Was sind Validiums?

Validiums sind Skalierungslösungen für Ethereum, die Transaktionen Off‑Chain verarbeiten und Zero‑Knowledge‑Proofs zur Überprüfung ihrer Korrektheit nutzen. Sie ermöglichen effizientes Transaktions-Processing, indem Operatoren Transaktionen bündeln und validieren, wodurch On‑Chain-Datenspeicherung und Gasgebühren reduziert werden. Trotz Vorteilen wie höherer Transaktionsgeschwindigkeit und besserer Privatsphäre bringen Validiums auch Herausforderungen mit sich, etwa Risiken bei der Datenverfügbarkeit und mögliche Zentralisierungsbedenken.

Grundlagen

In der Blockchain‑Technologie bleibt das Skalierungsproblem eine zentrale Herausforderung. Dieser Artikel untersucht Validiums, erklärt ihre Funktionsweise und ihr Potenzial, die Skalierbarkeit von Ethereum zu verbessern.

Was sind Validiums?

Validiums stellen einen Skalierungsmechanismus für Ethereum dar, der Off‑Chain‑Datenverfügbarkeit und -Rechenleistung nutzt, um die Effizienz der Transaktionsverarbeitung zu steigern. Im Gegensatz zu Zero‑Knowledge‑Rollups (zk‑Rollups), die bestimmte Daten On‑Chain behalten, speichern Validiums Transaktionen Off‑Chain und verwenden Zero‑Knowledge‑Proofs (ZKP) zur Validitätsprüfung.

Wie Validiums funktionieren

Validiums arbeiten, indem Transaktionen außerhalb des Ethereum‑Mainnets ausgeführt werden, während Ethereum‑Smart‑Contracts zur Prüfung ihrer Integrität eingesetzt werden. Im Folgenden betrachten wir entscheidende Aspekte des Validium‑Ablaufs.

Transaktionen

Im Validium‑Ökosystem initiieren Nutzer Transaktionen, indem sie diese an Operatoren weiterleiten, die für die Ausführung der Transaktionen innerhalb der Validium‑Kette verantwortlich sind. Diese Operatoren, entweder einzelne Entitäten oder Gruppen, die beispielsweise über einen Proof‑of‑Stake (PoS) Mechanismus ausgewählt werden, fassen Transaktionen zu Batches zusammen, die dann Off‑Chain verarbeitet werden. Mithilfe eines Beweisschaltkreises erstellen die Operatoren Proofs, die die Korrektheit der Ausführung nachweisen.

Zustands-Commitments

Man kann den Zustand eines Validiums wie einen großen Merkle‑Baum sehen, der alle Konten und Salden umfasst. Die Wurzel dieses Baumes, der sogenannte State Root, fungiert als eindeutiger Bezeichner, der den gesamten auf Ethereum gehaltenen Zustand repräsentiert. Während der Transaktionsverarbeitung aktualisieren die Operatoren den State Root, um die neuesten Salden und Kontostände widerzuspiegeln. Anschließend übermitteln sie diesen aktualisierten State Root zusammen mit dem Nachweis der korrekten Ausführung an das Ethereum‑Mainnet. Im Gegensatz zu zk‑Rollups müssen dabei nicht alle Transaktionsdaten auf Ethereum veröffentlicht werden; nach erfolgreicher Verifikation des Proofs wird der neue Zustand akzeptiert und das Validium entsprechend aktualisiert.

Ein‑ und Auszahlungen 

Zur Ermöglichung der Bewegung von Mitteln zwischen Ethereum und dem Validium können Nutzer ETH oder andere Token in einen bestimmten Vertrag auf Ethereum einzahlen. Dieser Vertrag leitet die Einzahlungsinformationen Off‑Chain an das Validium weiter und schreibt dem Nutzerkonto Off‑Chain den entsprechenden Betrag gut. Für Auszahlungen vom Validium zu Ethereum initiieren Nutzer Auszahlungsanfragen an die Operatoren. Diese Anfragen werden in Transaktionsbatches aufgenommen, auf Ethereum verifiziert, und nach Validierung des Batches können Nutzer ihre Gelder abrufen.

Validiums und EVM‑Kompatibilität

Optimiert für einfache Anwendungen

Validiums sind besonders effizient bei der Verarbeitung einfacher Transaktionen wie Token‑Swaps und Zahlungen. Ihre Fähigkeit, viele Transaktionen schnell zu verarbeiten, ohne das Ethereum‑Mainnet mit Datenspeicherung zu belasten, macht sie ideal für solche Anwendungsfälle.

Herausforderungen bei komplexen Smart Contracts

Smart Contracts sind Programme, die auf der Blockchain laufen und oft komplexe Operationen beinhalten. Validiums haben hier Schwierigkeiten, weil der Nachweis, dass komplexe Operationen korrekt ausgeführt wurden, mehr Rechenaufwand erfordert. Das erschwert es Validiums, das volle Spektrum an Funktionalitäten zu unterstützen, die Smart Contracts bieten können.

Mögliche Lösungen

Es wird daran gearbeitet, die Kompatibilität von Validiums mit EVM‑Smart‑Contract‑Funktionen zu verbessern. Ein Ansatz ist die Entwicklung angepasster Versionen von Programmiersprachen wie Solidity, die speziell für Validium‑Umgebungen optimiert sind. Dieser Weg kann jedoch Einschränkungen haben und möglicherweise einige Features der Standard‑Ethereum‑Entwicklungsumgebung beeinträchtigen.

Vorteile von Validiums

• Effizienzsteigerung: Validiums können bis zu 9.000 Transaktionen pro Sekunde (TPS) verarbeiten und entlasten das Ethereum‑Mainnet, was schnelle Transaktionsabwicklung für dezentrale Börsen (DEXes) und andere hochfrequente Anwendungen sicherstellt.
• Kosteneffizienz: Durch das Umgehen der On‑Chain‑Datenspeicherung reduzieren Validiums die Gasgebühren erheblich, was zu Kosteneinsparungen für Nutzer führt.
• Erhöhte Sicherheitsmaßnahmen: Indem sie Off‑Chain‑Datenlagerung nutzen, stärken Validiums die Transaktionsprivatsphäre und Sicherheit und verbessern die Skalierbarkeit, ohne die Datenintegrität zu gefährden.

Risiken und Bedenken bei Validiums

• Risiken bei Datenverfügbarkeit: Die Abhängigkeit von Off‑Chain‑Datenverfügbarkeit bringt inhärente Risiken mit sich; das Zurückhalten von Transaktionsdaten durch Operatoren oder Datenmanager könnte den Nachweis für Auszahlungen blockieren.
• Zentralisierungsgefahren: Die Notwendigkeit spezialisierter Hardware zur Erstellung von Validitätsbeweisen erhöht die Zentralisierungsrisiken. Die Konzentration von Ressourcen bei wenigen Akteuren kann die Dezentralisierung des Netzwerks untergraben.

Fazit

Validiums bieten Skalierungslösungen, die darauf abzielen, das Ethereum‑Netzwerk zu optimieren, indem sie Transaktionen Off‑Chain abwickeln und mit Zero‑Knowledge‑Proofs die Integrität der Transaktionen sichern. Dieser innovative Ansatz verringert die Beschränkungen durch On‑Chain‑Datenspeicherung, steigert den Durchsatz und trägt zur Lösung der Skalierungsprobleme von Blockchains bei.