Рівень 1 і рівень 2: Детальний аналіз

Рішення для масштабування першого рівня (Layer 1)

Блокчейн першого рівня — це фундаментальний рівень протоколу мережі блокчейн. Рішення для масштабування першого рівня спрямовані на підвищення масштабованості шляхом удосконалення базової інфраструктури самого блокчейну. Ці рішення змінюють базовий протокол для збільшення пропускної здатності транзакцій, зниження затримок і покращення загальної продуктивності мережі без залучення зовнішніх систем.

Головний підхід до масштабування першого рівня полягає у внесенні прямих змін до основної архітектури блокчейну. Це може передбачати коригування розміру блоку, зміну механізму консенсусу або впровадження передових технологій, таких як шардінг. Завдяки вдосконаленню базового рівня ці рішення забезпечують нативність покращень і рівномірну користь для всієї екосистеми блокчейну.

Типи монет першого рівня

Кілька провідних блокчейн-мереж демонструють різні підходи до архітектури та масштабування першого рівня:

Ethereum: Ця провідна платформа для смартконтрактів пройшла значні оновлення, перейшовши від енергозатратного Proof of Work (PoW) до ефективнішого Proof of Stake (PoS). Перехід, відомий як "The Merge", став однією з найважливіших модернізацій Layer 1 в історії блокчейну, різко зменшивши енергоспоживання при збереженні безпеки та децентралізації.

Cardano, Solana та Avalanche: Ці мережі були спроектовані з самого початку з урахуванням масштабованості. Кожна застосовує унікальні архітектурні рішення та механізми консенсусу, оптимізовані для високої пропускної здатності. Cardano використовує науковий підхід із протоколом Ouroboros PoS, Solana впроваджує інноваційний Proof of History у поєднанні з PoS, а Avalanche використовує архітектуру підмереж для паралельної обробки.

Bitcoin: Як перша блокчейн-мережа, Bitcoin надає пріоритет децентралізації та безпеці. Його консервативна стратегія змін протоколу забезпечує максимальну безпеку й стабільність мережі, що водночас обмежує пропускну здатність порівняно з новішими мережами.

Sui: Sui — блокчейн нового покоління першого рівня, створений спеціально для вирішення трилеми масштабованості. Він орієнтується на високу масштабованість, низькі витрати на транзакції та швидку обробку завдяки інноваційним об’єктно-орієнтованим моделям даних і паралельному виконанню транзакцій.

Технології масштабування першого рівня

Мережі першого рівня використовують різні технічні підходи для підвищення масштабованості та продуктивності:

Коригування розміру та часу блоку: Один із найпростіших способів масштабування — це зміна основних параметрів створення блоків. Збільшення розміру блоку дозволяє розміщувати більше транзакцій у кожному блоці, ефективно підвищуючи пропускну здатність мережі. Зменшення часу генерації блоку означає частіше створення нових блоків, що прискорює підтвердження транзакцій. Проте ці зміни мають бути збалансованими, оскільки великі блоки та коротший час можуть підвищити апаратні вимоги до вузлів і вплинути на децентралізацію.

Оновлення механізмів консенсусу: Механізм консенсусу — серце будь-якої блокчейн-мережі, що визначає, як перевіряються транзакції та додаються блоки. Перехід від PoW до PoS — це суттєва зміна забезпечення безпеки мережі. PoS-системи вимагають від валідаторів блокувати криптовалюту як заставу замість витрати обчислювальних ресурсів, що значно знижує енергоспоживання й прискорює фіналізацію транзакцій. Успішний перехід Ethereum на PoS демонструє ефективність цього підходу для великих мереж.

Шардінг: Ця технологія передбачає поділ стану мережі на кілька менших сегментів — шардів. Кожен шард може обробляти транзакції незалежно й паралельно з іншими, що суттєво підвищує обчислювальну потужність мережі. Шардінг вважається одним із найперспективніших підходів до масштабування з одночасним збереженням децентралізації, хоча він ускладнює організацію міжшардової взаємодії й загальну безпеку мережі.

Переваги першого рівня

Рішення першого рівня мають низку важливих переваг для розвитку блокчейн-технологій:

Головна перевага — можливість покращення масштабованості через прямі зміни протоколу. Посилення базового рівня приносить однакову користь усім застосункам і користувачам мережі, створюючи ефект загального зростання для екосистеми.

Мережі першого рівня досягають високої масштабованості та економічної ефективності при збереженні децентралізації й гарантій безпеки. Оскільки зміни відбуваються на рівні протоколу, користувачам і застосункам не потрібно впроваджувати додаткові технології або покладатися на зовнішні системи. Така інтеграція дозволяє зберігати безпеку й децентралізацію навіть при зростанні масштабованості.

Крім того, вдосконалення протоколу першого рівня підсилює всю мережеву екосистему. Розробники, які працюють на цій платформі, автоматично отримують вигоди від цих покращень без необхідності змінювати свої застосунки, що створює надійну основу для інновацій та зростання.

Недоліки першого рівня

Попри переваги, рішення першого рівня мають низку суттєвих викликів:

Основна проблема — блокчейни першого рівня часто не можуть масштабуватися відповідно до глобального попиту. Великі мережі, такі як Bitcoin, особливо страждають під час пікових навантажень, що призводить до зростання комісій і затримок підтвердження транзакцій. Це обмеження виникає через базові компроміси блокчейн-дизайну, де децентралізація й безпека часто досягаються за рахунок пропускної здатності.

Також впровадження оновлень першого рівня потребує консенсусу й координації всієї мережі. Значні зміни протоколу можуть бути спірними й тривалими, іноді розтягуються на роки. Такий повільний темп інновацій поступається більш гнучким рішенням другого рівня.

Рішення для масштабування другого рівня (Layer 2)

Рішення для масштабування другого рівня — це альтернативний підхід до вирішення проблем масштабованості блокчейну. Замість зміни базового протоколу Layer 2 створює додаткову інфраструктуру поверх існуючих блокчейнів. Такі рішення використовують позаланцюгові протоколи й мережі, щоб підвищити масштабованість і ефективність при збереженні гарантій безпеки від базового блокчейну першого рівня.

Головний принцип Layer 2 — перенесення обробки транзакцій за межі основного блокчейну із збереженням безпеки на базовому рівні. Це дозволяє суттєво підвищити пропускну здатність і знизити витрати без зміни протоколу. Layer 2 виступає як розвантажувальний клапан, обробляючи основний обсяг транзакцій, а Layer 1 зосереджується на безпеці й фінальному розрахунку.

Типи монет другого рівня

Існує низка проектів Layer 2, кожен із яких використовує різні технічні підходи:

zkSync і Starknet: Ці проекти застосовують технологію zero-knowledge rollup (ZK-rollup) для пакетної обробки тисяч транзакцій поза основним ланцюгом. Вони генерують криптографічні докази коректності транзакцій і передають стислі дані на блокчейн першого рівня, досягаючи істотного підвищення масштабованості при збереженні високого рівня безпеки. ZK-rollups — одні з найтехнологічніших рішень для масштабування другого рівня.

Lightning Network: Як основне рішення Layer 2 для Bitcoin, Lightning Network забезпечує швидкі та дешеві мікроплатежі через платіжні канали. Користувачі можуть проводити багато транзакцій поза ланцюгом, фіксуючи лише фінальний баланс у блокчейні Bitcoin. Це значно підвищує пропускну здатність при збереженні моделі безпеки Bitcoin і робить його зручним для щоденних платежів і мікроплатежів.

Optimism і Arbitrum: Ці проекти впроваджують optimistic rollup для масштабування Ethereum. На відміну від ZK-rollups, optimistic rollups за замовчуванням вважають транзакції дійсними й обчислюють докази лише у разі оскарження. Такий підхід забезпечує кращу сумісність з існуючими смартконтрактами Ethereum і водночас дає переваги масштабованості.

Підходи вирішення проблем другого рівня

Layer 2 застосовує різні технічні механізми для підвищення масштабованості:

Rollups: Ця технологія об’єднує багато транзакцій у пакети, обробляє їх поза ланцюгом і передає на блокчейн першого рівня один доказ або підсумок. Це значно знижує обсяг даних, що зберігаються на основному ланцюгу, забезпечуючи безпеку за допомогою криптографічних доказів або механізмів виявлення шахрайства.

ZK-rollups застосовують zero-knowledge-докази для перевірки коректності транзакцій до їх передачі на Layer 1. Це забезпечує негайну фіналізацію й високу безпеку, хоча впровадження технології складніше. Optimistic rollups, навпаки, вважають усі транзакції дійсними за замовчуванням і покладаються на період оскарження, під час якого будь-хто може подати докази шахрайства. Цей підхід простіший для впровадження і має кращу сумісність із наявними смартконтрактами.

Вкладені блокчейни: Архітектура, що передбачає створення блокчейн-рівнів усередині або поверх основного ланцюга. Основний ланцюг забезпечує безпеку й фінальний розрахунок, а вкладені ланцюги — обробку транзакцій. Така структура дозволяє будувати кілька рівнів блокчейнів, кожен із яких оптимізований під різні сценарії чи вимоги до продуктивності.

Канали стану: Вони забезпечують двосторонню взаємодію між блокчейном і позаланцюговими каналами, підвищуючи пропускну здатність і швидкість. Учасники можуть здійснювати багато транзакцій поза ланцюгом, фіксуючи лише початковий і фінальний стани на основному блокчейні. Такий підхід особливо ефективний для сценаріїв із частими взаємодіями між фіксованою групою учасників.

Сайдчейни: Це незалежні транзакційні ланцюги, що працюють поряд з основним блокчейном і використовують власні механізми консенсусу, зберігаючи зв’язок із головним ланцюгом. Така автономність дозволяє експериментувати з різними функціями чи оптимізаціями без впливу на безпеку чи стабільність основної мережі.

Переваги другого рівня

Рішення другого рівня мають унікальні переваги, що доповнюють можливості Layer 1:

Головна перевага — Layer 2 не впливає на продуктивність чи функціональність базового блокчейну. Вони працюють незалежно, дозволяючи Layer 1 зосередитися на безпеці та децентралізації, а Layer 2 — на масштабуванні. Це забезпечує модульну й гнучку архітектуру.

Layer 2 чудово підходить для виконання великої кількості дрібних транзакцій швидко й з низькими витратами. Завдяки обробці поза ланцюгом вони досягають пропускної здатності, неможливої на Layer 1. Це робить їх оптимальними для застосунків із високою частотою операцій — ігор, соціальних мереж або мікроплатежів.

Недоліки другого рівня

Попри переваги, рішення другого рівня мають певні обмеження:

Основний виклик — питання з’єднання блокчейнів і інтероперабельності. Layer 2 може спричиняти фрагментацію, коли ліквідність і користувачі розподілені між кількома мережами Layer 2. Це ускладнює взаємодію та створює додаткові труднощі при переміщенні між різними рішеннями.

Також виникають питання приватності й безпеки, оскільки Layer 2 не завжди забезпечує такий самий рівень захисту, як основний ланцюг. Хоча безпека прив’язана до Layer 1, позаланцюгова обробка створює нові довірчі припущення і потенційні вектори атак, відсутні на базовому рівні.

Рішення третього рівня (Layer 3)

Layer 3 — це новий концепт у блокчейн-архітектурі, який передбачає створення ще одного шару абстракції поверх рішень Layer 2. Цей додатковий рівень вирішує спеціалізовані завдання й забезпечує більшу гнучкість у створенні блокчейн-застосунків.

Основні цілі Layer 3

Layer 3 зосереджується на ключових завданнях, що виходять за межі можливостей Layer 1 і Layer 2:

Підвищена інтероперабельність: Layer 3 забезпечує безшовний обмін даними та взаємодію між різними блокчейн-мережами. Завдяки стандартизованим інтерфейсам і протоколам зв’язку Layer 3 може об’єднувати різні мережі Layer 1 і Layer 2, створюючи взаємопов’язану екосистему.

Оптимізація під застосунки: Layer 3 дозволяє розробникам створювати спеціалізовані середовища для конкретних застосунків. Різні проєкти мають різні вимоги щодо приватності, продуктивності чи функціональності, і Layer 3 забезпечує гнучкість оптимізації без впливу на нижчі рівні.

Вища абстракція: Layer 3 приховує технічну складність блокчейн-технологій від кінцевих користувачів, роблячи застосунки доступнішими та зручнішими, що сприяє масовому впровадженню завдяки простоті використання.

Трилема блокчейну

Трилема блокчейну — це фундаментальна проблема дизайну, що полягає у складності одночасного досягнення трьох критично важливих властивостей: безпеки, децентралізації та масштабованості. Цю ідею, популяризовану співзасновником Ethereum Віталіком Бутеріним, ілюструє необхідність компромісу між цими трьома параметрами.

Основні принципи трилеми

Головний принцип трилеми стверджує, що блокчейн-мережі зазвичай можуть оптимізувати лише дві з трьох властивостей одночасно, і досягти високого рівня по всіх трьох складно. Це обмеження випливає з базових компромісів у розподілених системах.

Безпека — здатність мережі протистояти атакам і зберігати цілісність даних. Децентралізація — розподіл контролю й перевірки серед багатьох незалежних учасників. Масштабованість — здатність мережі швидко й ефективно обробляти великі обсяги транзакцій. Покращення в одній області часто вимагає поступок в іншій.

Приклади вирішення трилеми

Різні блокчейн-мережі застосовують різні стратегії для вирішення трилеми:

Ethereum: Ethereum прагне балансу, комбінуючи кілька технологій. Завдяки rollup'ам Layer 2 і впровадженню шардінгу, Ethereum розподіляє функції між різними рівнями: базовий Layer 1 відповідає за безпеку й децентралізацію, Layer 2 — за масштабованість.

Bitcoin: Bitcoin віддає пріоритет безпеці й децентралізації, свідомо жертвуючи масштабованістю. Це робить його найбезпечнішою й найбільш децентралізованою мережею, хоч і з меншою пропускною здатністю, ніж у новітніх мереж.

Solana: Solana робить ставку на масштабованість та продуктивність. Завдяки новим механізмам консенсусу й архітектурі вона досягає високої пропускної здатності, але це супроводжується нижчим рівнем децентралізації, оскільки запуск валідатора Solana потребує значно потужнішого обладнання.

Layer 1 проти Layer 2: ключові відмінності

Розуміння відмінностей між рішеннями Layer 1 і Layer 2 є ключовим для аналізу сучасної блокчейн-архітектури та підходів до масштабування.

Визначення та базовий підхід

Layer 1 вирішує проблеми масштабованості шляхом зміни фундаментального протоколу блокчейну. Такі зміни впливають на основну інфраструктуру й потребують загального консенсусу. Покращення Layer 1 — це постійні зміни базової архітектури блокчейну.

Layer 2 діє інакше, створюючи додаткову інфраструктуру поверх існуючого блокчейну. Ці позаланцюгові рішення розподіляють обчислювальне навантаження з основною мережею без зміни протоколу. Layer 2 працює як окремий рівень, що спирається на безпеку Layer 1 і забезпечує додаткову пропускну здатність.

Операційні механізми

Layer 1 масштабується через прямі зміни базових елементів протоколу: зміну механізму консенсусу, впровадження шардінгу або коригування параметрів блоку. Такі зміни є фундаментальними й впливають на всю мережу.

Layer 2 працює незалежно від базового блокчейну, обробляючи транзакції поза основним ланцюгом і лише передаючи фінальні результати на Layer 1. Така незалежність дозволяє Layer 2 бути більш гнучким і відкритим до експериментів без ризику для безпеки чи стабільності базового рівня.

Типи рішень

Layer 1 охоплює такі підходи, як удосконалення протоколу консенсусу (наприклад, перехід із PoW на PoS), впровадження шардінгу для паралельної обробки, а також зміни розміру блоку або часу його формування для коригування основних параметрів мережі.

Layer 2 включає технології, як-от rollups (optimistic і zero-knowledge), вкладені блокчейни з ієрархічною структурою, state channels для позаланцюгової взаємодії та сайдчейни з власними механізмами консенсусу, що працюють паралельно основному ланцюгу.

Якість і характеристики

Layer 1 є основним рівнем розрахунків, обробляє фінальні транзакційні дані й використовує нативні токени для роботи мережі. Блокчейн Layer 1 зберігає повний облік усіх транзакцій і є єдиним джерелом істини для всієї екосистеми.

Layer 2 зосереджує увагу на зниженні вартості транзакцій, підвищенні пропускної здатності й розширенні можливостей програмування. Layer 2 створює гнучке середовище для інновацій, зберігаючи гарантії безпеки завдяки зв’язку з Layer 1. Layer 2 особливо ефективний для обробки частих і невеликих транзакцій, які недоцільні на Layer 1.

Майбутнє масштабованості

Майбутнє масштабування блокчейнів, імовірно, передбачає складні поєднання технологій Layer 1 і Layer 2, формуючи розвинену архітектуру, яка використовує переваги обох підходів. Така гібридна модель є найперспективнішою для досягнення масштабованості, необхідної для глобального використання, при збереженні безпеки й децентралізації.

Сучасні тенденції свідчать про формування модульної архітектури, де різні рівні спеціалізуються на окремих функціях. Layer 1 залишатиметься основою безпеки й децентралізації для всієї екосистеми. Layer 2 оброблятиме основний обсяг транзакцій, забезпечуючи високу пропускну здатність і низькі витрати для повсякденних операцій. Layer 3 та інші рівні забезпечуватимуть оптимізацію під конкретні застосунки й розширену інтероперабельність.

Такий багаторівневий підхід дозволяє блокчейн-технології масштабуватися до глобального рівня із збереженням ключових властивостей — безпеки, децентралізації та стійкості до цензури. У міру подальшого розвитку й взаємодії цих технологій блокчейн-мережі зможуть підтримувати масові застосунки й обслуговувати мільярди користувачів у всьому світі.

FAQ

У чому основна різниця між Layer 1 і Layer 2?

Layer 1 — це фундаментальний блокчейн для остаточного розрахунку транзакцій. Layer 2 — це рішення для масштабування, побудоване поверх Layer 1, яке підвищує пропускну здатність і зменшує навантаження на базовий рівень.

Які основні переваги Layer 2 у порівнянні з Layer 1?

Layer 2 забезпечує набагато нижчі комісії, швидше підтвердження та більшу пропускну здатність завдяки обробці транзакцій поза ланцюгом. Layer 1 забезпечує вищий рівень безпеки й децентралізації, але з більшими комісіями та повільнішою швидкістю. Layer 2 підвищує масштабованість, одночасно зберігаючи безпеку Layer 1.

Які поширені рішення Layer 2 (Rollups, Sidechains, State Channels)?

Поширені рішення Layer 2 включають State Channels, Sidechains, Rollups (Optimistic Rollups і ZK-Rollups) і Plasma. Вони зменшують навантаження на ланцюг і комісію за транзакції, зберігаючи безпеку.

Які відмінності між Layer 1 і Layer 2 щодо комісій та швидкості?

На Layer 1 швидкість транзакцій нижча, а комісії вищі через перевантаження мережі. Layer 2 обробляє транзакції поза ланцюгом, забезпечуючи вищу швидкість і значно нижчі комісії, зберігаючи безпеку Layer 1.

Чи безпека Layer 2 нижча, ніж Layer 1? Які ризики?

Безпека Layer 2 зазвичай нижча, оскільки вона спирається на Layer 1 для фінальної гарантії й безпеки. Основні ризики — вразливості смартконтрактів, централізація секвенсерів і ризики мостів. Але Layer 1 залишається остаточним гарантом безпеки.

Які переваги та недоліки Layer 2 для Ethereum (Arbitrum, Optimism тощо) у порівнянні з основною мережею?

Layer 2 пропонують нижчі комісії та вищу швидкість, ніж основна мережа. Водночас можливе зниження децентралізації й безпеки. Arbitrum усуває вимоги до закріплення активів, ще більше знижуючи витрати в порівнянні з Optimism.

Коли слід використовувати Layer 1, а коли Layer 2?

Layer 1 слід застосовувати для максимальної безпеки й остаточного розрахунку; Layer 2 — для великої кількості транзакцій, швидкості й низьких витрат. Layer 2 масштабує мережу, обробляючи транзакції поза ланцюгом із збереженням безпеки Layer 1.

Які ризики мають міжланцюгові мости Layer 2?

Layer 2 cross-chain мости можуть стикатися з відмовами доступності у разі зупинки, що потребує резервних рішень. Обмеження ліквідності ускладнюють переміщення активів. Вразливості смартконтрактів і змова валідаторів становлять ризики для безпеки. Централізація мостів створює єдині точки відмови.

Що більше підходить для великих транзакцій — Layer 1 чи Layer 2?

Layer 2 краще підходить для великих транзакцій. Він пропонує більшу пропускну здатність і значно нижчі комісії завдяки обробці поза ланцюгом, знижуючи навантаження на основний ланцюг із збереженням безпеки через періодичне фіналізування.

Які тенденції розвитку Layer 1 і Layer 2 у майбутньому?

Layer 1 і Layer 2 дедалі більше інтегруватимуться для підвищення масштабованості. Layer 2 швидко впроваджується в DeFi, Layer 1 оптимізують для пропускної здатності. Інтероперабельність і кросчейн-рішення стають ключовими, стимулюючи розвиток екосистеми й залучення користувачів.