Relay Chain: Wie Polkadot mehrere Blockchains verbindet und sichert

Die Relay Chain ist die zentrale Blockchain im Multi-Chain-Netzwerk von Polkadot . Sie koordiniert verbundene Blockchains, sogenannte Parachains, und bietet gemeinsame Sicherheit, Konsensmechanismen und Interoperabilität. Anstatt von jeder Parachain die Verwaltung eines unabhängigen Validator-Sets zu verlangen, ermöglicht Polkadot berechtigten Parachains, von seinem gemeinsamen Sicherheitsmodell zu profitieren.

Polkadot wurde von Ethereum-Mitbegründer Gavin Wood entworfen und basiert auf der Idee, dass spezialisierte Blockchains zusammenarbeiten können, anstatt als isolierte Netzwerke zu agieren. Die Relay Chain ist zentral für dieses Design und koordiniert die Netzwerkaktivitäten, während die einzelnen Parachains ihre anwendungsspezifischen Funktionen bereitstellen.

Die Rolle der Relay Chain hat sich weiterentwickelt, da Polkadot Verbesserungen bei der Blockproduktion, der kettenübergreifenden Kommunikation und der Ressourcenzuweisung eingeführt hat. Eine wichtige Änderung war die Einführung von Agile Coretime, das das ursprüngliche Parachain-Slot-Auktionsmodell durch flexiblere Zugriffsmethoden für Netzwerkressourcen ersetzte.

Herkunft & Geschichte

2016: Gavin Wood veröffentlicht das Polkadot-Whitepaper, in dem er ein Multi-Chain-Netzwerk vorstellt, das Interoperabilität und gemeinsame Sicherheit unterstützen soll.

2017: Die Web3 Foundation führt den Token-Verkauf von Polkadot durch und nimmt dabei rund 145 Millionen US-Dollar ein. Das Projekt entwickelt seine Multi-Chain-Architektur weiter.

Mai 2020: Polkadot bringt seine Relay Chain mit eingeschränkter Funktionalität und einem Proof-of-Authority-Konsensmechanismus auf den Markt.

Juni–Juli 2020: Polkadot führt schrittweise sein Nominated Proof of Stake (NPoS) Validator-Auswahlsystem ein und vollzieht den Übergang zu einer dezentralen Netzwerk-Governance und einem dezentralen Konsensmechanismus.

August 2020: Die Governance- und Netzwerkfunktionen von Polkadot werden erweitert, während das Netzwerk auf sein vollständig dezentrales Betriebsmodell hinarbeitet.

2021: Polkadot führt Parachain-Slot-Auktionen durch, die es Projekten ermöglichen, sich Zugang zu dedizierten Netzwerkressourcen zu sichern. Kusama, das experimentelle Canary-Netzwerk von Polkadot, testet die Parachain-Funktionalität und zugehörige Upgrades.

Dezember 2021: Nach den ersten Slot-Auktionen beginnen die ersten Parachains von Polkadot mit der Blockproduktion im Netzwerk.

2022–2023: Polkadot entwickelt seine Parachain-Architektur weiter. Verbesserungen wie das asynchrone Backing zielen darauf ab, die Flexibilität der Blockproduktion und den Netzwerkdurchsatz zu erhöhen.

September 2024: Polkadot stellt von Parachain-Slot-Auktionen auf Agile Coretime um, wodurch Projekte flexiblen Zugriff auf Netzwerk-Ausführungsressourcen erwerben können.

2025–2026: Polkadot entwickelt seine Architektur, Entwicklerinfrastruktur und sein Ressourcenverteilungsmodell kontinuierlich weiter, um Skalierbarkeit und Interoperabilität zu verbessern. Spezifische Aktualisierungen sollten anhand der aktuellen technischen Dokumentation des Netzwerks überprüft werden.

Einfach ausgedrückt

1. Der zentrale Koordinator: Stellen Sie sich ein Land mit mehreren Städten vor, die jeweils auf unterschiedliche Aktivitäten spezialisiert sind. Die Relay Chain fungiert als koordinierende Infrastruktur, die es diesen Städten ermöglicht, in einem gemeinsamen System zu agieren, während jede Parachain ihre eigenen Funktionen verwaltet.
2. Gemeinsame Sicherheit: Anstatt dass jede Blockchain ihr eigenes Validierungsnetzwerk aufbauen muss, können geeignete Parachains von der gemeinsamen Validierungsinfrastruktur von Polkadot profitieren. Dadurch reduziert sich der Bedarf, ein unabhängiges Sicherheitssystem von Grund auf neu zu entwickeln.
3. Spezialisierte Blockchains: Eine Parachain könnte sich auf dezentrale Finanzen konzentrieren, während eine andere Identitätsdienste oder andere Anwendungen unterstützt. Jede kann für ihren jeweiligen Zweck konzipiert werden und gleichzeitig mit dem umfassenderen Polkadot-Netzwerk verbunden sein.
4. Kettenübergreifende Kommunikation: Das Cross-Consensus Messaging (XCM)-Format von Polkadot ermöglicht es verbundenen Blockchains, Nachrichten auszutauschen und Aktionen zu koordinieren. Je nach Implementierung können diese Nachrichten Aktivitäten wie den Transfer von Assets oder die Interaktion mit Diensten auf einer anderen Blockchain unterstützen.
5. Flexible Netzwerkressourcen: Agile Coretime ermöglicht es Parachains, über Massen- oder On-Demand-Vereinbarungen auf die Ausführungsressourcen von Polkadot zuzugreifen. Dies ersetzt die ursprüngliche Abhängigkeit von langfristigen Parachain-Slot-Auktionen.

Die Relay Chain ist nicht dafür ausgelegt, herkömmliche Smart Contracts auszuführen oder jede Anwendung direkt zu hosten. Ihr Hauptzweck ist die Koordination des Netzwerks, die Unterstützung des Konsensmechanismus und die Gewährleistung eines sicheren Betriebs der verbundenen Chains.

Lesen Sie auch: Sybil-Widerstand: Identität, Konsens und Abwägungen

Wichtige technische Merkmale

Gemeinsame Sicherheit

Polkadot ermöglicht es geeigneten Parachains, von der Validator-Infrastruktur der Relay Chain zu profitieren. Validatoren tragen zur Sicherung des Netzwerks und zur Überprüfung von Parachain-Blöcken bei, wodurch der Bedarf für jede angeschlossene Chain, ein eigenes unabhängiges Validator-Set einzurichten, reduziert wird.

Gemeinsame Sicherheit beseitigt nicht jedes Risiko. Anwendungen, Smart Contracts, externe Brücken und einzelne Parachain-Implementierungen können weiterhin Schwachstellen aufweisen.

Nominierter Proof of Stake (NPoS)

NPoS ist der Validator-Auswahl- und Staking-Mechanismus von Polkadot. DOT-Inhaber können Validatoren nominieren, indem sie diese gemäß den Netzwerkregeln mit Staking unterstützen. Validatoren sind für die Teilnahme am Konsensprozess und die Erfüllung ihrer zugewiesenen Netzwerkaufgaben verantwortlich.

BABY

Blind Assignment of Blockchain Extension (BABE) ist das Blockproduktionsprotokoll von Polkadot. Es legt fest, welche Instanzen während bestimmter Zeitschlitze Blöcke produzieren dürfen.

OPA

GRANDPA (GHOST-based Recursive ANcestor Deriving Prefix Agreement) ist der Finalisierungsmechanismus von Polkadot. Er hilft dabei, festzulegen, welche Blöcke finalisiert werden, und ergänzt damit die Rolle von BABE bei der Blockproduktion.

Cross-Consensus Messaging (XCM)

XCM ist ein Format zur Übermittlung von Anweisungen zwischen Konsenssystemen. Es ermöglicht verbundenen Blockchains die Koordination von kettenübergreifenden Operationen, darunter Asset-Transfers und Aufrufe von Diensten anderer Blockchains. Die tatsächliche Zustellung von Nachrichten hängt von der zugrunde liegenden Messaging- und Netzwerkinfrastruktur ab.

Agile Kernzeit

Agile Coretime ist Polkadots flexibles System zur Zuweisung von Ausführungsressourcen, sogenannten Cores. Projekte können Coretime in großen Mengen für einen definierten Zeitraum erwerben oder, sofern unterstützt, On-Demand-Vereinbarungen nutzen. Dies bietet Parachains Alternativen zum ursprünglichen Slot-Auktionsmodell.

Parachains und Collators

Parachains sind spezialisierte Blockchains, die mit Polkadot verbunden sind. Collatoren verwalten die Parachain-Daten, sammeln Transaktionen und erzeugen Kandidatenblöcke mit den für die Validierung notwendigen Informationen. Zugewiesene Relay-Chain-Validatoren prüfen die Gültigkeit der Parachain-Blöcke gemäß den Protokollregeln.

Vorteile Nachteile

Risikomanagement

Netzwerkzuverlässigkeit

Überwachen Sie den Zustand der Relay Chain und der verbundenen Parachains mithilfe seriöser Netzwerk-Explorer und offizieller Polkadot-Überwachungsressourcen. Netzwerkunterbrechungen können die Verfügbarkeit abhängiger Dienste beeinträchtigen.

Validator- und Staking-Risiken

Bevor Sie Validatoren nominieren oder am Staking teilnehmen, sollten Sie sich mit den Abläufen der Validatorauswahl, des Stakings und des Slashings vertraut machen. Die Leistung der Validatoren und die Protokollregeln können die Staking-Ergebnisse beeinflussen.

Cross-Chain-Transaktionen

Prüfen Sie vor der Durchführung von Cross-Chain-Transfers die Ziel-Chain, die Assets und die Transaktionsdetails. Stellen Sie sicher, dass die Anwendung und der Messaging-Dienst die beabsichtigte Operation unterstützen.

Sicherheit von Smart Contracts und Anwendungen

Gehen Sie nicht davon aus, dass eine Anwendung sicher ist, nur weil sie in einem Netzwerk mit gemeinsam genutzten Sicherheitsvorkehrungen läuft. Prüfen Sie gegebenenfalls verfügbare Sicherheitsberichte, Code-Offenlegungen und Risikodokumentationen.

Kernzeitkosten

Projekte, die auf Polkadot aufbauen, sollten prüfen, ob die Nutzung von Bulk-Coretime oder On-Demand-Coretime besser zu ihren Workloads passt. Kosten und Ressourcenbedarf können sich mit der Netzwerkauslastung und Protokollaktualisierungen ändern.

Lesen Sie auch: Slock.it: Die DAO, der Hack und der IoT-Pivot

Beispiele aus der Praxis

1. Polkadot Parachains

Szenario: Ein Projekt möchte eine Blockchain entwickeln, die sich auf dezentrale Finanzen, Spiele oder eine andere spezialisierte Anwendung konzentriert.

Implementierung: Das Projekt entwickelt eine Parachain und verbindet diese mit Polkadot gemäß den technischen und ressourcenbezogenen Anforderungen des Netzwerks.

Ergebnis: Die Parachain kann sich auf ihre Anwendung konzentrieren und gleichzeitig von der Infrastruktur und dem gemeinsamen Sicherheitsmodell von Polkadot profitieren.

2. Kusama als Kanarienvogelnetzwerk

Szenario: Entwickler möchten neue Blockchain-Funktionen in einer Live-Netzwerkumgebung testen, bevor sie deren Einsatz in Polkadot in Betracht ziehen.

Implementierung: Kusama operiert als separates Netzwerk mit eigener Relay Chain, eigener Governance, eigenen Validatoren und eigenem nativen Token, KSM.

Ergebnis: Entwickler können Netzwerk-Upgrades und Parachain-Funktionalität in einer separaten Umgebung testen. Kusama ist nicht nur ein Testnetz, und die Aktivitäten dort bergen weiterhin reale wirtschaftliche Risiken.

3. Kommunikation über verschiedene Lieferketten hinweg

Szenario: Eine Anwendung auf einer Parachain muss mit einem Dienst oder Asset auf einer anderen verbundenen Chain interagieren.

Implementierung: Die Ketten nutzen XCM und die entsprechende Messaging-Infrastruktur, um den Betrieb zu koordinieren.

Ergebnis: Die Anwendung unterstützt Cross-Chain-Funktionalität, ohne dass für jede Interaktion eine herkömmliche Drittanbieterbrücke erforderlich ist. Die tatsächlichen Sicherheitsgarantien hängen von den verwendeten Blockchains und Messaging-Mechanismen ab.

4. Agile Coretime

Szenario: Ein Blockchain-Projekt benötigt Zugriff auf die Ausführungsressourcen von Polkadot, möchte sich aber nicht auf das ursprüngliche Parachain-Slot-Auktionsmodell verlassen.

Umsetzung: Das Projekt bewertet die Kernzeit entweder als Block- oder als On-Demand-Lösung, abhängig von der erwarteten Aktivität und den technischen Anforderungen.

Ergebnis: Das Projekt verfügt über flexiblere Möglichkeiten, auf Netzwerkressourcen zuzugreifen, wobei die jeweils geeignete Option von Arbeitslast, Kostenüberlegungen und Verfügbarkeit abhängt.

Verwandte Begriffe

• Parachain: Eine spezialisierte Blockchain, die mit Polkadot verbunden ist und von dessen gemeinsamen Sicherheits- und Interoperabilitätsfunktionen profitieren kann.
• Nominierter Proof of Stake (NPoS): Der Staking- und Validator-Auswahlmechanismus von Polkadot.
• Cross-Consensus Messaging (XCM): Ein Format zur Übermittlung von Nachrichten zwischen Konsenssystemen.
• Agile Coretime: Das System von Polkadot zur Zuweisung von Ausführungsressourcen durch flexible Coretime-Vereinbarungen.
• BABY: Das Protokoll, das für die Blockproduktion auf Polkadot verantwortlich ist.
• OPA: Das Protokoll, das für die Festlegung der Blockfinalität verantwortlich ist.
• PUNKT: Polkadots eigener Token, der für Funktionen wie Staking und Governance sowie für Coretime-Käufe verwendet wird.
• Kusama: Ein separates Blockchain-Netzwerk, das als Kanarienvogelnetzwerk für Polkadot-bezogene Technologien dient.

FAQ

F: Was ist eine Relay Chain in der Blockchain?

Eine Relay-Chain ist eine zentrale Blockchain, die verbundene Chains koordiniert und eine gemeinsame Infrastruktur sowie Sicherheit bereitstellt. In Polkadot unterstützt sie Konsensfindung, Parachain-Validierung und Netzwerkkoordination.

F: Worin besteht der Unterschied zwischen einer Relay Chain und einer Parachain?

Die Relay-Chain koordiniert das übergeordnete Netzwerk und gewährleistet gemeinsame Sicherheit. Eine Parachain ist eine spezialisierte Blockchain, die mit ihr verbunden ist und für die Abwicklung eigener Transaktionen und anwendungsspezifischer Funktionen ausgelegt ist.

F: Kann die Polkadot Relay Chain Smart Contracts ausführen?

Die Polkadot Relay Chain unterstützt keine herkömmliche Smart-Contract-Ausführung. Entwickler können Anwendungen auf kompatiblen, verbundenen Chains bereitstellen, einschließlich solcher, die Smart-Contract-Funktionalität bieten.

F: Wie sichert die Relay Chain Parachains?

Polkadot verwendet ein gemeinsames Sicherheitsmodell, bei dem Validatoren der Relay Chain an der Überprüfung von Parachain-Blöcken beteiligt sind. Dadurch können berechtigte Parachains von der Validierungsinfrastruktur von Polkadot profitieren, anstatt sich vollständig auf ein unabhängiges Validatorenset zu verlassen.

F: Worin besteht der Unterschied zwischen XCM und der Relaiskette?

Die Relay Chain ist eine Blockchain, die für die Koordination des Polkadot-Netzwerks zuständig ist. XCM ist ein Nachrichtenformat, das es verschiedenen Konsenssystemen ermöglicht, kettenübergreifende Anweisungen auszudrücken. Sie dienen innerhalb des Netzwerks unterschiedlichen Zwecken.

F: Nutzt Polkadot noch Parachain-Slot-Auktionen?

Polkadot verabschiedete sich im September 2024 vom ursprünglichen Parachain-Slot-Auktionsmodell. Agile Coretime führte flexiblere Wege ein, um Zugriff auf Netzwerk-Ausführungsressourcen zu erhalten.

F: Was passiert, wenn es zu einem Ausfall der Relaiskette kommt?

Ein Ausfall kann die Validierung, die Finalität und den Betrieb von Parachains beeinträchtigen, die von der Relay Chain abhängen. Die genauen Auswirkungen hängen von der Art der Störung und der Architektur der verbundenen Chains ab.

F: Verfügt Cosmos über eine Relaiskette?

Cosmos verwendet eine andere Architektur. Der Cosmos Hub ermöglicht Interoperabilität innerhalb des Ökosystems, unter anderem durch das Inter-Blockchain Communication (IBC)-Protokoll. Verbundene Blockchains erben jedoch nicht automatisch einen gemeinsamen Validator-Satz wie beispielsweise Polkadot-Parachains. Cosmos unterstützt außerdem Shared-Security-Lösungen, daher hängt der Vergleich von der jeweiligen Blockchain und Konfiguration ab.

Fazit

Die Relay Chain ist ein grundlegender Bestandteil des Polkadot-Ansatzes zur Blockchain-Interoperabilität und gemeinsamen Sicherheit. Durch die Koordination spezialisierter Parachains, die Unterstützung von Konsensmechanismen und die Ermöglichung kettenübergreifender Kommunikation trägt sie dazu bei, dass mehrere Blockchains in einem vernetzten Ökosystem operieren können.

Polkadots Umstellung auf Agile Coretime verdeutlicht, wie sich das Ressourcenallokationsmodell über die ursprünglichen Parachain-Slot-Auktionen hinaus weiterentwickelt hat. Gemeinsame Sicherheit und Interoperabilität beseitigen jedoch nicht jedes technische oder wirtschaftliche Risiko. Entwickler und Nutzer müssen weiterhin Anwendungssicherheit, Validator-Performance, Cross-Chain-Operationen und Netzwerkkosten bewerten.

Dieser Beitrag dient ausschließlich Bildungszwecken und stellt keine Finanzberatung dar. Kryptowährungsnetzwerke und -anlagen bergen erhebliche Risiken.

Quellen

• Polkadot Wiki: Architektur
• Polkadot-Entwicklerdokumentation: Übersicht der Relay-Kette
• Polkadot-Entwicklerdokumentation: Parachains-Übersicht
• Polkadot-Entwicklerdokumentation: Agile Coretime
• Polkadot Wiki: Agile Coretime
• Polkadot-Entwicklerdokumentation: Proof-of-Stake-Konsens