Deep Dive Interoperabilität (Cross-Chain Brücken)

Im Zusammenhang mit der Blockchain bedeutet Interoperabilität die Fähigkeit der Blockchain, Informationen und digitale Vermögenswerte mit anderen (Blockchain- und Nicht-Blockchain-)Netzen auszutauschen. Interoperabilität ermöglicht es Blockchains, miteinander zu kommunizieren, auch wenn sie unterschiedlich konzipiert sind.

Ein weniger technisches Beispiel für Interoperabilität ist die E-Mail. Jeder kann eine elektronische Nachricht an jeden Anbieter von E-Mail-Adressen übermitteln, sei es Gmail, Yahoo, Proton oder Hotmail. Dieses Maß an Interoperabilität über Blockchains hinweg zu erreichen, ist eine größere Herausforderung. Tools wie Bridges, Sidechains und Orakel machen Blockchains heute jedoch einigermaßen interoperabel.

Dieser Leitfaden befasst sich hauptsächlich mit Blockchain-Brücken, ihrer Funktionsweise und ihren Anwendungsfällen.

Warum Blockchain Brücken?

Eine Blockchain-Bridge oder kettenübergreifende Brücke ist eine dezentrale Anwendung, die Blockchains miteinander verbindet und die Übertragung von Vermögenswerten von einem Blockchain-Netzwerk auf ein anderes ermöglicht. Sie soll die Interoperabilität von Blockchains herstellen, die von Natur aus nicht miteinander kommunizieren können, da sie mit einem eigenen Regelwerk konzipiert sind. Stellen Sie sich Blockchains als die 195 Länder der Welt vor, die sich in Sprache, Kultur und Regierungsführung unterscheiden. Ohne das Internet, transozeanische Schifffahrtswege oder Flugzeuge wäre die Welt nicht so vernetzt wie heute. Auch die Weltwirtschaft, wie wir sie kennen, würde es nicht geben.

Quelle: DeCommas

In ähnlicher Weise verwenden Blockchains unterschiedliche Programmiersprachen, verschiedene Konsensmechanismen und einzigartige Wirtschaftsmodelle, was den Umfang der vernetzten Wirtschaftstätigkeit im Web3-Raum einschränkt. Daher sind Brücken und andere Interoperabilitätsinfrastrukturen erforderlich, damit Blockchains von der Vernetzung profitieren können. Ein vernetztes Web3-Ökosystem kann die Akzeptanz vorantreiben, die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Branchen erleichtern und die Entwicklung neuer und innovativer Produkte und Dienstleistungen fördern.

Wichtig ist, dass es heute zwar viele Blockchain-Interoperabilitätslösungen gibt, die meisten von ihnen aber immer noch ein Sicherheitsrisiko darstellen. Laut Chainalysis waren Angriffe auf Brücken für 69 % der gesamten im Jahr 2022 gestohlenen Gelder verantwortlich, wobei bei 13 separaten kettenübergreifenden Brücken-Hacks rund 2 Milliarden US-Dollar an Kryptowährung gestohlen wurden. Dies zeigt, dass noch viele Iterationen notwendig sind, um Brücken zu einem sicheren Ort zu machen, um Vermögenswerte von einer Kette zur anderen zu bewegen.

Quelle: Cointelegraph

Wie funktionieren Blockchain Brücken?

Blockchain-Bridges nutzen kettenübergreifende Nachrichtenprotokolle, um digitale Vermögenswerte über Blockchains hinweg zu übertragen. Sie steigern auch den Nutzen von Token, indem sie Liquidität zwischen Brücken ermöglichen.

Es gibt drei Haupttypen von Bridges, die nach den verschiedenen Arten der Übertragung von Vermögenswerten über Ketten hinweg kategorisiert werden.

Lock und Mint Blockchain Brücken

Diese Brücken sperren die Token eines Nutzers in einem Smart Contract auf der Quell-Blockchain. Eine gleiche Menge der gesperrten Token wird dann auf der Ziel-Blockchain in einer umhüllten Version gemint. Umgekehrt werden die umhüllten Token verbrannt und die ursprünglichen Token entsperrt, wenn die Token zurück auf die Ursprungskette übertragen werden.

Burn und Mint Blockchain Brücken

Burn und Mint Brücken brennen Token auf der Quell-Blockchain und prägen dann die gleichen Token auf der Ziel-Blockchain.

Lock und Unlock Blockchain Brücken

Diese Brücken setzen Liquiditätspools ein. Sie sperren die Token eines Nutzers auf der Ursprungskette und geben dann die gleichen Token aus einem Liquiditätspool auf der anderen Blockchain frei. Lock-and-Unlock-Bridges ziehen durch Umsatzbeteiligung und andere wirtschaftliche Anreize Liquidität auf den beiden Ketten an.

Warum gibt es verschiedene Arten von Brücken?

Einer der Gründe für die verschiedenen Arten von Brücken ist das, was sie verbinden. Das Web3-Ökosystem besteht aus Brücken, die Layer-1-Netzwerke (L1) mit anderen Layer-1-Netzwerken verbinden, Layer-1-Blockchains mit Layer-2-Protokollen (L2) verknüpfen und Layer-2-Netzwerke verbinden. Die Avalanche-Brücke verbindet zum Beispiel Ethereum und Avalanche, zwei L1-Blockchains, während die Polygon-Brücke Ethereum mit Polygon, einer L2-Skalierungslösung, verbindet. Das Hop-Protokoll überbrückt verschiedene Ethereum Layer-2-Netzwerke miteinander und verbindet sie mit Ethereum.

Darüber hinaus unterscheiden sich Blockchain-Brücken danach, ob sie vertrauenslos (bzw. vertrauensminimiert) oder vertrauenswürdig sind. Damit eine Zwei-Wege-Kommunikation zwischen Blockchains stattfinden kann, muss zunächst durch den Einsatz von „Mittelsmännern“, sogenannten Off-Chain-Akteuren, Vertrauen aufgebaut werden. Off-Chain-Akteure fungieren als Verifizierer, die eine nahtlose Kommunikation über Blockchains hinweg ermöglichen und Vertrauensgrenzen aufheben. Daher unterscheiden sich die Brücken je nach Art der verwendeten Off-Chain-Akteure.

Vertrauenswürdige Brücken verlassen sich auf vertrauenswürdige und zentralisierte Dritte, die den Nutzern helfen, Vermögenswerte von einer Blockchain auf eine andere zu übertragen. Diese vertrauenswürdigen Parteien halten auch die Gelder der Nutzer.

Quelle: LI.Fi

Im Gegensatz dazu ersetzen vertrauenslose Brücken die Rolle von Dritten durch intelligente Verträge und Algorithmen. Diese Brücken benötigen keine zentrale Behörde, um zu funktionieren. Außerdem erlauben sie den Nutzern, ihr eigenes Geld zu halten.

Quelle: LI.FI

Das Vertrauensmodell, das eine Brücke verwendet, ist äußerst wichtig. Wenn es nicht richtig implementiert ist, kann es die Gelder der Nutzer gefährden. Leider sind Bridge-Hacks im Web3-Bereich keine Seltenheit. Bis heute beläuft sich der Gesamtwert der von Bridges gestohlenen Gelder auf 2,66 Milliarden Dollar.

Quelle: DefiLlama

Bridges können sich auch durch zwei der drei Eigenschaften des Interoperabilitäts-Trilemmas unterscheiden, auf die sie sich konzentrieren. Diese Eigenschaften sind Erweiterbarkeit (sie kann in jeder Domäne verwendet werden), Generalisierbarkeit (sie kann beliebige domänenübergreifende Daten verarbeiten) und Vertrauenslosigkeit (sie ist so sicher wie die zugrunde liegende Blockchain). Leider ist es für Bridges schwierig, alle drei Eigenschaften zu erfüllen, so dass die Entwickler gezwungen sind, Bridges mit den beiden Eigenschaften ihrer Wahl zu bauen und auf die dritte zu verzichten.

Auch die Funktion einer Bridge unterscheidet sie von anderen Bridges. Zu den Kategorien von Bridges, die auf ihrer Funktion basieren, gehören daher Chain-to-Chain-Bridges, datenspezifische Bridges, Multichain-Bridges und Wrapped-Asset-Bridges (die nur nicht-native digitale Assets übertragen).

Blockchain Brücken und ihre Anwendungsfälle

Übertragung von Token über Ketten hinweg

Die häufigste Verwendung von Brücken ist die Übertragung von Token von einer Kette auf eine andere. Nutzer können dies tun, um von den niedrigen Transaktionskosten in einem L2-Netzwerk zu profitieren. Wenn zum Beispiel die Gasgebühren auf Ethereum hoch sind, können Nutzer ihre ETH zu einer Ethereum L2-Lösung verschieben, die billiger ist. Auf diese Weise können sie mit dApps interagieren, ohne hohe Gasgebühren zahlen zu müssen.

Kettenübergreifende Arbitrage

Bridges können den kettenübergreifenden Arbitragehandel unterstützen, indem sie Marktpreise abrufen und Aufträge über Blockchains hinweg ausführen. Solche Brücken können es Händlern ermöglichen, von Preisunterschieden bei Vermögenswerten zu profitieren, die auf DEXs gehandelt werden, die auf separaten Ketten aufgebaut sind.

Erwerb von nativen digitalen Assets

Wenn Nutzer nur ETH haben, aber BTC erwerben möchten, können sie ihre Ether verwenden, um WBTC zu kaufen, eine verpackte Version von Bitcoin auf Ethereum. Sie können dann eine Ethereum-Bitcoin-Brücke verwenden, um ihre WBTC in den nativen Kryptowährungswert BTC umzuwandeln.

Verwendung von NFTs als kettenübergreifende Identitäten

Bridges sind praktisch, wenn Nutzer NFTs als Identitäten auf Multichain-Metaversen nutzen wollen. In diesem Anwendungsfall würden Bridges das Eigentum an NFTs verifizieren, bevor sie für die Nutzung auf einer anderen Blockchain zur Verfügung gestellt werden.

Blockchain-Brücken in der Praxis

Jedes Jahr werden mehr und mehr Blockchain-Bridges eingeführt, da die Nachfrage nach Interoperabilität im Web3 steigt und jedes Projekt danach strebt, sicherere und effizientere Iterationen zu entwickeln.

Hier sind einige bemerkenswerte Protokolle, die die Blockchain-Bridge-Landschaft heute verändern:

Chainlink’s Cross-Chain Interoperability Protocol (CCIP)

Die CCIP von Chainlink ist eine sichere Infrastruktur, auf der andere Projekte aufbauen können, um Token zu übertragen und Nachrichten über Ketten hinweg zu senden. Es verwendet intelligente Verträge anstelle von Wrapping-Mechanismen, um Werte über Blockchains hinweg zu übertragen. Das Protokoll zielt darauf ab, hohe Sicherheit in die Blockchain-Interoperabilität zu bringen, indem es ein aktives Risikomanagement-Netzwerk (ARM) nutzt, das die Bridge-Aktivitäten ständig überwacht und auf potenzielle Fehler prüft. Neben Token- und Nachrichtentransfers ermöglicht CCIP verschiedene andere Anwendungsfälle wie kettenübergreifende Spiele, Kreditvergabe, Liquid Staking und Web3-Benutzernamen.

Chainlink hat CCIP im Juli 2023 im Mainnet eingeführt. Das Protokoll wird derzeit auf Ethereum, Arbitrum, Polygon, Optimism und Avalanche getestet.

LayerZero

LayerZero ist ein vertrauensloses Protokoll für die Übertragung von leichtgewichtigen Nachrichten zwischen Blockchains über nicht aktualisierbare und gaseffiziente Smart Contracts. Das Protokoll verwendet Relayers und Orakel, um Nachrichten über Ketten hinweg zu übertragen, ohne auf verpackte Vermögenswerte angewiesen zu sein. LayerZero zielt darauf ab, Entwickler in den Mittelpunkt zu stellen. Daher ist es einfach und schnell, darauf aufzubauen.

Am 25. Juni 2023 überschritt LayerZero die Zahl von 50 Millionen Nachrichten, drei Monate nachdem das Unternehmen in einer Finanzierungsrunde 120 Millionen Dollar aufgebracht hatte.

xCall/BTP

xCall ist eine Schnittstelle für die Erstellung von kettenübergreifenden dezentralen Anwendungen. Sie nutzt Smart Contracts für die kettenübergreifende Nachrichtenübermittlung. xCall versucht, die Blockchain-Interoperabilität einfach und effizient zu gestalten, indem es einen einzigen Standard für die gesamte kettenübergreifende Kommunikation nutzt. Derzeit wird das Blockchain Transmission Protocol (BTP) unterstützt, ein kettenübergreifendes Nachrichtenprotokoll, das Entwickler benötigen, um Anwendungen auf xCall zu entwickeln.

Zurzeit läuft die Vorregistrierung für das xCall-Testnetzprogramm. Das Programm wird am 31. Juli 2023 starten.

Synapse-Protokoll

Das Synapse-Protokoll ist ein kettenübergreifendes Protokoll, das EVM- und Nicht-EVM-Blockchains miteinander verbindet und eine effiziente Kommunikation zwischen ihnen ermöglicht. Sein Zweck ist es, Entwicklern ein Zuhause zu bieten, um kettenübergreifende Anwendungen über die kommende Synapse-Kette zu erstellen, die auf Optimistic-Rollups und einem einfach zu verwendenden SDK basiert. Synapse unterstützt Token-Transfer, NFTs und Smart-Contract-Aufrufe. Es verwendet ein Optimistic-Modell, um kettenübergreifende Aktivitäten zu sichern und zu erleichtern.

Synapse wird derzeit von DeFi Kingdom NFTs, Jewel und GMX verwendet, um ihre Anwendungen, NFTs und Token effizient über Ketten hinweg zu betreiben. Darüber hinaus hat das Protokoll seit Q3/2022 höhere Brückenzuflüsse in Layer-2s als Polygon, BSC und Avalanche verzeichnet. Die Transaktionsraten auf Synapse haben sich seit Anfang 2023 ebenfalls verdoppelt.

Multichain

Multichain, ehemals Anyswap, ist ein nicht-kustodiales Cross-Chain-Router-Protokoll, das es den Nutzern ermöglicht, native und nicht-native Token zwischen den Ketten zu tauschen. Außerdem können Nutzer Token von einer Blockchain auf eine andere übertragen, indem sie das Lock-and-Mint-Modell verwenden. Multichain strebt an, der primäre Router für Web3 zu sein. Interessanterweise wurde das Protokoll im Juli 2023 Opfer eines Angriffs, bei dem Gelder im Wert von fast 130 Millionen Dollar von zahlreichen Brücken abgezogen wurden.