Die Ethereum-Blockchain ist mit Abstand die erfolgreichste Smart Contract Plattform. Jeden Tag werden Millionen von Transaktionen auf dem ETH-Netzwerk in verschiedenen Anwendungen und Wallets getätigt. Das führt die zweitgrößte Kryptowährung schon seit Jahren an ihre Belastungsgrenzen. Sogenannte Layer2-Skalierungslösungen wie Arbitrum sollen das Problem der limitierten Skalierbarkeit lösen.

Decentralized Finance (DeFi) ist eines der spannendsten Themen im Krypto-Bereich. Immer mehr Anwendungen entstehen und beweisen, welche revolutionären Möglichkeiten dezentrale Zahlungs- und Smart Contract-Plattformen mit sich bringen können. Egal ob dezentraler Handel oder dezentrales Kreditgeschäft, in DeFi gibt es kaum Grenzen.

Außerdem steigt das Interesse an Non-Fungible-Tokens (NFTs) stetig an, was ebenfalls zu der Skalierungsproblematik auf der Main-Chain von Ethereum beiträgt.

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Immer mehr Investoren steigen in den neuen Businesszweig ein und lassen oft ihr Geld für sich in verschiedenen DeFi Anwendungen arbeiten oder experimentieren mit NFTs. Das führt unweigerlich zu einer enormen Nachfrage nach Transaktionen auf dem Netzwerk, dem es nicht mehr Herr wird.

Selbst nach dem Upgrade auf Ethereum 2.0 benötigt das Netzwerk zur besseren Skalierbarkeit noch Layer2-Skalierungslösungen.

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Doch was genau steckt hinter Arbitrum? Welche Vorteile und Risiken bringen Layer2-Lösungen mit? Welche Ansätze gibt es und wie unterscheiden sich diese? Genau diesen Fragen wollen wir in diesem Artikel auf den Grund gehen.

Was ist Arbitrum?

Bei Arbitrum handelt es sich um eine Open-Source Layer2-Skalierungslösung auf Ethereum von dem Unternehmen Offchain Labs. Es ist sozusagen eine übergeordnete Ebene, auf der Transaktionen ausgelagert werden, um das Hauptnetzwerk zu entlasten.

Das führt unweigerlich dazu, dass auf dem Layer-2 Transaktionen viel schneller und günstiger ablaufen. Zudem lässt sich die allgemeine Skalierbarkeit lösen, um noch mehr Menschen den Zugang zu der dezentralen Finanzstruktur zu bieten.

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Um die Transaktionen pro Sekunde im Ethereum-Netzwerk zu erhöhen, entstehen diverse Layer-2-Skalierunglösungen. Denn aktuell befindet sich die Auslastung des Netzwerks und damit verbundene Transaktionsgebühren an der Grenze des Möglichen. Genau diese Grenze will Arbitrum nachhaltig aufbrechen.

Dazu wird Arbitrum die sogenannten Arbitrum Rollups nutzen. Eine Form der Layer2-Skalierung, die aktuell am vielversprechendsten ist und auch von Vitalik Buterin und der Ethereum Foundation unterstützt wird. Doch Rollups sind bei Weitem nicht die einzigen Layer 2 Lösungen für das Ethereum-Netzwerk. Mittlerweile gibt es viele verschiedene Ansätze, die alle ihre Vor- und Nachteile haben.

Zu den bekanntesten gehören unweigerlich State Channels, Sidechains und die bereits erwähnten Rollups.

Deswegen schauen wir uns nicht nur die Arbitrum Rollups an, sondern auch State Channels und Sidechains, die auf Arbitrum ebenfalls in Zukunft zur Verfügung stehen sollen.

Arbitrum Rollups

Bei Arbitrum Rollups handelt es sich aktuell um eine der besten Lösungen für Layer 2 auf Ethereum. In der Summe sind bei Arbitrum Rollups, die sogenannte Optimistic Rollups sind, viel mehr Vorteile als Nachteile vorzufinden. Denn eine perfekte Lösung, die alle Kriterien erfüllt und gleichzeitig die nötige Sicherheit bereitstellt, gibt es nicht. Jedes Netzwerk hat seine Tradeoffs.

Arbitrum Rollups haben im Gegensatz zu anderen Layer 2 Lösungen keinen eigenen Konsensmechanismus, sondern nutzen die Sicherheit von Ethereum. Darüber hinaus hat Arbitrum derzeit noch keine native Kryptowährung. Allerdings gilt es als gesetzt, dass diese in Kürze an frühe Nutzer des Netzwerks via Airdrop ausgegeben wird. Diese Praktik wurde schließlich auch von Optimism (OP) und vielen weiteren Netzwerken ausgeübt.

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Rollups machen es möglich, Transaktionen Off-Chain zu aggregieren und sie innerhalb eines Ethereum Smart Contracts zu beschreiben. Somit landen alle Vorgänge im Layer 2 gebündelt auch auf dem Hauptnetz von ETH und können dort validiert werden. Off-Chain-Transaktionen und Smart Contract-Interaktionen werden also komprimiert in die Blöcke im Mainnet geschrieben. 

Darüber hinaus steigern Rollups die Anonymität der Teilnehmer im Vergleich zu klassischen Transaktionen.

Ein weiterer Vorteil von Arbitrum Rollups ist die Arbitrum Virtual Machine (VM), die Smart Contracts von Ethereum direkt migrieren kann.

Somit können auch komplexe Smart Contracts mit dem Arbitrum Compiler direkt umgesetzt werden. Das liegt an der Kompabilität mit Solidity, auf die die Entwickler großen Wert gelegt haben.

Das ist auch einer der Gründe warum bereits Sushiswap (SUSHI) und Uniswap (UNI) ihr Interesse an Arbitrum bekundet haben und voraussichtlich Ende dieser Woche auf dem neuen Layer 2 Netzwerk starten. Das wird das aktuelle Problem der langsamen und teuren Transaktionen für Händler und Liquiditätsanbieter nachhaltig lösen und die Adoption für dezentrale Börsen weiter steigern.

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Arbitrum Sidechains und State Channels

Wie bereits angesprochen, gibt es auch andere Layer 2 Lösungen, die aktuell zum Einsatz kommen, um das Problem der Skalierbarkeit auf Ethereum nachhaltig zu lösen. Neben den Arbitrum Rollups, sind vor allem Sidechains die gängigste Form der Layer 2 Netzwerke. Oft auch in Form von Plasma Chains, wie bei Polygon.

Doch auch State Channels sind für bestimmte Usecases interessant und werden sicherlich in Zukunft einen Platz bei der Skalierung verschiedener Netzwerke bekommen. Das größte Netzwerk, das auf dieser Basis bereits seit Jahren läuft, ist das Lightning Netzwerk für Bitcoin und Litecoin.

Sidechains

Was sind Sidechains bei einer Blockchain? | Bitcoin2Go
In diesem Artikel erfährst du die Grundlagen zum Thema Sidechain bei einer Blockchain. Wir zeigen Dir die Funktionsweise sowie die Vorteile von Sidechains.

Eine Sidechain ist eine separate Blockchain, die zum Beispiel parallel zu Ethereum läuft aber, damit eine gewisse Verbindung aufweist. Jede Sidechain hat seine eigenen Konsensmechanismen, die mit ETH kompatibel sind. Dazu zählen Netzwerke wie xDai und Polygon.

Sidechains basieren also hauptsächlich auf der eigenen Sicherheit des Netzwerks, oft in Form von einem Proof-of-Stake Konsensalgorithmus. Teilnehmer staken eine bestimmte Anzahl der nativen Coins und sichert damit das Netzwerk ab. Die Regeln können also auf der Sidechain ganz andere sein als auf dem Hauptnetzwerk.

Zudem sind Sidechains meistens mit Solidity kompatibel und können bereits gängige Smart Contracts aus dem Ethereum-Netzwerk kompilieren und auf dem eigenen Netzwerk nutzen. Das macht den Übergang für bereits bestehende Projekte umso einfacher. In Zukunft will auch Arbitrum mit einer Sidechain die Palette an Möglichkeiten, um Ethereum zu skalieren, erweitern.

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Die Gefahr bei einer Sidechain ist der Sicherheitsaspekt. 

Zwar kommuniziert die Sidechain mit der Mainchain miteinander, aber die Sicherheit ist nicht mit der Sicherheit der Mainchain von Ethereum zu vergleichen. Investoren sollten diesen Umstand immer im Hinterkopf behalten, denn bei vielen Projekten handelt es sich immer noch um sehr junge Experimente, die gravierende Fehler aufweisen können.

State Channels

Wie bereits erwähnt, lässt sich bereits heute ein gängiges Beispiel für State Channels finden: Das Lightning Netzwerk mit seinen Payment Channels.

Das ist aktuell wohl eine der bekanntesten Formen der Layer2-Skalierung auf dem Bitcoin Netzwerk. Doch auch für Ethereum scheint es Möglichkeiten zu geben, die Vorteile von State Channels zu nutzen. Deswegen platziert sich Arbitrum ebenfalls in diesem Feld und will in Zukunft State Channels als Layer 2 Lösung für Ethereum ebenfalls integrieren.

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Bei State Channels werden meistens sogenannte Payment Channels zwischen zwei Teilnehmern erstellt. Diese Teilnehmer können sich Transaktionen kostengünstig hin und her senden und das in Sekundenschnelle. Dafür muss jeder Teilnehmer eine Sicherheit hinterlegen, die die Transaktionen im Payment Channel jederzeit decken kann.

Erst nachdem ein Payment Channel geschlossen wurde, werden Informationen an das Hauptnetzwerk geschickt und validiert. Alles was zwischen Öffnung und Schließung eines Channels passiert, bleibt auf dem Layer 2 und ist in der Regel ziemlich anonym.

Wenn sich mehrere State Channels zusammenschließen, entsteht ein Netzwerk, dass die Möglichkeit bietet über mehrere Knoten hinaus Transaktionen durchzuführen. Dennoch sind State Channels immer noch in der frühen Entwicklung und können komplexe Smart Contracts nicht vernünftig verarbeiten. Daher lohnen sich solche Lösungen nur für bestimmte Bereiche.

Vor- und Nachteile von Arbitrum und Layer 2

Arbitrum ist aktuell einer der Hoffnungsträger für Ethereum. Nachdem die Nachfrage nach DeFi und NFTs im Ethereum-Netzwerk rapide zugenommen hat, sind die Transaktionsgebühren explodiert. Das liegt an der limitierten Anzahl an Blöcken und Transaktionen pro Block. Wer mehr bietet, kommt auch in den nächsten Block. Das hat dazu geführt, dass im letzten Peak eine Uniswap Transaktion teils über 1.000 USD gekostet hat.

Deswegen sind bereits vor Monaten alternative Netzwerke entstanden, um das Skalierungsproblem von Ethereum zu lösen.

Vor allem ist hier Polygon zu nennen, die aktuell einen unglaublichen Hype erleben und immer mehr Kapital an sich ziehen. Das liegt vor allem an den vielen großen DeFi- und NFT-Anwendungen, die ebenfalls das Polygon Netzwerk nutzen.
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Doch an dieser Stelle entstehen auch Nachteile, sogenannte Tradeoffs.

Eine bessere Skalierbarkeit hat unweigerlich Auswirkungen auf die Sicherheit und Dezentralisierung. Auch Polygon kann nicht die Sicherheit bieten, die Ethereum auf seinem Hauptnetzwerk bereitstellt. Das System wird automatisch anfälliger für verschiedene Angriffsvektoren.

Hinzu kommt der Wechsel von einem Netzwerk auf das andere, was teilweise lange dauern kann und umständlich sein kann. Nutzer, die Polygon nutzen, müssen aktuell oft mit langen Wartezeiten rechnen, wenn sie zurück auf das Ethereum-Netzwerk wechseln wollen. Das liegt an verschiedenen Verifizierungsschritten, die vorher stattfinden müssen.

Die Vorteile liegen aber eindeutig auf der Hand. Schnelle und kostengünstige Transaktionen, die die Adoption zusätzlich beflügeln können und dem Nutzer viel mehr Flexibilität zur Verfügung stellen. Darüber hinaus ist das Onboarding bei Sidechains wie Polygon ziemlich simpel, was einen enormen Vorteil darstellt.

Arbitrum Layer 2

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Arbitrum nimmt im aktuellen Stadium Abstand von Sidechains und wird erstmal nur mit Rollups an den Start gehen. Zwar sind Sidechains in Zukunft auch bei Arbitrum geplant aber aktuell fokussiert sich das Projekt auf die vielversprechendste Layer 2 Lösung.

Die Vorteile von Rollups sind vor allem der Übergang von Layer 1 auf Layer 2 und die gegebene Sicherheit, da alle Vorgänge im Layer 2 auch auf der Mainchain von Ethereum abgesichert werden. Dafür werden die Off-Chain-Transaktionen komprimiert und in einem Hash in einen ETH Block geschrieben.

Zudem müssen mit Arbitrum Rollups keine großen Veränderungen durchgeführt werden. Anwendungen können fast 1-zu-1 auf Arbitrum Rollups migrieren und ermöglichen somit einen schnellen Wechsel.
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Der Nachteil ist gleichzeitig auch der Vorteil von Arbitrum Rollups. 

Alle Informationen aus dem Layer 2 werden auf dem Hauptnetzwerk protokolliert. Das ist sozusagen der mögliche Flaschenhals für Layer 2, solange Ethereum noch so limitiert ist.

Arbitrum Fazit

Jeder, der in den letzten Monaten eine DeFi-Anwendungen genutzt hat, wird sich an die hohen Transaktionsgebühren auf dem Ethereum-Netzwerk erinnern. Dazu kommen noch teils lange Wartezeiten und mögliche Fehler, wenn die Transaktionen nicht schnell genug in den nächsten Block kommt.

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Dieser Umstand hat dazu geführt, dass akribisch nach Layer 2 Lösungen gesucht wurde, um die Probleme der unzureichenden Skalierbarkeit bei Ethereum nachhaltig zu lösen. Zudem kann Ethereum auch nach dem Wechsel auf Proof-of-Stake nicht auf Layer 2 Lösungen verzichten können.

Durch die gegebene Problematik sind viele verschiedene Netzwerke entstanden, die sich mittlerweile großer Beliebtheit erfreuen. Doch keines dieser Netzwerke bietet aktuell eine native Möglichkeit, um direkt auf dem Ethereum-Netzwerk zu skalieren. Meistens müssen die Nutzer die native Kryptowährung des jeweiligen Netzwerks erwerben, um überhaupt Transaktionen ausführen zu können.

Deswegen führt langfristig kein Weg daran vorbei, dass direkte Layer 2 Lösungen auf dem Ethereum-Netzwerk entstehen. Einer der heißesten Anwärter ist aktuell Arbitrum mit Rollups.

Die Open-Source Plattform bietet einen sicheren und unkomplizierten Übergang und stellt alle nötigen Tools bereit, um die gängigen DeFi Anwendungen direkt nutzen zu können.