑Work (PoW) Konsens von Bitcoin und nutzt diesen als Abwicklungsebene. Das bedeutet, dass Stacks‑Transaktionen gebündelt und anschließend zur Verifizierung und Validierung im Hauptnetzwerk gesendet werden.

Diese Fähigkeit, die Sicherheit der Bitcoin‑Blockchain für die Abwicklung von Transaktionen zu nutzen, kann beim Aufbau des Bitcoin‑DeFi‑Ökosystems auf Stacks helfen, das zum Ziel hat, sBTC‑Tokens als Grundlage für ein sichereres Web3 zu etablieren.

sBTC ist ein „vertrauensminimierter“ bidirektionaler Bitcoin‑Peg, der Bitcoin‑Kapitalzuflüsse zu Verträgen in Stacks‑Layern ermöglicht und gleichzeitig Smart Contracts erlaubt, programmgesteuert zurück auf Bitcoin L1 zu schreiben. Die Aktivierung von Stacks 2.1 im März hat offiziell den Weg für die kommenden Nakamoto‑ und sBTC‑Veröffentlichungen geebnet.

Für Smart Contracts nutzt Stacks seine eigens entwickelte Programmiersprache namens „Clarity“, die für Vorhersagbarkeit und Sicherheit optimiert ist. Diese Sprache kann den Bitcoin‑Zustand auslesen und hilft mit ihrer Vorschaufunktion, Bugs zu mindern, indem Entwickler Code testen können, bevor ein Smart Contract ausgeführt wird. Im 2. Quartal 2023 haben seine Smart Contracts die Marke von 60.000 überschritten.

Die Stacks‑Community wächst rasant, wobei mehrere DeFi‑, NFT‑, DAO‑, Gaming‑ und andere dApp‑Typen auf der Plattform entstehen. Für die Entwicklung von Apps bietet Stacks Gaia zum Speichern und Abrufen von Daten, die Möglichkeit, sich mit separaten Identitäten zu registrieren und anzumelden, sowie für Nutzer, Transaktionen zu signieren und anzuzeigen. Diese Funktionen ermöglichen es Entwicklern, leistungsstarke und funktionsreiche Benutzererlebnisse zu schaffen.

Insgesamt ist die Skalierbarkeit von Bitcoin ein fortlaufendes Projekt, wobei L2‑Lösungen sich noch in den frühen Entwicklungs‑ und Adoptionsphasen befinden. Wenn diese Lösungen an Zugkraft gewinnen, würden sie mehr Aufmerksamkeit und Wert für das Kernnetzwerk schaffen, was wiederum zu einer erhöhten Nutzung und Popularität der L2s führt und einen positiven Rückkopplungseffekt erzeugt.

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