Je bent verschillende cryptocurrencies aan het onderzoeken, en denkt een parel te zijn tegengekomen! Snel ga je naar een decentrale exchange (DEX) en verbindt je wallet om de transactie uit te kunnen voeren. Maar dan.. 150 euro transactiekosten betalen om een aantal tokens ter waarde van 100 euro te kopen?! Toch geloof je in een toekomstige waardestijging en besluit de aankoop door te zetten. Na zo’n 25 minuten kijk je op de block explorer en zie je dat de transactie nog steeds niet is verwerkt.
Is dit herkenbaar voor jou?
We hebben het hierboven natuurlijk over Ethereum. Deze blockchain staat bekend om zijn torenhoge transactiekosten, die soms tot enkele honderden euro’s kunnen stijgen. Je zult na het betalen van zulke hoge kosten nog steeds tientallen minuten moeten wachten totdat je transactie is verwerkt. Ontzettend vervelend.
Doordat steeds meer ontwikkelaars decentrale applicaties (dApps), DEX’s, NFT’s en tokens op Ethereum zijn gaan bouwen, steeg ook het aantal gebruikers. Het netwerk van Ethereum kon het aantal transacties niet meer aan, waardoor netwerkcongestie plaatsvindt. Resultaat? Torenhoge transactiekosten en langzame verwerkingstijden.
De upgrade naar Ethereum 2.0, welke in de loop van 2022 wordt verwacht, zou deze groeiproblemen moeten verhelpen. Het is echter nog maar de vraag of de upgrade een succes wordt, want daar weet nog niemand het antwoord op. Dat geldt ook voor wanneer de upgrade is afgerond. Ethereum heeft de upgrade ondertussen al jaren uitgesteld.
Gelukkig zijn er ook nog andere oplossingen voor dit probleem. Deze oplossingen heten ‘layer 2 scaling solutions’, en moeten de schaalbaarheid van Ethereum verbeteren door transacties op een eigen manier te verwerken. Dat gaat een stuk sneller en kost veel minder geld.
Wat zijn layer 2 scaling solutions?
Een layer 2 scaling solution is een oplossing voor het schaalbaarheidsprobleem van blockchains. De meeste layer 2 scaling solutions zijn gebouwd voor Ethereum, omdat gebruikers en ontwikkelaars van deze blockchain veel last hebben van de lage mate van schaalbaarheid.
Zo’n scaling solution wordt bovenop de layer 1 blockchain gebouwd. Dit betekent dat de blockchain zelf niet aangepast wordt. In plaats daarvan wordt extra software als protocol aan het ecosysteem toegevoegd. Deze software zorgt vervolgens voor het goedkoper en sneller kunnen verwerken van transacties. Iedere scaling solution ziet er anders uit, en daarom is er altijd een verschil tussen de werking van zulke scaling solutions. De bekendste soorten zijn zero-knowledge rollups en optimistic rollups.
Een layer 2 scaling solution maakt altijd gebruik van de veiligheid van de onderliggende main chain. Er zijn ook scaling solutions die een side chain opzetten (zoals Avalanche‘s subnets of Plasma), waarbinnen gebruik wordt gemaakt van een eigen netwerk, consensus mechanisme, etc. Dat is niet het geval bij een layer 2 scaling solution: zij gebruiken het netwerk, veiligheid en consensus van de onderliggende layer 1 blockchain.
Welke layer 2 solutions zijn er?
Iedereen zou een eigen layer 2 scaling solution voor Ethereum kunnen ontwikkelen. De blockchain is immers open source. Er zijn daarom al een hoop oplossingen ontwikkeld die de schaalbaarheid van Ethereum moeten verbeteren, waar Arbitrum, Optimism, MetisDAO en Immutable X volgens ons de belangrijkste vier zijn.
Arbitrum
Met Arbitrum kunnen ontwikkelaars smart contracts op Ethereum gebruiken tegen lage kosten en een snelle verwerkingstijd. Ontwikkelaars kunnen zelf een smart contract binnen Arbitrum maken. Hierdoor is Arbitrum in staat om zelf transactiekosten te bepalen voor de service die ze bieden (en deze liggen een stuk lager dan bij Ethereum).
Optimistic rollup
Arbitrum is geen chain; het maakt gebruik van het netwerk en de veiligheid van Ethereum. Dit maakt Arbitrum dus een layer 2 scaling solution, maar in het bijzonder een optimistic rollup. De Arbitrum rollup zorgt ervoor dat de data van het smart contract in kleinere stukken wordt verdeeld om het vervolgens te kunnen ‘oprollen’, met een cryptografische hash als resultaat.
Deze techniek zorgt ervoor dat minder computerkracht nodig is om transacties te verwerken, om zo een groter aantal transacties in dezelfde tijd te kunnen uitvoeren.
Transacties worden meteen als valide gezien
Wanneer een transactie wordt gemaakt, gaat het protocol er eigenlijk meteen vanuit dat de transactie valide is. Het protocol werpt dus een positieve blik op dit soort transacties, vandaar de naam ‘optimistic rollups’. Zodra de transactie op de main chain wordt geplaatst, kan iedere validator binnen een bepaalde tijd bezwaar maken tegen de validiteit, wanneer ze denken dat de transactie eigenlijk niet valide is. Hiervoor moet de validator een bepaald aantal tokens inzetten als onderpand.
Mocht de validator het fout hebben gezien, verliest hij de ingezette tokens. Op deze manier wil men voorkomen dat iedereen willekeurige transacties afkeurt. Wanneer de validator gelijk blijkt te hebben, ontvangen deze een beloning.
Bron: https://medium.com/offchainlabs/how-arbitrum-rollup-works-39788e1ed73f
Door transacties direct te valideren en op de main chain te plaatsen, is er veel minder tijd nodig om een applicatie of token te laten werken. Hierdoor kunnen gebruikers en ontwikkelaars veel sneller en eenvoudiger gebruik maken van dApps. Er zijn genoeg validators die achteraf controleren of een transactie valide is.
In bijna alle gevallen is de transactie daadwerkelijk valide, dus levert deze techniek vrijwel geen problemen op. Mocht blijken dat een transactie niet valide is, kan deze teruggedraaid worden binnen het vooraf bepaalde tijdsbestek. Wanneer deze periode voorbij is, is de transactie daadwerkelijk definitief opgenomen op de main chain.
Optimism
De naam van deze scaling solution verklapt het eigenlijk al een beetje: Optimism is een optimistic rollup voor de blockchain van Ethereum. Met dit protocol kunnen transacties die normaal op Ethereum worden gemaakt, een stuk sneller en goedkoper verwerkt worden. Optimism doet dit door de data op een andere blockchain te verwerken, waarna geavanceerde compressietechnieken de data verkleinen.
Optimism lijkt vrijwel identiek aan Arbitrum. Beide zijn een optimistic rollup, maar het verschil tussen deze twee oplossingen zit in hoe ze met frauduleuze transacties omgaan. Wanneer Optimism een frauduleuze transactie tegen komt, wordt deze in zijn geheel teruggestuurd naar de EVM. Arbitrum stuurt niet de complete transactie, maar alleen het verdachte gedeelte terug naar de EVM. Dit zorgt ervoor dat Arbtitrum een groter aantal transacties kan verwerken dan Optimism.
Bron: https://medium.com/token-terminal/eli5-what-is-optimism-f623730503df
Canonical Transaction Chain
Transacties worden ook hier opgedeeld in kleinere stukjes, waarna deze als het ware ‘opgerold’ worden tot één transactie. Met Optimism is de grootte van een groot aantal transacties gelijk aan één transactie die op de traditionele manier wordt verwerkt.
De opgerolde gegevens worden op de Canonical Transaction Chain bewaard. Dit is een smart contract binnen de blockchain van Ethereum. Dit betekent dat data de blockchain van Ethereum dus niet verlaat.
Gebruiksvriendelijk voor ontwikkelaars en gebruikers
Gebruikers en ontwikkelaars kunnen zelf direct gebruik maken van Optimism door middel van de Optimism token bridge. De software biedt ondersteuning voor de Ethereum Virtual Machine (EVM) en rekent gas fees op dezelfde manier als Ethereum dat doet. Als gebruiker kun je alle ERC20-tokens over Optimism verzenden. Dit maakt deze layer 2 scaling solution gebruiksvriendelijk voor zowel ontwikkelaars als gebruikers van tokens en dApps.
Lage transactiekosten
De transactiekosten die je voor Optimism betaalt zijn 143 keer lager dan de gas fees van Ethereum. Transacties worden in zo’n 0.3 seconden verwerkt. Volgens gegevens van Dune Analytics werd er in maart 2022 voor 740 miljoen Amerikaanse dollar aan assets met Optimism verwerkt. Dat is natuurlijk niet gek, gezien het grote verschil in transactiekosten. Steeds meer gebruikers en ontwikkelaars kiezen daarom voor oplossingen als Optimism, wat we ook terugzien in het aantal transacties dat dagelijks wordt uitgevoerd op Optimism.
Token en governance-model
In april 2022 heeft het team achter Optimism aangegeven een eigen token en governance-model (genaamd Optimism Collective) te lanceren. De token zou door middel van verschillende airdrops verspreid worden, waarbij iedereen (zowel nieuwe als ‘oude’ gebruikers) een even grote kans heeft op het ontvangen van deze tokens.
De Optimism token wordt niet zonder reden gelanceerd. Er zal namelijk ook een governance-model, ofwel DAO, in Optimism geïntegreerd worden. Dit moet tokenbezitters stemrecht geven waardoor ze kunnen meebeslissen over de koers die Optimism vaart.
MetisDAO
MetisDAO is een Decentralized Autonomous Organization (DAO). De mensen achter deze DAO willen een bijdrage leveren aan de overgang naar Web 3.0. Volgens hen wil een groot aantal bedrijven graag gebruik maken van de blockchaintechnologie, maar zorgen schaalbaarheidsproblemen ervoor dat veel applicaties binnen Web 2 actief blijven. Daarom besloten ze een layer 2 scaling solution te ontwikkelen, genaamd Metis Chain.
Hard fork uit Optimism
De Metis Chain is origineel gezien een hard fork die uit Optimism is ontstaan. Ondertussen is het protocol zo vaak aangepast, dat je niet meer ziet dat het om een origineel Optimism protocol gaat. Zo heeft het ook een eigen engine, genaamd Metis Virtual Machine (MVM).
Net als Optimism, is ook Metis een optimistic rollup. Het protocol maakt gebruik van het netwerk en de veiligheid van Ethereum, maar verwerkt transacties op een andere manier. Dit resulteert in snelle verwerkingstijden en lage transactiekosten. Metis draagt dus bij aan betere schaalbaarheid voor Ethereum.
Bron: whitepaper van Metis
Decentrale cloud
Het protocol kan verschillende assets verwerken. Denk aan NFT’s, DEX’s, yield farming, staking, tokens en allerlei andere applicatie die op Ethereum draaien. Maar ook is MetisDAO bezig met de ontwikkeling van een eigen decentrale cloud. Hiervoor maakt het gebruik van Interplanetary File System (IPFS), waardoor iedereen data op de blockchain kan bewaren zonder dat het wordt gecomprimeerd door middel van encryptie.
De transactiekosten liggen fors lager dan op de blockchain van Ethereum. Het team achter MetisDAO heeft aangegeven dat het slechts een paar cent kost om een transactie uit te voeren.
METIS-token
MetisDAO heeft een eigen METIS-token dat gebruikt kan worden als betaalmiddel en voor staking. Een node moet METIS inzetten wanneer ze bezwaar willen maken tegen een transactie die is gevalideerd. Wanneer dit niet waar blijkt te zijn, zal de stake afgepakt worden. Daarnaast worden nodes binnen het netwerk van Metis beloond met de METIS-token.
Immutable X
Waar MetisDAO zich voornamelijk focust op de schaling van decentrale organisaties, richt Immutable X zich op NFT’s. Vanaf 2020 is de NFT-markt ontploft. Vrijwel alle grote NFT-collecties draaien op de blockchain van Ethereum, waardoor veel gebruikers en ontwikkelaars van deze non-fungible tokens last ondervonden van de slechte schaalbaarheid. Het versturen en minten van NFT’s kon vervolgens een dure handel worden.
Immutable X is een zero-knowledge rollup en kan tot 9000 transacties per seconde verwerken. Ontwikkelaars hebben ook een speciale NFT-marktplaats op Immutable X opgezet waar dit type token gekocht en verkocht kan worden.
De marktplaats van Immutable X
Zero-knowledge rollup (ZK-Rollup)
James Ferguson, Robbie Ferguson en Alex Connolly kozen er in 2018 voor een zero-knowledge rollup te lanceren. Dit is een ander type rollup dan de eerder besproken optimistic rollups en wordt bijvoorbeeld gebruikt door Zcash.
Bij een ZK-Rollup worden honderden transacties gebundeld tot een zero-knowledge proof (zk-STARK proof). De zk-STARK proof is een methode waarbij de uitkomst geverifieerd kan worden zonder de inhoud in te hoeven zien. Het zorgt er niet alleen voor dat transacties ontzettend snel gevalideerd kunnen worden, maar garandeert ook privacy en veiligheid.
Een smart contract zorgt voor validatie van de gebundelde transacties. Omdat deze transacties dus niet op inhoud gecontroleerd hoeven te worden, kan zo’n smart contract tot wel 9000 transacties per seconde verwerken. Het zorgt ervoor dat eindgebruikers geen transactiekosten betalen.
Interoperabiliteit via REST APIs en SDKs
Ook andere blockchain applicaties en protocollen kunnen gebruik maken van de functies die Immutable X biedt. Er zijn namelijk REST APIs en SDKs (software development kits) ontwikkeld. Dit geeft ontwikkelaars van andere applicaties de mogelijkheid Immutable X te integreren binnen hun eigen software.
Immutable X is beter voor het milieu
Proof-of-Work, het algoritme waar Ethereum nog altijd gebruik van maakt, staat bekend om zijn hoge energieconsumptie. Dit betekent dat er veel energie nodig is voor het minten en versturen van NFT’s op Ethereum. Daar komt natuurlijk ook uitstoot bij kijken. Immutable X heeft een oplossing gevonden die ervoor zorgt dat er is tot 475,000 minder energie nodig is voor het minten en versturen van NFT’s. Naar eigen zeggen is Immutable X 100% klimaatneutraal wanneer het op Co2-uitstoot aankomt.
IMX-token
Immutable X heeft een eigen ERC20-token, genaamd IMX, dat utility en governance functies vervult. Gebruikers betalen hier niet alleen hun transactiekosten mee, maar kunnen IMX ook inzetten voor staking en het gebruiken als stemrecht. Zoals je in onderstaande tokenomics kunt zien, is slechts een klein deel (5%) uitgegeven voor de publieke verkoop.
Bron: Whitepaper Immutable X
Blik op de toekomst van Ethereum L2’s
Zolang Ethereum problemen met de schaalbaarheid blijft ondervinden, zullen we layer 2 scaling solutions als Arbitrum, Optimism, MetisDAO en Immutable X nodig hebben. De eerste drie oplossingen zijn optimistic rollups, wat betekent dat transacties direct als valide worden gezien. Hierdoor kunnen transacties vrijwel direct uitgevoerd worden. Validators kunnen achteraf binnen een bepaald tijdsbestek aangeven wanneer ze denken dat een transactie eigenlijk niet valide zou mogen zijn.
Mocht zo’n validator gelijk hebben, ontvangen ze een beloning. Er zijn daarom genoeg validators die achteraf controleren of transacties valide zijn. Mocht de bewering van de validator niet kloppen, ontvangen ze een straf. Hiermee voorkomen optimistic rollups het op grote schaal afkeuren van transacties.
Immutable X is een zero-knowledge rollup, waar honderden transacties gebundeld worden tot een zk-SNARK proof. Smart contracts kunnen deze proofs valideren zonder de inhoud ervan te hoeven nagaan. Dit waarborgt ook de privacy en veiligheid van gebruikers.
Zowel Arbitrum, Optimism, MetisDAO als Immutable X zijn populair en lijken op dit moment goed te werken. Volgens sommige mensen is het nog maar de vraag of layer 2 scaling solutions nodig zijn wanneer de upgrade naar Ethereum 2.0 is voltooid. Deze upgrade zou de schaalbaarheid van de Ethereum moeten verbeteren.
Toch zullen de hierboven genoemde scaling solutions altijd belangrijk blijven. De scaling solutions zijn zelf ook bedrijven die op de layer 1 blockchain draaien. Ethereum 2.0 levert in dat opzicht een dienst aan andere bedrijven (b2b). Op het moment dat dit soort scaling solutions meer gebruikers krijgen (wat de eindgebruikers zijn), zal ook het gebruik van de layer 1 blockchain toenemen.
