Web3-Infrastruktur im Überblick: Fünf Kerntechnologien für die Zukunft der Blockchain verstehen

Mit dem Übergang von Blockchain von einer Nischenökonomie mit einer einzigen Kette zu einer skalierbaren Multi-Chain-Lösung treten weiterhin Probleme wie Überlastung traditioneller öffentlicher Blockchains, fehlende Privatsphäre, Dateninseln und hohe Entwicklungskosten zutage. Fünf grundlegende Technologien – Layered Scaling, Zero-Knowledge-Proofs, modulare Blockchains, Cross-Chain-Interoperabilität und dezentrale Speicherung – bilden gemeinsam die Kerninfrastruktur des modernen Web3, brechen die Leistungs- und Anwendungsgrenzen traditioneller Blockchains und treiben die Branche in eine neue Phase der Effizienz, Sicherheit, Privatsphäre und Offenheit.

Layered Scaling (Layer2) ist die zentrale Lösung für Ethereum und andere führende öffentliche Blockchains zur Bekämpfung von Überlastungen und hohen Transaktionsgebühren. Der Kern besteht darin, die Funktionen auf der Kette zu teilen und eine große Anzahl von Transaktionen auf ein zweites Netzwerk zu verlagern, wo sie ausgeführt und komprimiert werden, während das Ethereum-Hauptnetz nur für die endgültige Abrechnung und Datenverfügbarkeit verantwortlich ist. Derzeit gibt es zwei Hauptansätze für Rollups: Optimistic Rollup, das standardmäßig von legalen Transaktionen ausgeht und eine Sicherheitsgarantie durch eine 7-tägige Challenge-Periode bietet, hat ein reifes Ökosystem und hohe Kompatibilität; ZK-Rollup nutzt Zero-Knowledge-Proofs für mathematische Verifikation, wodurch Transaktionen sofort bestätigt werden und eine höhere Sicherheit bieten. Gleichzeitig wird die Datenverfügbarkeit (DA) zum Sicherheitskern von Layer2, da sie die Integrität und Überprüfbarkeit der Daten im zweiten Netzwerk bestimmt und entscheidend für die Sicherheit des Projekts ist.

Zero-Knowledge-Proofs (ZK) sind die grundlegende kryptographische Technologie für Privatsphäre und effiziente Verifikation im Web3. Ihr zentrales Merkmal ist, dass sie keine ursprünglichen Informationen preisgeben, während sie die Wahrheit eines Faktums beweisen. Heute hat sich ZK zu einem umfassenden Anwendungsbereich entwickelt: ZK-Rollup ermöglicht Layer2-Skalierung, ZK-EVM überwindet die Kompatibilitätsbarrieren im Ethereum-Ökosystem, und es gibt auch drei weitere Szenarien: ZK-Privatzahlungen, ZK-On-Chain-Identität und ZK-sichere Cross-Chain-Interaktionen, die anonyme Überweisungen, KYC ohne sensible Informationen und vertrauenslose Cross-Chain-Interaktionen ermöglichen. Im Vergleich zur OP-Skalierung hat sich die ZK-Technologie aufgrund ihrer Null-Vertrauens-Annahme und sofortigen Endgültigkeit als langfristiger, branchenweit anerkannter technischer Ansatz etabliert und hat bereits eine skalierbare kommerzielle Umsetzung erreicht.

Modulare Blockchains revolutionieren die traditionelle monolithische Blockchain-Architektur, indem sie die ursprünglich zusammenhängenden Schichten für Konsens, Ausführung, Abrechnung und Daten in unabhängige, steckbare Module aufteilen. Im Vergleich zu den Nachteilen monolithischer Blockchains, die schwer aufzurüsten, schwach in der Skalierung und teuer in der Entwicklung sind, ermöglicht die modulare Architektur eine flexible Kombination der einzelnen Module und durchbricht erheblich das Unmögliche Dreieck der Blockchain. Spezielle DA-Blockchains wie Celestia und Avail bieten kostengünstige Datenspeicherlösungen für verschiedene Layer2-Netzwerke und Anwendungsblockchains. Dieses „Baukasten“-Modell verkürzt die Entwicklungszeit für öffentliche Blockchains von über einem Jahr auf einige Wochen und senkt erheblich die Eintrittsbarrieren für die Entwicklung von Web3.

Im Zeitalter der Multi-Chain sind Cross-Chain-Protokolle und einheitliche Interoperabilität eine Notwendigkeit, um die isolierten Ketten zu verbinden. Die Hauptansätze der Branche lassen sich in drei Kategorien unterteilen: native Multi-Signatur-Brücken, leichte Client-Cross-Chain und ZK-Cross-Chain, wobei die meisten Diebstähle auf Vertrauenslücken in der zentralisierten Multi-Signatur der nativen Brücken zurückzuführen sind. Leichte Clients nutzen die Konsensvalidierung auf der Kette, während ZK-Cross-Chain auf kryptographischen Verifikationen basiert, um vertrauenslose sichere Interoperabilität zu erreichen. Gleichzeitig lösen universelle Nachrichtenprotokolle wie LayerZero und CCIP in Kombination mit einheitlichen Vermögensstandards wie xERC20 die Probleme der Fragmentierung und mangelnden Interoperabilität von Multi-Chain-Vermögenswerten und schaffen ein einheitliches Interaktionssystem für alle Ketten.

Dezentrale Web3-Speicherung hat die Datenbasis auf der Kette neu gestaltet, wobei die Hauptvertreter IPFS, Filecoin und Arweave sind, die sich grundlegend von zentralisierten Cloud-Speicherlösungen unterscheiden, die manipulierbar und leicht entfernt werden können. IPFS nutzt die Adressierung durch Inhalts-Hash, um das 404-Problem zu vermeiden, Filecoin bietet durch Mining-Anreize große kommerzielle Speicherkapazitäten, und Arweave bietet ein einmaliges Zahlungsmodell für permanente Archivierung. Diese Technologie wird derzeit in Szenarien wie der dauerhaften Speicherung von NFT-Metadaten, der dezentralen Speicherung von KI-Datensätzen und der Archivierung von On-Chain-Daten weit verbreitet eingesetzt. Das begleitende wirtschaftliche Modell des Speicher-Mining hat auch ein nachhaltiges, verteiltes Datenökosystem geschaffen.

Insgesamt ergänzen sich die fünf grundlegenden Technologien gegenseitig: Layered Scaling verbessert die Leistung, ZK-Technologie sichert die Privatsphäre, modulare Architektur senkt die Entwicklungskosten, Cross-Chain verbindet das gesamte Ökosystem, und dezentrale Speicherung festigt die Datenbasis, um Web3 von der Konzeptualisierung zur großflächigen kommerziellen Nutzung zu unterstützen.

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