Решения для масштабирования блокчейн Layer 1 и Layer 2

Цифровые валюты и блокчейн продолжают расти экспоненциальными темпами, а количество пользователей и транзакций быстро увеличивается. Инновационность блокчейна очевидна, однако масштабируемость (способность системы расти вместе с растущими требованиями) всегда остается вызовом. Высоко децентрализованные и безопасные публичные блокчейн-сети зачастую трудно обеспечить с высокой пропускной способностью.

Это обычно описывается как треугольник блокчейна, то есть почти невозможно одновременно достичь одинаково высокого уровня децентрализации, безопасности и масштабируемости в децентрализованной системе. На практике, у блокчейн-сетей есть только два из этих трех параметров.

К счастью, тысячи энтузиастов и экспертов работают над поиском решений для масштабирования. Некоторые из них нацелены на изменение архитектуры основного блокчейна(Layer 1), в то время как другие — на протоколы Layer 2, работающие поверх базовой сети.

Введение

Доступно так много блокчейнов и криптовалют, что вы можете не знать, используете ли вы Layer 1 или Layer 2. Избегать сложности блокчейна — это, безусловно, плюс, но важно понимать, с какой системой вы работаете или инвестируете. В этой статье вы узнаете о различиях между Layer 1 и Layer 2, а также о различных решениях для масштабирования.

Что такое блокчейн Layer 1 и Layer 2?

Layer 1 — это базовый уровень архитектуры блокчейна. Это основная структура сети. Биткоин, Эфириум и BNB Chain — примеры Layer 1 блокчейнов. Layer 2 — это сеть, построенная поверх другого блокчейна. Например, если Биткоин — это Layer 1, то Lightning Network, работающая поверх него, — пример Layer 2.

Масштабируемость блокчейн-сетей можно улучшить с помощью решений Layer 1 и Layer 2. Решения Layer 1 напрямую изменяют правила и механизмы исходного блокчейна. Решения Layer 2 используют внешнюю параллельную сеть для ускорения транзакций вне основной цепи.

Почему масштабируемость блокчейна так важна?

Представьте себе новую скоростную автомагистраль между крупным городом и его быстро растущим пригородом. По мере увеличения трафика на магистрали пробки становятся обычным явлением, особенно в часы пик, а среднее время пути из пункта А в пункт Б значительно увеличивается. Учитывая ограниченную пропускную способность инфраструктуры и растущий спрос, такое явление неудивительно.

Что же могут сделать власти, чтобы помочь большему числу работников быстрее добираться по этому маршруту? Один из вариантов — расширить автомагистраль, добавив дополнительные полосы. Но это не всегда возможно из-за высокой стоимости и неудобств для участников движения. Другой — проявить креативность и рассмотреть альтернативные методы, не связанные с изменением основной инфраструктуры, например, построить дополнительные служебные дороги или запустить легкую железнодорожную линию вдоль магистрали.

В мире блокчейна основная автомагистраль — это Layer 1 (основная сеть), а дополнительные служебные дороги — решения Layer 2, повышающие общую пропускную способность.

Биткоин, Эфириум и Polkadot считаются Layer 1 блокчейнами. Они — базовые цепочки, обрабатывающие и регистрирующие транзакции в своих экосистемах, и имеют собственную криптовалюту — обычно для оплаты комиссий и расширения функциональности. Polygon — пример решения Layer 2 для расширения Эфириума. Сеть Polygon регулярно отправляет контрольные точки в основной Эфириум для обновления своего состояния.

Пропускная способность — важный показатель блокчейна. Она измеряет скорость и эффективность, показывая, сколько транзакций можно обработать и зарегистрировать за определенный промежуток времени. С ростом числа пользователей и транзакций использование Layer 1 может стать медленным и дорогим. Особенно это актуально для блокчейнов, использующих механизм Proof of Work (доказательство работы), а не Proof of Stake (доказательство доли).

Проблемы Layer 1 сегодня

Биткоин и Эфириум — это сети Layer 1, сталкивающиеся с проблемами масштабируемости. Обе используют децентрализованный консенсус для обеспечения безопасности сети. Это означает, что все транзакции должны пройти проверку несколькими узлами до подтверждения. Эти узлы, так называемые майнеры, соревнуются в решении сложных вычислительных задач, а победитель получает в награду собственную криптовалюту сети.

Иными словами, все транзакции требуют независимой проверки несколькими узлами до их подтверждения. Такой подход позволяет надежно записывать правильные и проверенные данные в блокчейн, снижая риск атак злоумышленников. Однако, когда сеть становится популярной, пропускная способность становится все более критичной. В периоды перегрузки пользователи сталкиваются с задержками подтверждения и высокими комиссиями.

Как работают решения масштабирования Layer 1?

Для повышения пропускной способности и общего объема сети у Layer 1 есть несколько вариантов. Если блокчейн использует Proof of Work, переход на Proof of Stake — один из способов увеличить TPS (транзакций в секунду) и снизить комиссии. Однако в криптосообществе существуют разные мнения о преимуществах и долгосрочных последствиях Proof of Stake.

Решения масштабирования Layer 1 обычно внедряются командой проекта. В зависимости от типа решения, сообщество может потребовать хард-форк или софт-форк. Некоторые изменения — обратносовместимы, например, обновление SegWit в Биткоине.

Более крупные изменения, такие как увеличение размера блока до 8 МБ, требуют хард-форка, что создаст две версии блокчейна — обновленную и нет. Еще один способ повысить пропускную способность — это шардинг, который разделяет работу одного блокчейна на несколько меньших частей, позволяя обрабатывать данные одновременно, а не последовательно.

Как работают решения Layer 2?

Как уже упоминалось, решения Layer 2 используют параллельные или независимые от основной цепи вторичные сети.

Обзор

Zero-Knowledge Rollups (самый распространенный тип) объединяют транзакции Layer 2 вне цепи и отправляют их как один транзакционный блок в основную сеть. Эти системы используют доказательства корректности для проверки целостности транзакций. Активы хранятся на основном блокчейне через мостовые смарт-контракты, которые подтверждают правильность работы агрегирующих функций. Такой подход обеспечивает безопасность основной сети и снижает ресурсы, затрачиваемые на агрегирование.

Sidechains

Sidechains — это независимые блокчейн-сети со своими валидаторами. Это означает, что мостовые смарт-контракты основной цепи не проверяют валидность sidechain. Поэтому необходимо доверять правильности работы sidechain, поскольку она может управлять активами основной цепи.

State Channels

State channels — это двунаправленная среда для транзакций между участниками. Участники блокируют часть данных основной цепи и связывают их с оффчейн-каналом. Обычно это делается через заранее согласованные смарт-контракты или мультиподписи. После этого стороны проводят транзакции или серию транзакций вне цепи, не публикуя их сразу в основной реестр. Когда все транзакции завершены, финальное состояние канала транслируется в блокчейн для проверки. Такой механизм повышает скорость обработки транзакций и увеличивает общую пропускную способность сети. Решения вроде Lightning Network для Биткоина и Raiden для Эфириума основаны на таких каналах.

Nested Blockchains

Этот подход предполагает использование набора вторичных цепочек, расположенных поверх основной «родительской» цепи. Внутренние цепочки работают по правилам и параметрам, установленным основной цепью. Основная цепь не участвует в выполнении транзакций, а лишь разрешает споры при необходимости. Операции выполняются на «дочерних» цепочках, которые обрабатывают транзакции и возвращают их в основную цепь. Проект Plasma от OmiseGO — пример решения Layer 2 с вложенными цепочками.

Ограничения решений Layer 1 и Layer 2

У решений Layer 1 и Layer 2 есть свои преимущества и недостатки. В то время как Layer 1 — наиболее эффективное решение для масштабных протоколов, его внедрение требует согласия валидаторов через хард-форк.

Валидаторы могут не захотеть этого делать, например, при переходе с Proof of Work на Proof of Stake. Переход к более эффективной системе может привести к потере дохода майнерами, что снизит их мотивацию повышать масштабируемость.

Layer 2 предлагает более быстрый способ увеличения пропускной способности. Однако, в зависимости от метода, безопасность исходной цепи может значительно пострадать. Пользователи доверяют сетям вроде Эфириума и Биткоина благодаря их устойчивости и репутации. Если отказаться от некоторых аспектов Layer 1, придется полагаться на команды и сети Layer 2 для повышения эффективности и безопасности.

Что будет после Layer 1 и Layer 2?

Ключевой вопрос — с ростом масштабируемости Layer 1, нужны ли вообще решения Layer 2? Уже созданы новые сети с улучшенной масштабируемостью, но их внедрение и развитие — длительный процесс, и гарантировать успех нельзя. Наиболее вероятный сценарий — сосредоточить Layer 1 на обеспечении безопасности, а Layer 2 — на настройке сервисов под конкретные кейсы.

В ближайшем будущем крупные цепочки вроде Эфириума, скорее всего, сохранят доминирование благодаря большому сообществу пользователей и разработчиков. Их крупные, децентрализованные валидаторы и надежная репутация создают прочную основу для решений Layer 2.

Итог

С момента появления криптовалютных транзакций, стремление к улучшению масштабируемости привело к двустороннему подходу: улучшениям Layer 1 и решениям Layer 2. Если у вас есть портфель из нескольких криптоактивов, скорее всего, вы уже взаимодействуете с сетями Layer 1 и Layer 2. Теперь вы знаете различия между ними и методы расширения, которые они предлагают. ()**$BLAST **