Anatomie eines modularen Rollup-Stacks

Ausführungsschicht: EVM, WASM, individuelle VMs

Die Ausführungsumgebungen moderner Rollups sind heute weit vielfältiger als die traditionelle Kompatibilität zur Ethereum Virtual Machine (EVM). Während die EVM nach wie vor für viele Projekte Standard ist – vor allem aufgrund der etablierten Werkzeuge und Bekanntheit –, bieten neue Frameworks inzwischen vermehrt WASM‑basierte virtuelle Maschinen oder hybride Konzepte wie zkEVM sowie eigens entwickelte VMs. Diese Alternativen überwinden EVM‑Beschränkungen, indem sie höheren Durchsatz, Mehrsprachigkeit oder spezialisierte kryptografische Beweissysteme ermöglichen. Beispielsweise unterstützen einige Lösungen heute kombinierte EVM+WASM-Umgebungen, sodass Entwicklerinnen und Entwickler Smart Contracts sowohl in Solidity als auch in Rust verfassen und zugleich moderne Ausführungsmodelle und Leistungssteigerungen nutzen können.

Innovationen wie DTVM führen deterministische Architekturen für virtuelle Maschinen ein, die eine massiv schnellere Smart-Contract-Ausführung, breite Kompatibilität mit verschiedenen Instruktionssatzarchitekturen (ISA) sowie deterministische JIT-Compilierung bieten. Solche hybriden Ansätze übertreffen klassische EVM‑Chains in der Ausführungsgeschwindigkeit in der Regel um den Faktor zwei und gewährleisten dennoch vollständige ABI‑Kompatibilität mit dem bestehenden Ethereum-Ökosystem.

Sequencer: Zentralisierte, dezentrale und geteilte Modelle

Sequencer sind entscheidend für die Reihenfolge und Bündelung von Transaktionen in Rollups. Die klassische Lösung setzt auf zentrale Sequencer, die zwar hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit und einfache Steuerung bieten, jedoch das Risiko von Zensur und Konzentration von MEV (Miner Extractable Value) erhöhen. Immer mehr Projekte forcieren die Dezentralisierung, indem sie hin zu „based Rollups“ migrieren, wo die Sequenzierungsbefugnis schrittweise an Validatoren oder Netzwerke von Proposern übergeben wird, die mit L1-Protokollen gekoppelt sind.

Geteilte Sequencer sind ein drittes, 2025 verstärkt aufkommendes Modell: Hier nutzen mehrere Rollups ein gemeinsames, dezentrales Sequenzierungsnetzwerk. Dieses Konzept soll die Komponierbarkeit zwischen Rollups verbessern und gleichzeitig die Kosten sowie den operativen Aufwand reduzieren, der entsteht, wenn jedes einzelne Rollup eine eigene Sequenzierungsinfrastruktur betreibt. Projekte wie Astria oder Espresso realisieren geteilte Sequenzierungsnetzwerke; erste Studien untersuchen deren Effekte auf MEV-Koordination und die Rentabilität von Arbitrage.

Data-Availability-(DA)-Schichten: Celestia, EigenDA, Avail

Data-Availability-Schichten sind das Rückgrat modularer Rollup-Ökosysteme, da sie Speicher und Verfügbarkeitsgarantien von der Ausführungsebene trennen. Celestia etwa war ein Pionier eines modularen Blockchain-Ansatzes, der Konsens und DA‑Dienste bereitstellt, jedoch keine eigene Ausführungsschicht besitzt. Dank Data Availability Sampling können Light Clients Blockdaten validieren, ohne vollständige Downloads durchführen zu müssen. Diese Architektur ermöglicht extrem hohen Durchsatz (z. B. mehrere MB pro Sekunde) und eine Skalierbarkeit, die allein durch Ausführungsschichten unerreichbar wäre.

EigenDA wird über Ethereum mittels EigenLayer-Restaking betrieben und übernimmt so Ethereums Sicherheitsgarantien, während DA als Service angeboten wird. Mittels Erasure Coding und kryptografischer Commitments bietet EigenDA hohe Leistung und Sicherheit für DA zu deutlich geringeren Kosten als beim direkten Veröffentlichen aller Daten auf Ethereum. Avail, ein Projekt von Polygon, stellt eine chain-agnostische DA-Schicht bereit, die für Rollups in unterschiedlichen Ökosystemen optimiert ist. Diese Lösung trennt DA von Konsens, ermöglicht Sampling für Light-Client-Prüfungen und fördert die Interoperabilität zwischen verschiedenen Rollup-Netzwerken.

Abwicklung & Brücken: Nachweisübermittlung an L1-Chains

Abwicklung beschreibt die Finalisierung des Rollup-Status auf einer Layer-1-Blockchain – meist erfolgt dies durch Rückübermittlung von Zustands-Commitments oder Nachweisen, zum Beispiel an Ethereum. Optimistische Rollups nutzen Betrugsbeweise, mit denen innerhalb eines Anfechtungsfensters unrechtmäßige Zustände angefochten werden können, während ZK-Rollups mittels Gültigkeitsbeweisen bereits vorab kryptografisch verifiziert werden. Beide Verfahren schaffen Vertrauens- und Finalitätsgarantien auf der Basisschicht, die Konsens und Sicherheit unabhängig von den Rollups selbst sicherstellt.

Brücken verbinden Rollups mit den Vermögenswerten der Nutzer sowie externen Netzwerken. Brücken müssen Token oder Daten sicher zwischen Chains übertragen und richten sich dabei meist nach dem Beweissystem und der DA-Schicht des Rollups. Die Abwicklung ist eng mit Brückenprotokollen verzahnt, sodass Übertragungen auf dem Rollup auch auf der Ziel-Chain anerkannt und finalisiert werden. Hierbei kommen sowohl On-Chain-Smart-Contracts als auch Off-Chain-Infrastruktur zum Einsatz, um Vertrauen und Kontinuität sicherzustellen.

Sicherheitsmodelle: Betrugsbeweise, Gültigkeitsbeweise, Restaked Security (Restaking)

Die Sicherheit modularer Rollups basiert auf Beweissystemen und abgestuften Abwicklungslayern. Optimistische Rollups setzen auf Betrugsbeweise, bei denen Teilnehmer fehlerhafte Statusübergänge innerhalb eines festgelegten Anfechtungsfensters anfechten können. Dadurch können ungültige Transaktionen vor Eintritt der Finalität revidiert werden. ZK-Rollups reichen im Gegensatz dazu Gültigkeitsbeweise ein, die die Korrektheit kryptografisch schon vor Aufnahme gewährleisten und damit nahezu sofortige Finalität und Schutz vor Manipulation des Zustands bieten.

Zusätzlich zu den Beweistypen implementieren viele Rollups Sicherheitsmodelle mit Restaking über die Actively Validated Services (AVSs) von EigenLayer. Diese Modelle erlauben Validatoren, Vermögenswerte auf Ethereum erneut zu staken und Sicherheitsgarantien auf DA- und Ausführungsschichten auszuweiten. Dadurch lassen sich modulare Sicherheiten an Ethereums Vertrauensmodell anlehnen und zugleich eine einheitliche Flexibilität bei Bereitstellung und Aktualisierungen von Rollups bewahren. Teams, die einen modularen Rollup-Stack bauen, können durch die Auswahl passender Kombinationen aus Beweissystemen, DA-Lösungen und Validator-Staking-Modellen gezielt zwischen Finalitätsgeschwindigkeit, Dezentralisierung, Vertrauensannahmen und Kosten abwägen.