Розуміння основ криптовалютних мереж: пояснення блокчейнів рівня 1

Криптовалюти, такі як Біткоїн, фундаментально кидають виклик традиційним фінансам через децентралізацію, але відсутність централізованого контролю не призводить до хаосу. Навпаки, навпаки — при аналізі технічної інфраструктури крипто-систем стає очевидною складна інженерія та ретельний дизайн. Щоб будь-яка цифрова валюта функціонувала надійно, їй потрібні надійні та незалежні протоколи, здатні керувати безпечними транзакціями між однолінійними учасниками. Для більшості ініціатив у сфері криптовалют шар 1 (L1) блокчейн слугує базовою інфраструктурою всієї системної архітектури. Це дослідження розглядає, що таке шар 1 блокчейни, їхню критичну важливість у криптоекосистемі, механізми їх роботи та чому вони є незамінною складовою розвитку криптовалют.

Чому шар 1 блокчейни є необхідними для архітектури криптовалют

Шар 1 (L1) блокчейни функціонують як основоположні протоколи, що дозволяють мережам криптовалют працювати незалежно та безпечно. Їх можна порівняти з законодавчими та виконавчими органами для криптопроектів — вони встановлюють і підтримують правила, що регулюють всю систему. Базовий код протоколу L1 визначає стандарти роботи, яких мають дотримуватися всі учасники мережі (звані вузлами), щоб успішно транслювати, перевіряти та записувати нові транзакції у розподілений реєстр. Технічні специфікації L1 містять детальні інструкції, що визначають, як саме відбувається робота криптовалюти від початку до кінця.

Оскільки шар 1 займає найнижчий рівень структури криптовалюти, він слугує або основою, або первинним базовим шаром. Професіонали галузі часто використовують терміни «мейннет» і L1 як синоніми, оскільки протокол L1 охоплює всі критичні операційні вимоги для функціональної мережі криптовалюти. Без надійної архітектури шару 1 криптовалюти не мали б організаційної структури, необхідної для надійної обробки транзакцій у масштабі.

Роль механізмів консенсусу у безпеці протоколів шару 1

Кожна криптовалюта реалізує свої унікальні стандарти кодування та операційні протоколи, але для шарів 1 потрібен механізм консенсусу — важливий технологічний компонент, що встановлює взаємну довіру між децентралізованими операторами мережі. Ці механізми використовують алгоритмічні процеси для встановлення та забезпечення правил, що регулюють обробку та валідацію транзакцій.

Блокчейн Біткоїна є прикладом цього з його моделлю консенсусу proof-of-work (PoW), де учасники мережі змагаються кожні 10 хвилин, розв’язуючи складні математичні задачі для додавання нових блоків транзакцій до реєстру. Інші системи L1 застосовують альтернативні підходи: Ethereum і Solana, наприклад, використовують механізми proof-of-stake (PoS), де валідатори блокують свої криптовалютні активи, щоб отримати право підтверджувати нові транзакції.

Щоб стимулювати операторів мережі, що беруть участь у цих системах, і PoW, і PoS розподіляють новостворену криптовалюту між вузлами, які успішно публікують валідні блоки — validators Bitcoin отримують BTC, а Ethereum — ETH. Така структура стимулів забезпечує подальшу участь у мережі та її безпеку.

Крім алгоритмів консенсусу, блокчейни шару 1 інтегрують додаткові протоколи безпеки у свій базовий код для захисту цілісності транзакцій і запобігання зловмисним діям. Багато систем PoS застосовують механізми «slashing», що карають валідаторів за неправильну поведінку або невиконання обов’язків, позбавляючи їх частини застейканих активів. Біткоїн використовує інший підхід безпеки — необхідність шести незалежних підтверджень перед тим, як транзакція буде остаточно записана у блокчейн, що додає додатковий рівень перевірки проти шахрайства.

Шари 1 також керують структурою комісій (gas fees) і визначають, скільки нової криптовалюти потрапляє в обіг. Біткоїн автоматично зменшує швидкість емісії BTC кожні чотири роки у процесі, відомому як «халвінг», систематично зменшуючи новий запас. Ethereum працює інакше — має динамічні механізми емісії та знищення ETH, що автоматично регулюють загальний обсяг залежно від активності мережі. Після оновлення EIP-1559 у 2021 році частина транзакційних зборів постійно знищується, що контролює інфляцію ETH.

Основні шар 1 блокчейни: характеристики, компроміси та продуктивність

Bitcoin запровадив успішну модель шар 1 у 2009 році, що надихнула сотні інших криптопроектів створити власну інфраструктуру L1. Найпомітніші сьогодні криптовалюти базуються на шарі 1 для забезпечення безпеки мережі та обробки транзакцій.

Bitcoin: Створений у 2009 році анонімним розробником Satoshi Nakamoto, Bitcoin є найстарішою та з найбільшою ринковою капіталізацією криптовалютою. Його L1 використовує енергомісткий PoW, де учасники змагаються кожні 10 хвилин, розв’язуючи математичні задачі для додавання нових транзакцій. Такий дизайн став пріоритетом безпеки та децентралізації, а не швидкості транзакцій.

Ethereum: Другий за ринковою вартістю, Ethereum революціонізував шар 1, дозволивши стороннім розробникам створювати децентралізовані додатки (dApps) на своїй платформі. Спочатку запущений у 2015 році як PoW-система, він зазнав кардинальних змін у 2022 році з оновленням «Merge», перейшовши на PoS, що значно зменшило енергоспоживання, зберігши безпеку мережі.

Litecoin: Створений незабаром після запуску Bitcoin, Litecoin (LTC) був розроблений як швидша та економічніша система P2P-платежів. Хоча його L1 використовує інший алгоритм, ніж Bitcoin, Litecoin зберігає PoW і генерує блоки приблизно у чотири рази швидше.

Solana: Вважається одним із «конкурентів Ethereum», і відрізняється архітектурними рішеннями, що наголошують на пропускній здатності та економії коштів. Його PoS-архітектура досягає виняткової швидкості — до 50 000 транзакцій на секунду, що робить його привабливим для високочастотних застосувань і користувачів, що прагнуть мінімальних комісій.

Cardano: Так само, як і Solana, працює як PoS-ланцюг у категорії конкурентів Ethereum, але був заснований окремо у 2015 році Чарльзом Хоскінсоном, колишнім розробником Ethereum. Cardano наголошує на академічних дослідженнях, що проходять рецензування, як основі для розробки протоколів, і активно залучає сторонніх розробників для створення децентралізованих додатків.

Масштабованість та інтероперабельність: ключові виклики для систем шару 1

Попри їхню важливу роль у забезпеченні безпечних та ефективних транзакцій, блокчейни шару 1 часто стикаються з обмеженнями гнучкості. Алгоритми, що керують L1, навмисно є детермінованими, щоб підтримувати послідовність у децентралізованій мережі — кожен учасник має дотримуватися однакових правил. Хоча така жорстка архітектура забезпечує передбачуваність і високий рівень безпеки, вона часто конфліктує з бажаннями розробників щодо інновацій та підвищення пропускної здатності.

Засновник Ethereum Віталік Бутерін описав цю напругу через концепцію «трикутника блокчейна», що стверджує, що розробники криптопротоколів неминуче мають йти на компроміс між трьома ключовими елементами — децентралізацією, безпекою або масштабованістю. Розробники досліджують потенційні рішення, наприклад, «шардинг», що розділяє основний блокчейн на незалежні сегменти даних. Це дозволяє розподіляти обов’язки між учасниками мережі, прискорюючи швидкість роботи та підвищуючи ефективність.

Інша проблема — це взаємодія між різними системами шару 1. Оскільки кожен L1 має свою власну екосистему з унікальними стандартами кодування, передача цифрових активів між різними L1 або доступ до додатків у кількох мережах часто є технічно складною або неможливою. Цю архітектурну проблему називають «проблемою інтероперабельності», і проєкти, такі як Cosmos і Polkadot, зосереджують зусилля на створенні надійної інфраструктури міжблокчейн-комунікацій (IBC).

Шар 1 проти Шар 2: розуміння ієрархії архітектури

У перші роки криптовалют термін «шар 1» не існував, оскільки більшість блокчейнів слідували схожим операційним моделям і виконували однакові функції — обробляли транзакції та підтримували цілісність мережі. З появою нових криптовалют, що будували протоколи поверх базових ланцюгів, розробники потребували термінології для розрізнення основних систем і додаткових протоколів, що й призвело до появи терміну «шар 2» (L2).

Шар 2 — це будь-яка криптовалюта, що використовує інфраструктуру безпеки існуючого шару 1. Рішення L2 зазвичай базуються на децентралізованих властивостях established layer 1 — особливо Ethereum — для додавання нових функцій або підвищення пропускної здатності транзакцій. Приклади — Arbitrum, Optimism і Polygon, які будують свої мережі поверх Ethereum, щоб забезпечити швидше підтвердження транзакцій і значне зниження комісій. Користувачі, взаємодіючи з цими L2-інфраструктурами, переносять свої активи на вторинний рівень, використовують його функції і потім повертають транзакції на основний Ethereum.

Інколи рішення L2 випускають власні цифрові активи, але вони суттєво відрізняються від криптовалют шару 1 — їх називають «токенами», а не «монетами». Важливо розуміти, що токени існують лише як доповнення до екосистеми L1, тоді як монети є основною частиною протоколу. Монети — це головний засіб платежу для відповідних блокчейнів, а токени — додаткові функції в цій системі. Популярні токени L2 — MATIC від Polygon, ARB від Arbitrum і OP від Optimism, що мають цінність у своїх відповідних середовищах і в кінцевому підсумку прив’язані до їхнього базового шару 1.

Розуміння шарів 1 дає фундамент для розуміння того, як сучасні криптосистеми організовують, захищають і масштабують свої мережі. З розвитком цифрової економіки шар 1 залишається основною інфраструктурою, на якій базується вся криптоінновація.