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Einführung in Optimism: Ethereum mit Optimistic Rollup skalieren

· 7 Minuten Lesezeit
Dora Noda
Dora Noda
Software Engineer

Optimism ist ein Optimistic Rollup-Protokoll, das eine Lösung zur Skalierung von Ethereum bietet, ohne dabei Sicherheit oder Dezentralisierung zu opfern. Das Protokoll erreicht dies, indem es die Rechen- und Speicherkapazität von Ethereum erhöht, während es maximal kompatibel mit der bestehenden Ethereum-Infrastruktur bleibt.

Einführung in Optimism: Ethereum mit Optimistic Rollup skalieren

Grundlagen​

Was ist Ethereum-Skalierbarkeit?​

Ethereum-Skalierbarkeit bezieht sich auf die Fähigkeit des Ethereum-Netzwerks, eine größere Anzahl nützlicher Transaktionen zu verarbeiten. Die derzeit begrenzten Ressourcen von Ethereum, insbesondere Bandbreite, Rechenleistung und Speicher, erschweren die Verarbeitung eines hohen Transaktionsvolumens. Rechenleistung und Speicher sind die größten Engpässe, die zu extrem hohen Gebühren führen. Um Ethereum zu skalieren und Gebühren zu senken, ist es notwendig, Bandbreite, Rechenleistung und Speicher besser zu nutzen.

Was ist ein Optimistic Rollup?​

Ein Optimistic Rollup ist eine Layer-2-Skalierungstechnik, die die Off-Chain-Ausführung von Transaktionen ermöglicht, während Sicherheit und Dezentralisierung erhalten bleiben. Transaktionsdaten werden On-Chain übermittelt, aber Off-Chain ausgeführt. Im Falle eines Fehlers bei der Off-Chain-Ausführung kann ein Fehlerbeweis (Fault Proof) On-Chain eingereicht werden, um den Fehler zu korrigieren und Benutzergelder zu schützen. Dieser Ansatz ähnelt dem Gang vor Gericht nur bei einem Streitfall und der On-Chain-Ausführung von Transaktionen nur bei einem Fehler.

Was ist EVM-Äquivalenz?​

EVM-Äquivalenz bezieht sich auf die vollständige Einhaltung der im Ethereum Yellow Paper beschriebenen Zustandsübergangsfunktion, die die formale Definition des Ethereum-Protokolls darstellt. Ein EVM-äquivalentes Rollup-Protokoll hält sich an den Ethereum-Standard über alle EVMs hinweg und stellt sicher, dass Smart-Contract-Entwickler Code einmal schreiben und überall bereitstellen können. Dies bedeutet, dass jeder für das Ethereum-Mainnet geschriebene Smart Contract mit geringfügigen oder gar keinen Änderungen auf einem EVM-äquivalenten Rollup-Protokoll bereitgestellt werden kann.

Optimism = EVM-äquivalent + Optimistic Rollup + Ethereum-Skalierung​

Optimism ist ein EVM-äquivalentes Optimistic Rollup-Protokoll, das entwickelt wurde, um Ethereum zu skalieren und gleichzeitig maximale Kompatibilität mit der bestehenden Ethereum-Infrastruktur zu gewährleisten.

Sicherheit​

Um Ethereum ohne Sicherheitseinbußen zu skalieren, bewahrt Optimism drei kritische Eigenschaften von Ethereum Layer 1: Lebendigkeit (Liveness), Verfügbarkeit (Availability) und Gültigkeit (Validity).

  1. Lebendigkeit (Liveness) – Jeder kann die Rollup-Kette jederzeit durch das Senden von Transaktionen erweitern.
    • Transaktionen können über den Sequencer oder direkt auf Layer 1 an die Rollup-Kette gesendet werden. Der Sequencer bietet Transaktionen mit geringer Latenz und niedrigen Kosten, während das direkte Senden von Transaktionen an Layer 1 Zensurresistenz bietet.
  2. Verfügbarkeit (Availability) – Jeder kann die Rollup-Kette herunterladen.
    • Alle Informationen, die zur Ableitung der Kette erforderlich sind, sind in Layer-1-Blöcken eingebettet. Solange die Layer-1-Kette verfügbar ist, ist es also auch der Rollup.
  3. Gültigkeit (Validity) – Alle Transaktionen werden korrekt ausgeführt und alle Abhebungen korrekt verarbeitet.
    • Der Rollup-Zustand und die Abhebungen werden in einem L1-Vertrag namens L2OutputOracle verwaltet, der garantiert, dass nur korrekte (d. h. gültige) Rollup-Block-Hashes finalisiert werden, vorausgesetzt, es gibt einen einzigen ehrlichen Prüfer (Honest Verifier). Wenn ein ungültiger Block-Hash auf Layer 1 behauptet wird, wird ein ehrlicher Prüfer dessen Ungültigkeit beweisen und eine Kaution (Bond) gewinnen.

Optimism erzwingt die Gültigkeit eines Rollups durch Fehlerbeweise (Fault Proofs). Gültigkeitsbeweise (Validity Proofs) können ebenfalls integriert werden, sobald sie praktikabel sind.

Netzwerk-Teilnehmer​

Es gibt drei Akteure in Optimism: Benutzer, Sequencer und Prüfer (Verifiers).

Optimism Netzwerk-Teilnehmer

Benutzer​

Im Mittelpunkt des Netzwerks stehen Benutzer, die beliebige Transaktionen auf L2 einzahlen oder abheben können, indem sie Daten an einen Vertrag im Ethereum-Mainnet senden. Sie können EVM-Smart Contracts auf Layer 2 nutzen, indem sie Transaktionen an die Sequencer senden und den Status der Transaktionen über Block-Explorer einsehen, die von den Netzwerk-Prüfern bereitgestellt werden.

Sequencer​

Der Sequencer ist der primäre Blockproduzent. Es kann einen Sequencer oder viele geben, die ein Konsensprotokoll verwenden. Für Version 1.0.0 gibt es nur einen Sequencer, der derzeit unter der Aufsicht der Optimism Foundation betrieben wird. Im Allgemeinen kann in Spezifikationen „der Sequencer“ als Platzhalter für das Konsensprotokoll verwendet werden, das von mehreren Sequencern betrieben wird.

Der Sequencer

  1. akzeptiert Off-Chain-Transaktionen von Benutzern,
  2. beobachtet On-Chain-Transaktionen (hauptsächlich Einzahlungsereignisse von L1),
  3. konsolidiert beide Arten von Transaktionen in L2-Blöcke mit einer spezifischen Reihenfolge und verbreitet konsolidierte L2-Blöcke an L1, indem er zwei Dinge als Calldata an L1 übermittelt:
    1. die in Schritt 1 akzeptierten ausstehenden Off-Chain-Transaktionen und
    2. ausreichende Informationen über die Reihenfolge der On-Chain-Transaktionen, um die Blöcke aus Schritt 3 erfolgreich, rein durch Beobachtung von L1, zu rekonstruieren.

Der Sequencer bietet auch bereits in Schritt 3 Zugriff auf Blockdaten, sodass Benutzer bei Bedarf den Echtzeit-Status vor der L1-Bestätigung abrufen können.

Prüfer (Verifiers)​

Prüfer (Verifiers) dienen zwei Zwecken:

  1. Bereitstellung von Rollup-Daten für Benutzer und
  2. Überprüfung der Rollup-Integrität und Anfechtung ungültiger Behauptungen.

Um die Netzwerksicherheit zu gewährleisten, muss es mindestens einen ehrlichen Prüfer geben, der die Integrität der Rollup-Kette überprüfen und Blockchain-Daten für Benutzer bereitstellen kann.

Wichtige Interaktionsdiagramme​

Die folgenden Diagramme zeigen, wie Protokollkomponenten bei wichtigen Benutzerinteraktionen genutzt werden, um Kontext für die detaillierte Betrachtung einer bestimmten Komponentenspezifikation zu liefern.

Einzahlen und Transaktionen senden​

Benutzer beginnen ihre L2-Reise oft mit der Einzahlung von ETH von L1. Sobald sie ETH zur Begleichung von Gebühren haben, beginnen sie, Transaktionen auf L2 zu senden. Das folgende Diagramm veranschaulicht diese Interaktion und alle wichtigen Optimism-Komponenten, die genutzt werden oder sollten:

Einzahlen und Transaktionen senden

Abheben​

Abhebungen werden durch normale Transaktionen auf L2 initiiert, aber nach Ablauf der Streitbeilegungsfrist (Dispute Period) mittels einer Transaktion auf L1 abgeschlossen.

Diagramm der Abhebung

Fazit​

Optimism ist ein Optimistic Rollup-Protokoll, das entwickelt wurde, um Ethereum zu skalieren und gleichzeitig maximale Kompatibilität mit der bestehenden Ethereum-Infrastruktur zu gewährleisten. Durch die Erhöhung der Rechen- und Speicherkapazität von Ethereum bietet es eine Lösung für die Verarbeitung einer größeren Anzahl nützlicher Transaktionen, ohne dabei Sicherheit oder Dezentralisierung zu opfern. Wenn Sie mehr über Optimism erfahren möchten, besuchen Sie bitte deren offizielle Spezifikationen. Mit seiner Einhaltung der Kernprinzipien von Ethereum und seiner Kompatibilität mit der bestehenden Infrastruktur ist Optimism bereit, ein wichtiger Akteur auf Ethereums Weg zu einem skalierbareren und effizienteren Netzwerk zu werden.

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