Ein neuer Ansatz für die Kommunikation zwischen Blockchains

Die Blockchain-Technologie hat an Popularität gewonnen, weil sie sichere und transparente Aufzeichnungen von Transaktionen bietet. Allerdings funktionieren die meisten bestehenden Blockchains isoliert, was ihre Fähigkeit einschränkt, miteinander zu kommunizieren. Das schafft Hürden für Nutzer und Entwickler, die mehrere Blockchains nutzen oder Daten zwischen ihnen übertragen wollen.

Um dieses Problem anzugehen, schlagen wir eine Lösung vor, die es verschiedenen Blockchains ermöglicht, effizienter zu kommunizieren, indem sie Orakel einsetzen, speziell eine Art von Orakel, das Informationen ausserhalb der Blockchain aggregieren kann. Dieses Papier zielt darauf ab zu erklären, wie dieses Orakelsystem funktioniert und welche potenziellen Vorteile es für die Kommunikation zwischen Blockchains bietet.

#Das Problem mit aktuellen Blockchains

Viele Blockchains haben eine geschlossene Struktur, was bedeutet, dass sie dazu neigen, unabhängig zu arbeiten, ohne die Möglichkeit, mit anderen zu interagieren. Dadurch sind Nutzer oft in einer Blockchain gefangen, was es schwierig macht, zu einer anderen zu wechseln oder Dienste von mehreren Chains zu nutzen. Dieses Problem ist bedeutend, weil es die Vielseitigkeit der Blockchain-Technologie einschränkt und zu einem Vendor Lock-in führen kann, bei dem Nutzer das Gefühl haben, ihre gewählte Plattform nicht verlassen zu können.

Die Kommunikation zwischen Blockchains ist aus mehreren Gründen notwendig. Sie ermöglicht den Datenaustausch zwischen verschiedenen Blockchains, unterstützt dezentrale Anwendungen, die Ressourcen von mehreren Blockchains nutzen können, und reduziert die Abhängigkeit von einzelnen Blockchain-Systemen.

#Die Rolle der Orakel

Orakel sind Dienste, die als Vermittler zwischen Blockchains und externen Datenquellen fungieren. Sie können Informationen von einer Blockchain abrufen und an eine andere übermitteln, wodurch Kommunikation und Datentransfer ermöglicht werden. Allerdings erfordern traditionelle Orakel-Lösungen oft komplexe Setups und können teuer in der Wartung sein.

Um diesen Prozess zu vereinfachen, schlagen wir ein Orakelsystem vor, das die Kommunikation zwischen Blockchains übernehmen kann, während es Kosten und Komplexität minimiert. Unsere Lösung nutzt eine neue Methode der Off-Chain-Datenaggregation mithilfe einer kryptografischen Technik, die als Zk-SNARKs bekannt ist und eine effiziente Datenverifizierung ohne Offenlegung sensibler Informationen ermöglicht.

#Wie das Orakel funktioniert

#Grundstruktur

Das vorgeschlagene Orakelsystem besteht aus zwei Hauptkomponenten:

1. On-Chain-Komponente: Ein Smart Contract, der auf der Ziel-Blockchain eingesetzt ist und die Operationen des Orakels verwaltet.
2. Off-Chain-Komponente: Eine Reihe von Orakel-Knoten, die Daten von der Quell-Blockchain abrufen und Aggregationsaufgaben durchführen.

#Dynamische Teilnahme

Wir erlauben es jedem Nutzer, ein Orakel-Knoten zu werden und am System teilzunehmen. Diese Flexibilität ermutigt mehr Nutzer, dem Orakel-Netzwerk beizutreten, was seine Effektivität und Zuverlässigkeit steigern kann. Jeder Orakel-Knoten muss sich bei der On-Chain-Komponente registrieren, indem er einen öffentlichen Schlüssel und einen Stake in der nativen Währung der Blockchain bereitstellt. Diese Anforderung sichert nicht nur das System, sondern sorgt auch dafür, dass die Teilnehmer ein Interesse daran haben, ehrlich zu handeln.

#Aggregationsmechanismus

Wenn ein Nutzer Daten von einer Quell-Blockchain anfordert, arbeiten die Orakel-Knoten zusammen, um diese Informationen abzurufen. Der Prozess folgt diesen Schritten:

1. Datenabruf: Jeder Orakel-Knoten fragt die Quell-Blockchain ab und gibt eine Stimme zu den abgerufenen Daten zurück.
2. Stimmenverifizierung: Ein Aggregator-Knoten sammelt die Stimmen von den anderen Orakel-Knoten, um die Mehrheitsantwort zu bestimmen.
3. Beweis-Generierung: Der Aggregator erzeugt einen zk-SNARK-Beweis, der die Richtigkeit der Mehrheitsantwort bestätigt, und übermittelt ihn an den Smart Contract auf der Ziel-Blockchain.

Dieser Off-Chain-Aggregationsmechanismus minimiert On-Chain-Interaktionen, reduziert Kosten und verbessert die Leistung.

#Sicherheit und Zuverlässigkeit

#Sicherstellen genauer Antworten

Um sicherzustellen, dass die vom Orakel generierten Antworten korrekt sind, werden mehrere Massnahmen umgesetzt:

• Mehrheitsabstimmung: Der Aggregator berücksichtigt nur Stimmen von einer Mehrheit der Orakel-Knoten, was hilft, zu verhindern, dass falsche Daten eingereicht werden.
• Anreizmechanismus: Ehrliches Verhalten wird belohnt, indem Knoten, die korrekt teilnehmen, belohnt und solche, die falsche Informationen bereitstellen, bestraft werden. Dieses System stellt sicher, dass alle teilnehmenden Knoten einen starken Grund haben, im besten Interesse des Netzwerks zu handeln.

#Sybil-Widerstand

Das System erfordert einen bedeutenden Stake, um beizutreten, was als Barriere gegen Sybil-Angriffe dient, bei denen ein böswilliger Akteur mehrere Identitäten erstellt, um ungebührlichen Einfluss im Netzwerk zu gewinnen. Durch die Anforderung einer finanziellen Investition stellen wir sicher, dass die Teilnehmer eher ehrlich handeln, da sie etwas zu verlieren haben.

#Kosten und Leistung

#Gasverbrauch

Beim Arbeiten mit Smart Contracts auf Ethereum müssen die Teilnehmer die Gaspreise berücksichtigen, die die bei Transaktionen verwendeten Rechenressourcen messen. Unser vorgeschlagenes Orakelsystem ist darauf ausgelegt, den Gasverbrauch zu minimieren und dabei die Kommunikation zwischen mehreren Blockchains effizient zu verwalten.

Tests haben gezeigt, dass unser System weniger Gas verbraucht im Vergleich zu anderen Orakel-Lösungen und effizienter ist als traditionelle Relay-Methoden. Diese Kostensenkung macht unsere Lösung für Nutzer, die zwischen verschiedenen Blockchains kommunizieren müssen, attraktiver.

#Beweis-Generierungszeit

Die Zeit, die benötigt wird, um zk-SNARK-Beweise zu generieren, ist entscheidend für den Durchsatz des Systems. Wir haben festgestellt, dass mit zunehmender Grösse des Komitees die Beweis-Generierungszeit ebenfalls steigt. Dennoch bleibt die insgesamt benötigte Zeit überschaubar, sodass das System innerhalb der typischen Blockzeiten der Blockchains effektiv funktionieren kann.

#Speicherverbrauch

Der Speicherverbrauch ist auch ein kritischer Faktor für die Teilnehmer, insbesondere für diejenigen, die ressourcenlimitierte Geräte betreiben. Unser System ist so gestaltet, dass Knoten mit weniger Rechenleistung teilnehmen können, um eine breitere Zugänglichkeit zu gewährleisten.

#Verwandte Lösungen

Viele bestehende Systeme zielen darauf ab, die Kommunikation zwischen Blockchains zu ermöglichen, haben jedoch oft erhebliche Nachteile:

• Kontrollabhängigkeit: Einige Lösungen sind auf zentralisierte Einheiten angewiesen oder erfordern zusätzliche komplexe Setups, die die Sicherheit gefährden können.
• Ressourcenintensität: Andere Methoden sind zu ressourcenintensiv, was sie für den täglichen Gebrauch unpraktisch macht.

Unser vorgeschlagenes Orakelsystem adressiert diese Probleme, indem es eine leichte Lösung bietet, die dezentral bleibt, während sie eine effiziente Kommunikation zwischen mehreren Blockchains ermöglicht.

#Fazit

Die Notwendigkeit für eine effektive Kommunikation zwischen Blockchains ist wichtiger denn je, da sich die Blockchain-Landschaft weiter ausbreitet. Unsere vorgeschlagene Orakel-Lösung bietet eine flexible und effiziente Möglichkeit, verschiedene Blockchains zu überbrücken und dabei Kosten und Komplexität zu minimieren. Mit Funktionen wie dynamischer Teilnahme, Mehrheitsabstimmung und zk-SNARK-basierter Verifizierung kann dieses System die Funktionalität und Benutzerfreundlichkeit der Blockchain-Technologie für ein breiteres Publikum erheblich verbessern.

In zukünftigen Arbeiten werden wir weitere Optimierungen, wie Batch-Einreichungen, untersuchen, um die Leistung und Zuverlässigkeit unseres Orakelsystems noch weiter zu verbessern und sicherzustellen, dass es den sich entwickelnden Anforderungen der Blockchain-Nutzer und -Entwickler gerecht wird.