Решают ли блокчейны уровня 1 проблемы масштабируемости сети блокчейнов?
Когда концепция технологии блокчейна была представлена миру еще в 2009 году с биткойнами (BTC), основное внимание было уделено обеспечению децентрализованной и безопасной технологии распределенной базы данных, которая может обеспечить возможность прозрачных транзакций.
Это потребовало создания собственного токена для облегчения оплаты транзакций в сети, что привело к появлению популярных криптовалют, таких как BTC. Однако по мере того, как экосистема блокчейна продолжала расти экспоненциально, она выявила фундаментальную проблему низкой скорости транзакций и присущей таким блокчейнам уровня 1 недостаточной масштабируемости.
Блокчейн уровня 1, такой как Биткойн и Эфириум, является базовым протоколом, который затем используется в сочетании со сторонними протоколами уровня 2 и также известен как блокчейн L1, основная сеть или первичная цепочка.
Основная проблема масштабируемости сети блокчейна в первую очередь связана с механизмом консенсуса Proof-of-Work (PoW), принятым блокчейнами уровня 1, которые требуют чрезмерного количества вычислительных ресурсов для создания каждого блока данных транзакции в сети.
Более того, объем транзакций, которые может обрабатывать блокчейн уровня 1, обратно пропорционален времени, необходимому для их завершения, что приводит к увеличению транзакционных или газовых комиссий в таких сетях.
Поскольку такие блокчейны уровня 1 обрабатывают и завершают транзакции в своем собственном блокчейне, любые изменения в базовом протоколе потенциально могут нарушить его работу и сделать задачу изменения механизма консенсуса рискованной.
Ethereum, еще один блокчейн уровня 1, планирует перейти от своего механизма консенсуса PoW к модели Proof-of-Stake (PoS), чтобы решить эту проблему масштабируемости. Хотя это уменьшит требования к вычислительным ресурсам и повысит энергоэффективность блокчейна, он опирается на решения масштабирования уровня 1, такие как сегментирование, чтобы в конечном итоге масштабировать до 100 000 транзакций в секунду.
Разделение, более популярное из двух решений масштабирования уровня 1, включает в себя разделение транзакций на небольшие наборы данных, а затем использование алгоритма обработки с горизонтальным разделением для их параллельной обработки.
Тем не менее, поскольку право проверки предоставляется крупнейшим заинтересованным сторонам в модели консенсуса PoS, это приводит к форме централизации, которую необходимо решить, особенно для финансовых приложений.
Что такое блокчейн-сеть уровня 2 и зачем она нужна?
Нет сомнений в том, что, несмотря на недостатки масштабируемости и скорости блокчейнов уровня 1, их растущая популярность и достаточная ликвидность привели к рождению блокчейн-решений уровня 2, таких как блокчейн Polygon на основе Ethereum или Lightning Network на основе биткойнов.
Эти решения уровня 2 или блокчейна L2 позволяют обрабатывать тысячи транзакций с низкой стоимостью после проверки в параллельных блокчейнах, а затем записи передаются в основной блокчейн или основную сеть, чтобы гарантировать их неизменную запись.
Первоначально придуманный как собирательный термин для описания определенного набора решений масштабирования Ethereum, решения уровня 2 были предназначены для удовлетворения спроса, превышающего пропускную способность блокчейна в 1+ миллион транзакций в день.
Сегодня эти вторичные блокчейны расширяют варианты использования, чтобы обеспечить более превосходное взаимодействие с конечным пользователем благодаря более высокому количеству транзакций в секунду, более низкой плате за газ и гарантии того, что все транзакции после завершения необратимо записываются в основной сети.
Гарантируя, что основная сеть обрабатывает критические аспекты децентрализации, доступности данных и безопасности, решения блокчейна L2 эффективно переносят транзакционную нагрузку на свою параллельную сеть и разгружают основную сеть в процессе.
Это решает проблему масштабирования, от которой страдают блокчейны первого уровня, такие как Биткойн и Эфириум, и в то же время обеспечивает доступность надежных децентрализованных стандартов безопасности для широкого спектра децентрализованных приложений (DApps), которые сегодня становятся все более распространенными.
Ethereum Rollups как решения для масштабирования уровня 2
Роллапы, называемые так потому, что они «сворачивают» или объединяют несколько транзакций в одну транзакцию основной сети, представляют собой решения для масштабирования уровня 2, которые в конечном итоге наследуют безопасность, обеспечиваемую Ethereum. Кроме того, они подразделяются на два типа в зависимости от того, как данные о возможных транзакциях записываются в блокчейне уровня 1.
Во-первых, это Optimistic Rollups, которые представляют собой блокчейны, расположенные параллельно основной цепочке и избегающие вычислений, которые делают Ethereum дорогим. По сути, предполагая, что все размещенные транзакции являются действительными, они обеспечивают безопасность, имея возможность запускать доказательства ошибок в случае подозрения на недействительную транзакцию.
Второй тип — это Rollups с нулевым разглашением, или zk-Rollups, которые вместо этого используют доказательства достоверности для вычисления транзакций вне сети и последующего сжатия сотен транзакций перед публикацией доказательств криптографической достоверности в основной сети Ethereum.
Ключевое различие между этими двумя типами заключается в том, что проверка блока выполняется намного быстрее в накопительных пакетах с нулевым разглашением, поскольку им требуется только подтверждение достоверности, а не все данные транзакции, как в случае с оптимистическими накопительными пакетами.
Zk-свертки обеспечивают почти нулевые задержки при переводе криптовалютных средств с уровня 2 на уровень 1 и делают их более подходящими для случаев использования, связанных с финансовыми транзакциями, как это видно на примере популярной криптосети уровня 2 Polygon.
С другой стороны, Optimistic Rollups обеспечивают более высокую степень безопасности и децентрализации, поскольку данные транзакций хранятся в блокчейне уровня 1 и больше подходят для приложений с минимальной активностью в цепочке. Они также пользуются полной совместимостью с виртуальной машиной Ethereum (EVM) и Solidity, что позволяет делать в Optimistic Rollup все, что возможно в блокчейне Ethereum.
Демистификация других популярных типов решений масштабирования L2
Сайдчейны — это отдельные блокчейны, которые работают независимо со своими собственными механизмами консенсуса, но также работают параллельно с основной сетью Ethereum с двусторонним мостом, соединяющим оба блокчейна.
Они предлагают разработчикам то же ощущение, что и основная сеть Ethereum, и возможность относительно легко развертывать свои DApp в этих сайдчейнах. Однако, поскольку они используют отдельный механизм консенсуса, боковые цепи технически не являются блокчейнами уровня 2, поскольку в их протокол встроена более низкая степень децентрализации.
Другим примером двунаправленного типа блокчейна является канал состояния, также упомянутый в качестве платежного канала, в котором криптосредства депонируются в смарт-контракте на блокчейне уровня 1, а подписанные билеты создаются на первом. Популярные примеры, доступные как в сети Биткойн, так и в сети Ethereum, включают сеть Lightning, которая позволяет пользователям быстро совершать транзакции вне сети и позже записывать окончательные данные обратно в сеть Биткойн. Raiden Network — еще один государственный канал, работает с блокчейном Ethereum, а также позволяет пользователям запускать через них смарт-контракты.
Цепочки Plasma привязаны к основной сети Ethereum и используют доказательства мошенничества, аналогичные Optimistic Rollups, для проверки действительности транзакции в случае возникновения спора. Они более предпочтительны в сценариях, где транзакции выполняются между произвольными пользователями на высоких скоростях с более низкой платой за газ.
Тем не менее, вывод средств из этих блокчейнов занимает несколько дней для подачи арбитражных исков и требует дополнительных капитальных затрат в случаях, когда требуется ликвидность для взаимозаменяемых активов.
Вложенные блокчейны снова похожи на плазменные цепочки, но включают несколько взаимосвязанных вторичных цепочек, которые работают поверх блокчейна уровня 1. Формируя отношения родитель-потомок, вложенные блокчейны распределяют работу по этим вторичным или дочерним цепочкам и полагаются на базовую сеть для установки параметров для всей сети сети.
Валидиумы очень похожи на накопительные пакеты с нулевым разглашением в том смысле, что они не уязвимы для кибератак и не имеют задержек при выводе средств из этих блокчейнов. Однако они требуют больших вычислительных мощностей и нерентабельны для вариантов использования с низкой пропускной способностью.
Блокчейны уровня 1 и уровня 2
Несмотря на решения масштабирования уровня 1, такие как внесение изменений в согласованный протокол и попытки шардинга сделать блокчейны, такие как Биткойн и Эфириум, более масштабируемыми, они все еще находятся в стадии разработки, и в настоящее время несколько проектов работают над выводом на рынок удобных для пользователя решений.
Однако оба метода пытаются решить «трилемму масштабируемости» — термин, придуманный основателем Ethereum Виталиком Бутериным, который намекает на нерешенную проблему в сетях, основанных на технологии распределенного реестра, где каждый узел, проверяющий транзакции, не может одновременно достичь децентрализации, безопасности и масштабируемости.
Пока еще не принято решение о том, насколько успешными они могут быть, решения уровня 2 уже обеспечивают скорость транзакций и сборы, которые идеально подходят для масштабирования экосистемы блокчейна, чтобы раскрыть весь потенциал этой новаторской технологии.
Многочисленные DApp уже используют эти решения для предоставления ранее невозможных возможностей в сферах игр, децентрализованных финансов (DeFi) и метавселенной, в дополнение к капитальному ремонту традиционных секторов, таких как финансы, корпоративное управление, аудит и многие другие.
Несмотря на преимущества, способ, которым эти блокчейны проверяют транзакции, необходимо оценивать на основе варианта использования, и необходимо тщательно проанализировать возможность мошеннических действий валидаторов на блокчейне уровня 2. Тем не менее, постоянно разрабатываются новые решения для масштабирования уровня 2, и это пространство будет по-прежнему привлекать большое внимание, аплодисменты и критику.
Будущее блокчейнов L2
Поскольку технология блокчейна продолжает набирать популярность в реальном мире, акцент на масштабируемость, высокую скорость транзакций и низкую плату за газ будет стимулировать развитие блокчейнов L1 и L2. Поскольку блокчейны L1, такие как Ethereum, обещают внести важные обновления, такие как изменения в механизм консенсуса, и внедрить такие методы, как сегментирование, это окажет усиленное влияние на связанные с ними блокчейны L2.
Блокчейны L2 непреднамеренно смогут предложить еще более быстрое время транзакций и снизить затраты до уровня, который до сих пор не наблюдался. Эти преимущества в сочетании с распространением блокчейнов L2, несомненно, будут способствовать появлению новых приложений, особенно в пространстве DeFi.
Более того, благодаря тому, что между различными платформами блокчейна L2 строится больше мостов, пользователи смогут пользоваться преимуществами более высокой функциональной совместимости блокчейна и открывать новые возможности в таких областях, как торговля цифровыми активами.
Таким образом, решения масштабирования L2 будут играть ключевую роль в продвижении многоцепочечного мира, и это возложит на разработчиков ответственность за обеспечение устойчивого роста без каких-либо компромиссов в отношении принципов безопасности, децентрализации и масштабируемости, которыми известны блокчейны.
Вся криптоиндустрия в целом должна будет объединить усилия, постоянно внедрять инновации и сотрудничать друг с другом, чтобы вывести на рынок решения для масштабирования L2 и DApps, которые помогут миру перейти к децентрализованной экономике.
