ZK Rollups auf Bitcoin: Neue Herausforderungen für Banken

Die Frage ob Bitcoin mehr sein kann und darf als ein Wertspeicher und Transaktionsmittel, beschäftigt die Kryptowelt seit der Geburtsstunde von Bitcoin im Jahr 2009. Die allererste Bitcoin-Version 0.1.0 enthielt neben dem heute weltbekannten BTC-Token auch die erste dApp (Dezentrale Anwendung) überhaupt – eine „Poker Lobby“, die Pokerspielen über das Bitcoin-Netzwerk ermöglichen sollte. Während „Poker Lobby“ bereits in Version 0.2 wieder entfernt wurde, blieb die grundsätzliche Frage bestehen: Soll Bitcoin sich auf seine Funktion als „digitales Gold“ beschränken oder sich für weitere Anwendungsfälle öffnen?

So genannte „Bitcoin-Maxis“ beantworten die Frage klar mit Nein, viele andere sehen ein viel größeres Potenzial in Bitcoin und arbeiten an seiner Öffnung. Denn bislang liegen aktuell etwa 1,9 Billionen Dollar quasi „schlafend“ in Bitcoin, während parallel dazu ein DLT-Ökosystem aus Smart-Contract-Anwendungen und DeFi-dApps floriert. Diese beiden Welten existieren bisher weitgehend getrennt voneinander – eine Situation, die sich nun grundlegend zu ändern beginnt.

In diesem Artikel beleuchten wir diese spannende Entwicklung und analysieren:

• Wie Zero-Knowledge-Proofs erstmals „Intelligenz“ auf die Bitcoin-Blockchain bringen.
• Welche Implementierungen von ZK Rollups aktuell verfolgt werden.
• Warum ausgerechnet Cardano mit seiner UTXO-Architektur der ideale Partner für diese Integration ist.
• Warum diese Entwicklung eine Gefahr für traditionelle Bankhäuser darstellen könnte.

Bitcoin’s technologische Evolution

Seit mittlerweile 15 Jahren versuchen Entwickler die Einschränkungen von Bitcoin bezüglich der Skalierbarkeit (nur ca. 3-7 Transaktionen pro Sekunde), der Privatsphäre (Transaktionen sind für alle sichtbar und für immer gespeichert) und der Programmierbarkeit (Bitcoin erlaubt u.a. keine Smart Contracts) zu beheben.

Bisherige Lösungsansätze scheiterten am sogenannten „Blockchain-Trilemma“, in dem sich die Optimierung von Sicherheit, Skalierbarkeit und Dezentralität immer gegenseitig bedingen. Vier wesentliche Ansätze wurden bisher verfolgt:

Lightning Network

Das Lightning Network ermöglicht zwar schnelle und kostengünstige Bitcoin-Mikrotransaktionen durch bidirektionale Zahlungskanäle, aber die komplexe Benutzerführung führte zu einer schleichenden Zentralisierung, da Nutzer ihre BTC zunehmend in zentralisierten Wallets aufbewahren.

Sidechains

Diese ergänzenden Blockchains bieten zusätzliche Funktionen für Bitcoin-Besitzer, erfordern jedoch zentralisierte Unternehmen zur Absicherung der transferierten Assets.

Alternative Layer-1-Netzwerke

Alternative Blockchains wie Ethereum, Cardano, Solana etc. mit eigenen Sicherheitsmechanismen und Programmiersprachen weisen im Vergleich zu Bitcoin eine geringere Sicherheit und stärkere Zentralisierung auf. Zudem benötigen sie eigene Coins statt BTC.

Bitcoin Improvement Proposals

Änderungen am Bitcoin-Code bergen nicht nur technische Risiken, sondern führen auch zu Konflikten in der Community, die Bitcoins Stabilität gefährden können – wie der „Blocksize War“ zwischen 2015 und 2017 deutlich zeigte.

ZK Rollups auf Bitcoin

Als vielversprechendster Ansatz um Bitcoins Einschränkungen zu adressieren, zeichnen sich so genannte Rollups ab. Rollups verarbeiten Transaktionen außerhalb der Hauptkette (off-chain). Dort werden mehrere Transaktionen zu einem Batch gebündelt und dieser anschließend zurück zur Layer-1 Blockchain gesendet, wobei ein kryptographischer Beweis für die Gültigkeit aller Transaktionen erzeugt wird. Diese Rollups ermöglichen eine dezentrale Erweiterung von Bitcoin, ohne dessen Basiseigenschaften zu gefährden oder Intermediäre zu benötigen. Gleichzeitig erhöhen sie den möglichen Transaktionsdurchsatz enorm und reduzieren damit die Kosten.

Drei Arten von Rollups

Auf Bitcoin werden aktuell drei verschiedene Arten von Rollups entwickelt, die jeweils unterschiedliche Ansätze zur Skalierung und Transaktionsverarbeitung bieten. Optimistic Rollups, Validity Rollups, und Sovereign Rollups.

Optimistic Rollups arbeiten nach dem Prinzip „vertraue, aber verifiziere“: Sie nehmen zunächst an, dass alle Transaktionen gültig sind, ermöglichen aber eine Anfechtungsperiode, in der Betrugsbeweise eingereicht werden können. Dieser Ansatz ermöglicht schnelle Transaktionsverarbeitung, bringt aber eine Wartezeit bis zur endgültigen Bestätigung mit sich.

Validity Rollups hingegen nutzen kryptographische Beweise, um die Gültigkeit von Transaktionen sofort und ohne Wartezeit zu verifizieren. Sie bieten durch ihre mathematischen Beweise nicht nur höhere Sicherheit, sondern auch verbesserten Datenschutz, benötigen aber mehr Rechenleistung.

Sovereign Rollups sind eine dritte Variante, die einen eigenständigeren Weg gehen: Sie nutzen Bitcoin hauptsächlich als Datenverfügbarkeitsschicht (DA-Layer), während die eigentliche Transaktionsverarbeitung und -validierung in einer separaten Umgebung stattfindet. Dies ermöglicht größere Flexibilität bei der Protokollentwicklung und -verwaltung, macht sie aber auch komplexer in der Implementierung.

Aktuelle Implementierungen von ZK Rollups auf Bitcoin

Die Entwicklung von ZK Rollups auf Bitcoin wird derzeit von drei wichtigen Projekten vorangetrieben, die jeweils unterschiedliche Ansätze verfolgen.

Citrea

Citrea basiert auf der BitVM-Technologie und versucht, die Vorteile von ZK-SNARKs mit der Sicherheit der Bitcoin-Blockchain zu kombinieren.

Technische Details:

• BitVM-basierte Clementine Bridge: Citrea nutzt BitVM als Grundlage für seine Architektur. BitVM ermöglicht es, komplexe Berechnungen off-chain durchzuführen und deren Ergebnisse durch sogenannte Fraud Proofs zu validieren.
• EVM-Kompatibilität: Citrea implementiert eine Art „ZK EVM“ (Ethereum Virtual Machine), die es ermöglicht, Smart Contracts auszuführen, die ursprünglich für Ethereum entwickelt wurden.
• Optimistische Verifizierung: Die Verifizierung erfolgt „optimistic“, was bedeutet, dass Transaktionen zunächst als gültig angenommen werden, bis ein Betrugsnachweis (Fraud Proof) das Gegenteil beweist.

Strata

Strata, entwickelt von Alpin Labs, ist eine programmierbare Layer-2-Lösung, die auf Bitcoin aufbaut und ZK-Proofs nutzt, um dezentrale Anwendungen für BTC zu ermöglichen. Das Projekt verfolgt das Ziel, Bitcoin als das ultimative Geldsystem – „Endgame Money“ – zu etablieren.

Technische Details:

• Validity Proofs : Im Gegensatz zum „optimistic“ Ansatz von Citrea setzt Strata auf Validity Proofs.
• Trustless Bridging: Strata bietet Mechanismen zur sicheren Übertragung von Vermögenswerten zwischen verschiedenen Blockchains ohne zentrale Instanzen.
• EVM-Kompatibilität: Wie Citrea unterstützt auch Strata Ethereum-Smart-Contracts und erweitert so die Programmiermöglichkeiten auf Bitcoin.

BitcoinOS

BitcoinOS (BOS), entwickelt vom Team hinter dem Sovryn DeFi-Ökosystem, erreichte einen bedeutenden Meilenstein mit der erfolgreichen Verifizierung des ersten Zero-Knowledge-Proofs auf dem Bitcoin-Mainnet am 24. Juli 2024. Damit hat BitcoinOS bewiesen, dass es möglich ist, diese fortschrittliche Technologie ohne Änderungen am Bitcoin-Protokoll zu implementieren. BitcoinOS schafft damit eine spannende Grundlage für komplexe DeFi-Anwendungen. BOS sieht sich nicht als klassischer Rollup, sondern als „Superchain“, die mehrere interoperable Rollups miteinander verbindet.

Technische Details:

• Dezentrale Kontrolle: BitcoinOS ist vollständig open-source, was es mit Bitcoins dezentralem Charakter kompatibel macht.
• Bitcoin-Level-Sicherheit: Alle Transaktionen werden letztlich in Bitcoin-Transaktionen zusammengefasst und sichern so die Integrität des Systems.
• Native BTC-Nutzung: Transaktionsgebühren werden direkt in BTC bezahlt, ohne dass ein zusätzlicher Token erforderlich ist.
• Keine Protokolländerungen: BOS funktioniert ohne Änderungen am Konsensmechanismus von Bitcoin, was die Stabilität des Netzwerks bewahrt.

Cardano BOS Grail Bridge Integration

Cardano, eine Layer-1 Proof-of-Stake Plattform, die genau wie Bitcoin auf einer UTXO-Architektur basiert, hat angekündigt, BitcoinOS zu integrieren. Damit trifft Bitcoins Stabilität und Sicherheit auf Cardanos Smart-Contract-Fähigkeiten.

EMURGO, eines der Gründungsunternehmen von Cardano, entwickelt mithilfe von BitcoinOS die „Grail Bridge“ –  die erstmals eine „trustless“ Verbindung zwischen Bitcoin und einer anderen Layer-1-Blockchain ermöglicht. Damit können Nutzer, Bitcoin und andere Bitcoin-basierte Assets wie Runes oder Ordinals dezentral auf der Cardano-Blockchain speichern und transferieren, ohne auf eine zentrale Institution vertrauen zu müssen.

Die Grail Bridge bietet Cardano-Nutzern Zugang zum Bitcoin-Ökosystem ohne Intermediäre, während Bitcoin-Besitzer von Cardanos Skalierbarkeit und Anwendungsvielfalt profitieren können. Durch die UTXO-Architektur beider Systeme und die Implementierung von Zero-Knowledge-Proofs können Smart Contracts auf Bitcoin ausgeführt werden, während die eigentliche Berechnung auf Cardano stattfindet. Bitcoin-Assets können nahtlos in Cardano dApps genutzt werden, ohne dabei die Sicherheit oder Dezentralität von Bitcoin zu gefährden.

Ausblick – Gefahr für traditionelle Banken?

ZK Rollups auf Bitcoin eröffnen eine Vielzahl von Möglichkeiten, die weit über die reine Skalierung hinausgehen. Während die Technologie noch am Anfang steht, deutet ihr Potenzial auf eine transformative Wirkung für das Bitcoin-Ökosystem hin und könnte auch das traditionelle Finanzwesen erheblich beeinflussen. Denn wenn die Sicherheit und Dezentralisierung von Bitcoin mit der Flexibilität und Skalierbarkeit moderner Blockchain-Lösungen kombiniert wird, könnte dies dazu führen, dass dezentrale Finanzanwendungen (DeFi) eine neue Bewertung erfahren und sich deutlich stärker etablieren, was wiederum die Rolle traditioneller Banken und Finanzdienstleister weiter in Frage stellt.

ZK Rollups auf Bitcoin ermöglichen eine neue Generation von Finanzdienstleistungen. Traditionelle Banken könnten unter Druck geraten, da Kunden zunehmend auf dezentrale Plattformen ausweichen, die nicht nur sicherer, sondern auch kostengünstiger und effizienter sind.

1. Skalierung und Kostenreduktion im Zahlungsverkehr:
ZK-Rollups ermöglichen eine erhebliche Steigerung der Transaktionskapazität auf Bitcoin, ohne dass die Sicherheit des zugrunde liegenden Netzwerks beeinträchtigt wird. Durch die Bündelung vieler Einzeltransaktionen in einem sogenannten „Rollup“ und die Verwendung von Zero-Knowledge-Beweisen können mehr Transaktionen pro Sekunde verarbeitet werden, bei gleichzeitiger Reduktion der Gebühren. Für die klassische Finanzindustrie bedeutet dies, dass die Konkurrenz im Bereich der Zahlungsverarbeitung zunimmt. Wenn Kunden günstige, schnelle und global verfügbare Bitcoin-Transaktionen nutzen können, sinkt der Bedarf an teuren, intermediären Zahlungsdienstleistungen von Banken und anderen etablierten Finanzakteuren. Infolgedessen könnte ein Teil des traditionellen Zahlungs- und Transaktionsgeschäfts zu dezentralen Plattformen abwandern.

2. Wegfall traditioneller Intermediäre und Anpassungsdruck auf Geschäftsmodelle:
Traditionelle Banken agieren heute als wichtige Knotenpunkte im globalen Finanzsystem, indem sie Zahlungen abwickeln, Liquidität bereitstellen und Kundenkonten führen. Mit ZK-Rollups auf Bitcoin wird es jedoch einfacher, Zahlungsverkehr dezentral und direkt zwischen Parteien abzuwickeln. Dadurch sinkt die Abhängigkeit von klassischen Intermediären und deren entsprechenden Infrastrukturen. Banken müssen sich daher neu positionieren und Mehrwertdienstleistungen anbieten, die über die reine Transaktionsabwicklung hinausgehen. Beispielsweise könnten sie sich stärker in die Beratung, in komplexe Finanzprodukte oder in die Integration von Krypto-Assets in das Portfoliomanagement ihrer Kunden engagieren.

3. Steigender Wettbewerbsdruck durch FinTechs und Krypto-Unternehmen:
Die Implementierung von ZK-Rollups auf Bitcoin senkt Markteintrittsbarrieren für innovative Finanz-Start-ups und Krypto-Unternehmen. Diese können ihren Kunden hochperformante und günstige Finanzdienstleistungen auf Bitcoin-Basis bieten, ohne die Infrastruktur und Regulierungslast klassischer Banken tragen zu müssen. Für die traditionelle Finanzindustrie führt dies zu erhöhtem Wettbewerbsdruck. Etablierte Institute müssen ihre Technologiekompetenz ausbauen, ihre Prozesse verschlanken und ihre Angebote stärker an digitalen Vermögenswerten und global agierenden Krypto-Klienten ausrichten, um im Markt relevant zu bleiben.

4. Regulatorische Herausforderungen und Compliance:
Mit leistungsfähigen Layer2-Lösungen auf Bitcoin und der Verwendung von Zero-Knowledge-Beweisen gewinnt auch das Thema Datenschutz und Anonymität an Bedeutung. Für Banken bedeutet dies, dass ihre regulatorische Compliance komplexer werden kann, da es schwieriger wird, die Identität hinter Transaktionen nachzuvollziehen. Aufsichtsbehörden könnten strengere Vorgaben für den Umgang mit ZK-Rollups und entsprechender Technologie formulieren, um Geldwäsche, Terrorfinanzierung und andere illegale Aktivitäten zu unterbinden. Banken müssen sich also nicht nur technologisch, sondern auch rechtlich und prozessual auf diese neuen Marktgegebenheiten einstellen.

5. Langfristige Verschiebung der Wertschöpfungsketten im Finanzsektor:
ZK-Rollups auf Bitcoin können ein Katalysator für die weitere Disintermediation und Dezentralisierung des Finanzsystems werden. Damit verschieben sich langfristig auch die Wertschöpfungsketten: Dienstleistungen wie Clearing, Settlement und Verwahrung von Vermögenswerten könnten sich stärker in Richtung dezentraler, durch Kryptographie gesicherter Systeme verlagern. Klassische Finanzinstitute werden, um relevant zu bleiben, neue Partnerschaften eingehen, in Technologie investieren und gegebenenfalls selbst als Betreiber, Validatoren oder Knotenpunkte in solchen Systemen auftreten müssen. Diese Transformation der Finanzinfrastruktur wird nicht über Nacht geschehen, aber ZK-Rollups können den Wandel, hin zu einem weniger zentral gesteuerten, effizienteren und kostengünstigeren Finanzökosystem, deutlich beschleunigen.