Skalierbarkeit ist ein fester Bestandteil der Cardano-Roadmap; jetzt kommt Hydra
17.09.2021 
Sebastian Nagel 
7 Minuten Lesezeit
Das Alonzo-Upgrade ermöglicht die Erstellung von Smart Contracts, dezentralen Anwendungen (DApps) und anderen Anwendungen auf der Basis von Cardano.
Alonzo markiert einen bedeutenden Meilenstein in der Entwicklung von Cardano. Es werden Skripting-Möglichkeiten auf dem Baselevel bereitgestellt und dadurch entstehen weitere Möglichkeiten der Innovation und der Entwicklung vom Netzwerk. Außerdem beginnt der Prozess der Umwandlung einer auf Transaktionen und Token basierenden Blockchain in ein dynamisches Zusammenspiel von Kreativität, finanzieller Inklusion und dezentraler Entwicklung.
Eine der aufregendsten Neuentwicklungen die Alonzo ermöglicht, ist Hydra. Hydra ist eine wichtige Second-Layer Lösung um die Skalierbarkeit von Cardano weiter zu verbessern indem es ein neues Protokoll auf die existierende Layer 1 Blockchain hinzufügt.
Hydra: Cardano Layer-2 Lösung
In einem Blockchain-Netzwerk schafft ein Konsensalgorithmus ein sicheres und vertrauensloses Umfeld, indem er eine Einigung über einen Transaktionsverlauf gewährleistet. Cardano verwendet Ouroboros, einen effizienten Proof-of-Stake-Konsensalgorithmus, für genau diesen Zweck. Doch wie jede erlaubnisfreie Blockchain steht auch Cardano vor Herausforderungen, wenn es um die Skalierbarkeit geht. Eine Skalierung mit welcher wir einen Durchsatz erreichen, welcher für reale Anwendungen erforderlich ist. Zum Beispiel für, Zahlungsdiensten, Identifizierungen, Spielen oder mobilen Diensten. Schließlich muss die Blockchain für jede einzelne Transaktion einen globalen Konsens erreichen.
Bei Cardano-Transaktionen fallen Gebühren an. Die Menschen, die das Netzwerk betreiben (im Fall von Cardano die Community der Stake-Pool-Betreiber), müssen für ihre Rolle angemessen entlohnt werden. Daher müssen die Gebühren auf ein nachhaltiges Niveau gesetzt werden. Die Nutzer möchten aber nur Gebühren bezahlen, die sie für akzeptabel halten. Darüber hinaus muss die Blockchain beispielsweise gegen Denial-of-Service-Angriffe (DoS) geschützt werden. Die Gebühren können daher nicht so niedrig angesetzt werden, dass sie ein unangemessenes Risiko darstellen - DoS-Ereignisse müssen für einen potenziellen Angreifer unerschwinglich sein. Auch der Speicherplatz ist ein Problem, da eine ständig wachsende Transaktionshistorie zu Speicherproblemen führen kann. Die erfolgreichsten Blockchains laufen Gefahr, Opfer ihres eigenen Erfolgs zu werden.
Hydra ist eine Second-Layer Skalierbarkeitslösung, die all diese Probleme angeht und darauf abzielt, den Durchsatz zu maximieren, die Latenz zu minimieren, geringe bis gar keine Kosten zu verursachen und den Speicherbedarf erheblich zu reduzieren.
Isomorphe Skalierung
Wie wird dies nun erreicht? Durch die Bereitstellung von effizienteren Möglichkeiten der Transaktionsverarbeitung außerhalb der Chain, dies aber nur für kleinere Nutzergruppen. Währenddessen wird die Haupt-Chain zur Abwicklung verwendet - Hydra behält also seine Sicherheitgarantien bei und bleibt lose mit der Main-Chain verbunden. Da kein globaler Konsens erforderlich ist, kann es an eine breite Palette von Anwendungen angepasst werden. Hydra ermöglicht es beispielsweise, die Tx-Gebühren und den minimalen UTXO-Wert so niedrig wie 1 oder 2 Lovelaces zu konfigurieren, was für Mikrotransaktionen und die dadurch ermöglichten Anwendungsfälle entscheidend ist.
Vor allem aber führt Hydra das Konzept der isomorphen Zustandskanäle ein, d. h. die Wiederverwendung derselben Ledger-Darstellung, um einheitliche, außerhalb der Kette liegende Ledger-Zwillinge zu erhalten, die wir Heads nennen (daher der Name Hydra, der sich auf das mehrköpfige mythologische Wesen bezieht). Speziell für Cardano bedeutet dies, dass in jedem Hydra Head native Assets, nicht-fungible Tokens (NFTs) und Plutus-Skripting verfügbar sind. Die Isomorphie ermöglicht eine natürliche Erweiterung des Systems und keine aufgesetzte.
Viele der Transaktionen, die derzeit von der Main-Chain oder von Anwendungen, die auf der Main-Chain laufen, abgewickelt werden, können direkt von Hydra profitieren, da es genau die gleichen Transaktionsformate und Signaturen versteht. Dies senkt die Einstiegshürde in Hydra für bestehende und potenzielle neue Kunden, die die bewährte Infrastruktur von Cardano für die Entwicklung von Wallets und Anwendungen, die mit dem Layer-2-System interagieren, wiederverwenden können. Außerdem kann ein Hydra Head ohne anfängliches Kapital auf der Seite des Empfängers erstellt werden, was eine reibungslose Benutzererfahrung ermöglicht.
Entwicklung des Proof of Concept
Wir haben bereits das grundlegende Hydra Head-Protokoll als Proof-of-Concept-Hydra-Node implementiert. Eine Vorschau für Entwickler wird bis zum kommenden Cardano Summit fertiggestellt sein. Diese wird es Entwicklern (oder jedem Interessierten) ermöglichen, einen oder mehrere Hydra-Knotenpunkte online zu betreiben, einen Hydra Head mit einer begrenzten Anzahl von Teilnehmern zu eröffnen und ihn mit Transaktionen zu versorgen. Benutzer können einen funktionierenden Prototyp über ein spezielles Testnetz sowie erste Benchmarking-Zahlen und Dokumentation in diesem GitHub-Repository sehen. Es werden wahrscheinlich noch keine benutzerseitigen Komponenten (Geldbörsen, Benutzeroberfläche usw.) verfügbar sein.
Wichtig ist auch ein Blick auf die Transaktionen pro Sekunde (TPS), die allzu oft unbeholfen als alleiniges Maß für den “Erfolg” in Sachen Skalierbarkeit verwendet wird. Manche Leute neigen dazu, ein Netz auf der Grundlage seines maximalen Durchsatzes, gemessen in Durchsatz (TPS), zu bewerten. Dies ist zwar ein vernünftiger Maßstab für “alte” Systeme, bei denen eine hohe Vorhersagbarkeit und Konformität gegeben ist (z. B. das VISA-Netzwerk), aber für verteilte Systeme ist dies eine weniger nützliche Kennzahl. Stattdessen konzentrieren wir uns zunächst auf die Latenzzeit (die Zeit, die vergeht, bis eine Transaktion bestätigt wird) als eine andere, praktischere Methode zur Messung der Geschwindigkeit von Blockchain-Transaktionen. Im Mainnet beträgt die minimale Latenzzeit 20 Sekunden (ein Block). Dies ist die Ausgangslage. In einem Layer-2-System wie Hydra ist es möglich, Bestätigungszeiten von weniger als einer Sekunde zu erreichen. Begriffe wie “eine Million TPS” wurden bereits verwendet. Es handelt sich um eine mutige Zahl, und auch wenn dies ein ehrgeiziges Ziel bleibt, so ist das ultimative Ziel eines jeden Systems die Flexibilität zu besitzen, die Kapazität entsprechend der Nachfrage zu steigern. Der in TPS pro Hydra-Kopf gemessene Durchsatz ist sekundär und meist durch die verfügbare Hardware begrenzt. Im Prinzip kann das Gesamtsystem durch Hinzufügen von immer mehr Hydra-Köpfen einen beliebig hohen Durchsatz erreichen.
Hydra’s Entwicklung im Laufe der Zeit
Kurzfristig werden wir die Hydra-Node und das Hydra-Head-Protokoll weiterentwickeln, bis sie eine solide und stabile Grundlage für die Community (und uns!) darstellen, um reale Anwendungen zu entwickeln. Diese neuen Anwendungen werden von der schnellen Abwicklung und den niedrigen bis gar keinen Kosten für Transaktionen profitieren. Wir arbeiten auch aktiv an der Entwicklung anderer wichtiger Funktionen, einschließlich der Unterstützung mehrerer Köpfe pro Knotenpunkt, Persistenz und Head-Protokoll-Erweiterungen.
Mittelfristig, d.h. in 6-12 Monaten, wird der Fortschritt stark von den Ergebnissen unserer Forschung und unseren Experimenten sowie vom Feedback der Entwickler-Community abhängen. Wir erforschen zum Beispiel Möglichkeiten, mehrere Hydra Heads miteinander zu verbinden, um die “Reichweite” unserer Layer-2-Lösung zu erhöhen, und testen verschiedene Methoden, um die Integration und Nutzung von Hydra zu erleichtern. Eine der aufregendsten Visionen auf lange Sicht ist die Entwicklung “virtueller Köpfe”, indem das Hydra Head-Protokoll innerhalb von Hydra Heads ausgeführt wird und somit die Isomorphie unserer Layer-2-Lösung voll ausgenutzt wird. Hierin liegt die wahre, theoretisch unbegrenzte Skalierbarkeit.
Flexibilität ist der Schlüssel zu Skalierbarkeit und Wachstum
Das Gesamtkonzept für Hydra ist die Bereitstellung einer bahnbrechenden Second-Layer Skalierbarkeitslösung, welche für Cardano, einer UTXO-basierten Blockchain der dritten Generation mit Smart-Contract, vollständig geeignet ist. Hydra wird die Kosten senken und gleichzeitig den Durchsatz erhöhen und die Sicherheit aufrechterhalten.
Hydra repliziert die Funktionalität der Main Chain und minimiert dabei die Schwierigkeiten für die Nutzer, bietet aber dennoch die Flexibilität, eine andere Gebühren-/Kostenstruktur und zeitliche Beschränkungen auf der Second-Layer Ebene zu haben. Ein erfolgreiches Ökosystem muss die Bedürfnisse aller Nutzer in Einklang bringen. Wir möchten, dass dieses Ökosystem die Bedürfnisse von Privatpersonen, Unternehmen, Fachleuten und der wachsenden Liste von DApps und ihren Entwicklern erfüllt.
Mit dem Alonzo Hard Fork wird Cardano eine neue Reise als Smart-Contract-Plattform antreten und Technologien wie Hydra ermöglichen, die wiederum die Skalierbarkeit von Cardano dramatisch verbessern und damit die Akzeptanz fördern werden.
Auf dem Cardano Summit 2021, der am 25. und 26. September stattfindet, werden wir mehr über Hydra, den bisherigen Fortschritten und den Zielen für die Zukunft sprechen. Seid mit dabei! Vielleicht möchtet Ihr euch auch dieses Erklärvideo ansehen.
Matthias Benkort, Arnaud Bailly und Fernando Sanchez haben auch zu diesem Post beigetragen.
Dies ist eine Übersetzung des 
Blogbeitrages von IOG: Hydra – Cardano’s solution for ultimate Layer 2 scalability
Es wurde am 22. September von @Jonny22 ins 
übersetzt