Was ist Cross-Chain?

Was ist Cross-Chain?

Cross-Chain bezieht sich auf die Technologie, die die Interoperabilität von Vermögenswerten, Daten oder Informationen zwischen verschiedenen Blockchain-Netzwerken ermöglicht. Als dezentrale verteilte Hauptbücher arbeitet jede Blockchain mit ihrem eigenen Konsensmechanismus, Verschlüsselungsalgorithmus und Datenstruktur. Die Blockchain-Welt kann mit einer Gruppe von Inseln verglichen werden, wobei jede öffentliche Kette einen unabhängigen digitalen Kontinent darstellt. Die Cross-Chain-Technologie bricht diese Isolation, indem sie Knoten aus verschiedenen Ketten ermöglicht, Cross-Chain-Transaktionen durch Protokoll- oder Anwendungsschichtdesigns zu überprüfen und auszuführen.

Der Kernwert der Cross-Chain-Technologie liegt in der Erreichung von „Interoperabilität“. Zum Beispiel können Benutzer Bitcoin in das Ethereum-Netzwerk übertragen, um an DeFi-Anwendungen teilzunehmen, oder Smart Contracts auf der Solana-Kette ermöglichen Asset-Transfers auf der Polkadot-Kette auszulösen. Im Wesentlichen richtet Cross-Chain einen Kanal für Vertrauensübertragungen zwischen Ketten durch kryptografische Verifizierung, Kompatibilität von Konsensmechanismen und kollaborative Vertragslogik ein.

Warum wird Cross-Chain benötigt?

Bis 2025 wird erwartet, dass Blockchain-Netzwerke eine beispiellose Expansion erleben. Laut unvollständigen Statistiken ist die Anzahl der aktiven Blockchains bis 2025 von fast 100 öffentlichen Chains und einem Gesamtwert von nur einer Million Dollar in DeFi während des „öffentlichen Chain-Jahres“ 2018 auf 367 angewachsen, die über 314 Milliarden Dollar an On-Chain-Vermögenswerten tragen, wobei mehr als 124 Milliarden Dollar in verschiedenen DeFi-Protokollen gesperrt sind.
Laut einem Bericht von Research Nester wird der Markt für Blockchain-Interoperabilität voraussichtlich bis Ende 2037 8,48 Milliarden US-Dollar erreichen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 27,1 % von 2025 bis 2037.

Wie Cross-Chain funktioniert

Der Kern der Cross-Chain-Technologie besteht darin, einen vertrauenswürdigen Wertkanal aufzubauen, und die Hauptmechanismen können in drei Arten eingeteilt werden.

Sperren und Prägen

Das Sperr- und Mint-Modell ist der häufigste Mechanismus, bei dem Vermögenswerte über Smart Contracts über Ketten hinweg abgebildet werden. Wenn ein Benutzer Bitcoin in das Ethereum-Ökosystem bringen muss, wird das Vermögenswert im Bitcoin-Netzwerk in einem Mehrfachsignaturvertrag gesperrt, während ein 1:1 gepaarter WBTC-Token auf Ethereum geprägt wird. Dieser Mechanismus ähnelt der Ausstellung eines Akkreditivs durch eine Bank, bei dem das ursprüngliche Vermögenswert eingefroren ist und der eingewickelte Vermögenswert auf der Zielskette über volle Liquidität verfügt. Wrapped Bitcoin (WBTC) ist ein typisches Beispiel, das von 150 Treuhandknoten verwaltet wird, die den gesperrten BTC halten, mit einer Marktkapitalisierung von über 10 Milliarden US-Dollar, die 85% der BTC-bezogenen DeFi-Transaktionen auf Ethereum unterstützt.

Verbrennen und Prägen

Der Verbrennungs- und Prägungsmechanismus verwendet ein geschlossenes Schleifendesign, das üblicherweise für Vermögensübertragungen zwischen homogenen Blockchains verwendet wird. Im Inter-Blockchain Communication (IBC)-Protokoll des Cosmos-Ökosystems, wenn ein Benutzer ATOM-Token vom Cosmos-Hub auf die Osmose-Kette überträgt, wird das ursprüngliche ATOM auf der Quellkette verbrannt und die Zielkette prägt neue Token, nachdem die Gültigkeit der Transaktion durch Leichtklienten validiert wurde. Dieser Mechanismus verlässt sich nicht auf Verwahrung durch Dritte, erfordert aber kompatible Konsensverifikationssysteme zwischen den Blockchains.

Sperren-Entsperren

Der Verriegelungs-Entriegelungsmechanismus ermöglicht dezentrale Cross-Chain-Asset-Transfers durch atomare Swaps. Wenn ein Benutzer Vermögenswerte im Netzwerk A sperrt, generiert das System kryptografischen Nachweis und löst einen Smart Contract aus, während gleichzeitig entsprechende zugeordnete Vermögenswerte im Netzwerk B erstellt werden. Während dieses Prozesses werden die Vermögenswerte der Ursprungskette durch einen Hash-Zeitverriegelten Vertrag (HTLC) eingefroren, um sicherzustellen, dass doppelte Ausgaben oder Abhebungen im ursprünglichen Netzwerk nicht möglich sind.

THORChain's RUNE Cross-Chain Exchange Protocol ist ein typischer Vertreter. Wenn ein Benutzer BTC gegen ETH tauscht, legt das System gleichzeitig Handelsbedingungen auf beiden Ketten über HTLC fest: Das Bitcoin-Netzwerk sperrt das zu übertragende Vermögen, und das Ethereum-Netzwerk legt eine Empfangsadresse fest. Nur wenn beide Transaktionen innerhalb des vereinbarten Zeitrahmens abgeschlossen sind, wird die Sperre aufgehoben. Dieser Mechanismus entfernt vollständig Zwischenhändler und erfordert keine zusätzlichen Vertrauensannahmen, erfordert jedoch robuste Liquiditätspool-Unterstützung.

Arten von Cross-Chain

Cross-Chain kann basierend auf den Verifizierungsmethoden in drei Typen unterteilt werden:

Externe Überprüfung

Die externe Überprüfung beinhaltet die Einführung einer Gruppe unabhängiger externer Validatoren (Zeugen), um Cross-Chain-Nachrichten mithilfe von Mechanismen wie Multi-Party-Computation (MPC), Oracle-Netzwerken oder Schwellen-Multi-Signaturen zu überprüfen, um einen Konsens zu erzielen. Dieser Ansatz erfordert zusätzliche Vertrauensannahmen.
Der Vorteil dieser Lösung liegt in ihren geringen Implementierungskosten und ihrer starken Anpassungsfähigkeit an mehrere Ketten, was sie heute zu einer Mainstream-Wahl macht, wie zum Beispiel Multichain und Wormhole basierend auf PoA, Axelar und Hyperlane basierend auf PoS oder LayerZero basierend auf Oracles. Die Einführung neuer Vertrauensannahmen birgt jedoch Sicherheitsrisiken. So verlor die Ronin Bridge im Jahr 2022 aufgrund des Diebstahls eines 5/8-Validierungs-Privatschlüssels 625 Millionen US-Dollar, und Wormhole erlitt ebenfalls im Jahr 2022 aufgrund einer Signaturanfälligkeit einen Verlust von 12.000 ETH.

Native Verifizierung

Die native Verifizierung basiert auf den inhärenten Verifizierungsfähigkeiten der Blockchain, die es leichten Clients ermöglichen, externe Ketten-Transaktionen direkt zu verifizieren. Ein typisches Beispiel ist das IBC-Protokoll von Cosmos: Jede Kette führt einen leichten Client aus, der die Blockheader anderer Ketten verfolgt und so eine Echtzeit-Verifizierung der Block-Header-Informationen und Merkle-Beweise der Transaktionspakete ermöglicht. Dieser Mechanismus ähnelt der Einrichtung von Botschaften zwischen Ländern zur unabhängigen Überprüfung von Dokumenten, erfordert jedoch Konsenskompatibilität zwischen den Ketten. Diese Art von Lösung ist sehr sicher, erfordert jedoch, dass die zugrunde liegenden Ketten leichte Clients oder benutzerdefinierte Protokolle unterstützen.

Lokale Verifizierung

Die lokale Verifizierung basiert auf einem lokalisierten Vertrauensmodell, wie z. B. Hash-Zeitschlössern, das es Benutzern ermöglicht, atomare Swaps direkt über Ketten durchzuführen. Zum Beispiel können Benutzer des Bitcoin Lightning Network Hash-Schlösser und Timeout-Bedingungen festlegen, die beide Parteien dazu zwingen, den Schlüsselaustausch innerhalb einer festgelegten Zeit abzuschließen; andernfalls werden die Vermögenswerte automatisch zurückgegeben. Dieses Modell erfordert keine Zwischenhändler, unterstützt jedoch nur einfache Vermögensaustausche und kann keine komplexen Vertragsaufrufe verarbeiten.

Herausforderungen der Cross-Chain-Technologie

Sicherheitsrisiken bleiben die Hauptbedrohung. Die Kombination von Komponenten in Cross-Chain-Protokollen erweitert die Angriffsfläche, wobei Schwachstellen in Smart Contracts die kritischste Bedrohung darstellen. Zum Beispiel wurde im Jahr 2021 das Poly Network aufgrund eines Fehlers in der Vertragsberechtigungslogik gehackt, was zu einem Verlust von 600 Millionen US-Dollar führte, und im Jahr 2022 verlor Wormhole aufgrund einer Schwachstelle in der Signaturüberprüfung 325 Millionen US-Dollar. Laut Statistiken von SlowMist haben Sicherheitsvorfälle bei Cross-Chain-Brücken seit 2021 zu Verlusten von über 1,7 Milliarden US-Dollar geführt, was auf systemische Schwächen in den Angriffsabwehrfähigkeiten der Branche hinweist.

Die technische Umsetzung steht vor multidimensionalen Herausforderungen. In dezentraler Richtung reduzieren einige Projekte zwar Vertrauensannahmen durch Orakelnetzwerke und On-Chain-Light-Node-Verifikation, aber Schwachstellen in Smart Contracts können den zugrunde liegenden Sicherheitsgarantien dennoch untergraben (z. B. wurde Nomad Bridge aufgrund eines Code-Logikfehlers angegriffen). Hinsichtlich der Interoperabilität erschweren Unterschiede in den Konsensmechanismen, Transaktionsformaten und Zustandsverifikationsregeln zwischen verschiedenen Blockchains das für die Cross-Chain-Nachrichtenübertragung erforderliche atomare Design, und der aktuelle Mangel an einheitlichen Standards verschärft die Protokollfragmentierung. Skalierbarkeitsprobleme sind ebenfalls signifikant, da die Verifizierungskosten von Cross-Chain-Transaktionen und die Netzwerk-Durchsatzraten schwer auszubalancieren sind; beispielsweise stoßen Asset-Bridging zwischen Ethereum und hochdurchsatzfähigen Chains oft auf Effizienzengpässe aufgrund von Gasfluktuationen.

Die Herausforderungen im Bereich der Benutzererfahrung und Governance müssen dringend angegangen werden. Die mehrfachen Signaturbestätigungen, langen Sperrfristen und schwankenden Gebühren bei Cross-Chain-Operationen erhöhen signifikant die Nutzungshürden für gewöhnliche Benutzer. In Bezug auf die Governance fehlt es bei den Upgrade-Mechanismen, den Anreizmodellen für Knoten und den Prozessen zur Krisenbewältigung von dezentralen Brückenprotokollen oft an Transparenz. Der Angriff auf die Harmony Horizon Bridge im Jahr 2022, der auf das zentrale Staking von Governance-Token zurückzuführen war, hat solche Schwachstellen offengelegt.

Fazit

Die Cross-Chain-Technologie entwickelt sich von der frühen Vermögensbrücke zur universellen Nachrichtenübermittlung. Mit der Reife von Technologien wie Zero-Knowledge-Proofs und der Verifizierung von Leichtgewichtsclients können echte dezentrale Cross-Chain-Fähigkeiten in Zukunft realisiert werden. Allerdings muss in diesem Stadium ein Gleichgewicht zwischen Sicherheit und Effizienz gesucht werden: Während die native Verifizierung sicher ist, hat sie eine hohe Entwicklungsschwelle; die externe Verifizierung ist bequem, birgt aber erhebliche Risiken.

Cross-Chain ist nicht nur ein technologischer Durchbruch, sondern auch eine Transformation der Produktionsbeziehungen. Es verschiebt die Blockchain von „Wettbewerb“ auf „Zusammenarbeit“, und bietet die zugrunde liegende Unterstützung für Szenarien wie das Metaverse und die On-Chain-Finanzierung. Genauso wie das Internet globale Netzwerke durch das TCP/IP-Protokoll verbindet, steht Cross-Chain kurz davor, das universelle Protokoll für das Web3-Wert-Internet zu werden.