Понимание основ криптовалютных сетей: объяснение блокчейнов уровня 1

Криптовалюты, такие как Биткойн, кардинально меняют традиционные финансы через децентрализацию, однако отсутствие центрального контроля не приводит к хаосу. Напротив, при изучении технической инфраструктуры криптосистем становится очевидным сложное инженерное решение и тщательное проектирование. Для надежной работы любой цифровой валюты необходимы надежные и независимые протоколы, способные управлять безопасными одноранговыми транзакциями. Для большинства инициатив в области криптовалют слой 1 (L1) блокчейна служит основой всей архитектуры системы. В этом обзоре рассматривается, что такое слой 1 блокчейнов, их важность в криптоэкосистеме, механизмы их работы и почему они являются незаменимым компонентом развития криптовалют.

Почему слой 1 блокчейнов важны для архитектуры криптовалют

Слой 1 (L1) блокчейны выступают в роли краеугольных протоколов, обеспечивающих независимую и безопасную работу криптовалютных сетей. Их можно сравнить с законодательными и исполнительными органами криптопроектов — они устанавливают и поддерживают правила, регулирующие всю систему. Исходный код протокола L1 задает стандарты работы, которых должны придерживаться все участники сети (узлы), чтобы успешно транслировать, проверять и записывать новые транзакции в распределенный реестр. Технические спецификации L1 содержат подробные инструкции, определяющие, как функционирует криптовалюта от начала до конца.

Поскольку слой 1 занимает самую низкую ступень в структуре криптовалюты, он служит либо основой, либо базовым уровнем. Специалисты часто используют термины «мейннет» и «L1» как синонимы, поскольку протокол L1 охватывает все критические операционные требования для функционирования сети. Без надежной архитектуры слой 1 криптовалюты не смогли бы обрабатывать транзакции надежно и масштабируемо.

Роль механизмов консенсуса в безопасности протоколов слой 1

Каждая криптовалюта реализует свои уникальные стандарты кода и операционные протоколы, однако слой 1 требует механизма консенсуса — важнейшего технологического компонента, который устанавливает взаимное доверие между децентрализованными операторами сети. Эти механизмы используют алгоритмические процессы для установления и соблюдения правил обработки и проверки транзакций.

Например, блокчейн Биткойна использует модель доказательства работы (Proof-of-Work, PoW), при которой участники сети соревнуются каждые 10 минут, решая сложные математические задачи для добавления новых блоков транзакций. Другие системы, такие как Ethereum и Solana, используют альтернативные подходы: Ethereum перешел на механизм доказательства доли (Proof-of-Stake, PoS), при котором валидаторы блокируют свои криптовалютные активы для получения права подтверждать транзакции.

Для стимулирования участников сети, работающих в этих системах, и PoW, и PoS распределяют вновь созданную криптовалюту среди узлов, успешно публикующих валидные блоки: валидаторы Биткойна получают BTC, а валидаторы Ethereum — ETH. Такая система поощрений обеспечивает постоянное участие и безопасность сети.

Помимо алгоритмов консенсуса, слой 1 интегрирует дополнительные протоколы безопасности в свой исходный код для защиты целостности транзакций и предотвращения злоумышленной деятельности. Многие системы PoS используют механизмы «срезания» (slashing), которые штрафуют валидаторов за неправильные действия или невыполнение обязанностей, удаляя часть их залога. Биткойн использует другой подход — требует шести независимых подтверждений перед окончательной записью транзакций, что добавляет дополнительный уровень защиты от мошенничества.

Также слой 1 управляет структурой комиссий (газовыми сборами) и определяет, какая часть новой криптовалюты поступает в обращение. Например, Биткойн автоматически уменьшает скорость эмиссии BTC каждые четыре года в событии, называемом «халвингом», систематически сокращая предложение. Ethereum действует иначе: его эмиссия и сжигание ETH регулируются динамически, автоматически подстраиваясь под уровень активности сети. После обновления EIP-1559 в 2021 году часть транзакционных сборов постоянно сжигается, что контролирует инфляцию ETH.

Основные слой 1 блокчейны: особенности, компромиссы и производительность

Биткойн запустил успешную модель слой 1 в 2009 году, вдохновив сотни последующих криптопроектов на создание собственной инфраструктуры L1. Сегодня наиболее известные криптовалюты основываются на слой 1 блокчейнах для обеспечения безопасности своих сетей и обработки транзакций.

Биткойн: Создан в 2009 году анонимным разработчиком Сатоши Накамото, он является самой старой и с наибольшей рыночной капитализацией криптовалютой. Его L1 использует энергоемкий PoW, при котором участники сети каждые 10 минут соревнуются в решении математических задач для добавления новых транзакционных блоков. Такой дизайн делает акцент на безопасность и децентрализацию, а не на скорость транзакций.

Эфириум: Вторая по рыночной стоимости криптовалюта, которая произвела революцию в области слой 1, позволив сторонним разработчикам создавать децентрализованные приложения (dApps) на своей платформе. Изначально запущенный в 2015 году как PoW, основанный на модели Биткойна, Ethereum кардинально изменился после обновления «Merge» в 2022 году, перейдя на PoS, что значительно снизило энергопотребление при сохранении безопасности сети.

Лайткойн: Создан вскоре после запуска Биткойна, предназначен как более быстрый и экономичный способ P2P-платежей. Несмотря на использование другого алгоритма, его L1 основан на PoW и обеспечивает генерацию блоков примерно в четыре раза быстрее, чем в сети Биткойна.

Солана: Среди «конкурентов Ethereum» выделяется благодаря уникальной архитектуре, ориентированной на высокую пропускную способность и низкие издержки. Ее PoS-архитектура достигает теоретической скорости до 50 000 транзакций в секунду, что делает ее привлекательной для приложений с высокой частотой операций и минимальными комиссиями.

Кардано: Также работает как PoS слой 1, будучи конкурентом Ethereum, созданным в 2015 году бывшим разработчиком Ethereum Чарльзом Хоскинсоном. Кардано делает упор на научный подход, основанный на рецензируемых исследованиях, и активно привлекает сторонних разработчиков для создания децентрализованных приложений на своей платформе.

Масштабируемость и межоперабельность: ключевые вызовы для слой 1

Несмотря на важность в обеспечении надежных и быстрых транзакций, слой 1 часто сталкивается с ограничениями гибкости. Алгоритмы, управляющие L1, специально детерминированы для поддержания согласованности сети — все участники должны следовать одинаковым правилам. Такая жесткая структура обеспечивает предсказуемость и высокую безопасность, однако зачастую мешает инновациям и увеличению пропускной способности.

Соучредитель Ethereum Виталик Бутерин сформулировал этот конфликт через концепцию «триады блокчейна», которая утверждает, что разработчики криптопроотоколов вынуждены идти на компромисс между децентрализацией, безопасностью и масштабируемостью. В поисках решений исследуются такие подходы, как «шардинг» — разделение основной цепи на независимые сегменты данных. Распределяя нагрузку между участниками сети, шардинг стремится повысить скорость и эффективность работы.

Вторая проблема связана с межсетевым взаимодействием различных слой 1. Поскольку каждый L1 имеет свою собственную экосистему с уникальными стандартами, передача активов между разными L1 или доступ к приложениям на нескольких сетях зачастую технически сложна или невозможна. Эта архитектурная проблема получила название «проблема межоперабельности», и такие проекты, как Cosmos и Polkadot, сосредоточены на создании надежной инфраструктуры межблокчейн-коммуникаций (IBC).

Слой 1 и слой 2: понимание иерархии архитектуры

В ранние годы криптовалют термин «слой 1» не использовался, поскольку большинство блокчейнов выполняли схожие функции — обработку транзакций и обеспечение целостности сети. По мере появления новых криптовалют, строящих протоколы поверх базовых цепочек, возникла необходимость в терминологии для различения базовых систем и дополнительных протоколов, что привело к появлению понятия слой 2 (L2).

Слой 2 — это любые системы, использующие инфраструктуру безопасности существующего слой 1. Решения L2 обычно используют децентрализованные свойства базовых систем, особенно Ethereum, чтобы вводить новые функции или повышать пропускную способность транзакций. Примеры включают Arbitrum, Optimism и Polygon, которые строят свои сети поверх Ethereum для ускорения подтверждения транзакций и снижения комиссий. Пользователи, взаимодействующие с этими решениями, переводят активы на вторичный слой, используют его возможности и затем возвращают транзакции на основной Ethereum.

Решения слой 2 иногда выпускают собственные цифровые активы, однако они принципиально отличаются от криптовалют слой 1 — их называют «токенами», а не «монетами». Главное отличие — в их назначении: токены служат дополнением к экосистеме L1, а монеты — основным платежным средством протокола. Популярные токены L2 включают MATIC от Polygon, ARB от Arbitrum и OP от Optimism, которые представляют ценность внутри своих платформ, оставаясь привязанными к базовому L1.

Понимание слой 1 — это фундамент для понимания того, как современные криптовалютные системы организуют, защищают и масштабируют свои сети. По мере развития цифровой экономики слой 1 остается основной инфраструктурой, на которой строится вся криптоинновация.