Когда в 2009 году с появлением Биткоина миру была представлена концепция блокчейна, основное внимание уделялось созданию децентрализованной и безопасной технологии распределенной базы данных, способной обеспечить прозрачность транзакций.
Это требование вызвало необходимость создания нативного (встроенного, родного) средства оплаты транзакций, что привело к появлению монеты BTC. Из-за того, что блокчейн-экосистема развивалась экспоненциально, выявилась фундаментальная проблема низкой пропускной способности транзакций и недостаточной масштабируемости, присущей блокчейнам первого уровня.
Решают ли блокчейны первого уровня проблему масштабируемости
Блокчейн первого уровня, как Bitcoin и Ethereum, представляет собой базовый протокол, также известен как основная цепь, майннет или L1-блокчейн, который используется в сочетании со сторонними протоколами второго уровня.
Основная проблема масштабируемости блокчейна связана с механизмом консенсуса proof-of-work (PoW), который требует чрезмерного количества вычислительных ресурсов для создания каждого блока данных о транзакциях в сети. Более того, объем транзакций, который может обрабатывать блокчейн первого уровня, обратно пропорционален времени, необходимому для их завершения, что приводит к увеличению комиссии за транзакции или газа.
Поскольку блокчейны первого уровня обрабатывают и завершают транзакции в своем собственном блокчейне, любые изменения в базовом протоколе могут потенциально нарушить его работу, что делает задачу изменения механизма консенсуса рискованной.
Ethereum — L1-блокчейн, который перешел от механизма консенсуса Proof-of-Work (PoW) к модели Proof-of-Stake (PoS), чтобы устранить проблему масштабируемости. Хотя это снизило требования к вычислительным затратам и повысило энергоэффективность блокчейна, он все же пытается полагается на решения масштабирования первого уровня, такие как шардинг, чтобы в конечном счете увеличить количество транзакций до 100'000 в секунду.
Шардинг, более популярное решение масштабирования первого уровня, предполагает разделение транзакций на небольшие наборы данных, а затем использование горизонтально разделенного алгоритма для их параллельной обработки. Однако в модели консенсуса PoS полномочия по проверке предоставляются крупнейшим участникам, что приводит к централизации, которая тоже требует решения, особенно в вопросах финансов.
Что такое блокчейн второго уровня и зачем он нужен
Несмотря на недостатки масштабируемости и скорости блокчейнов первого уровня, их растущая популярность и последующая значительная ликвидность привели к появлению блокчейн-решений второго уровня, таких как Polygon на базе Ethereum или Lightning Network на базе Bitcoin.
Эти решения, или L2-блокчейны, позволяют обрабатывать тысячи мелких транзакций после проверки на параллельных цепочках, а затем передавать записи в основной блокчейн (mainnet), чтобы обеспечить их неизменную регистрацию.
Изначально этот термин был введен как собирательный для описания определенного набора решений для масштабирования Ethereum. Решения второго уровня предназначались для удовлетворения спроса, превышающего пропускную способность блокчейна в 1+ млн транзакций в день.
Сегодня эти вторичные блокчейны расширяют сферу использования, обеспечивая более высокий уровень обслуживания конечных пользователей за счет более высокой пропускной способности, более низкой платы за газ и гарантий того, что все транзакции после их завершения необратимо впишутся в основную сеть.
По сути, L2-решения не увеличивают пропускную способность блокчейнов первого уровня, а перенимают на себя часть их сетевой нагрузки.
Обеспечивая работу основной сети с важнейшими аспектами децентрализации, доступности данных и безопасности, решения второго уровня эффективно перекладывают транзакционную нагрузку на свою сеть, работающую параллельно основной, высвобождая место в мемпуле L1-блокчейна.
Это в некотором смысле решает проблему масштабирования, с которой сталкиваются блокчейны первого уровня, и одновременно обеспечивает надежные децентрализованные стандарты безопасности для многочисленных децентрализованных приложений (dApps).
Роллапы как L2-решения для масштабирования
Роллапы (Rollups), названные так потому, что они «сворачивают» или упаковывают несколько транзакций в сети в одну, представляют собой решения масштабирования второго уровня, которые в конечном итоге наследуют безопасность, обеспечиваемую Ethereum. Они делятся на два типа в зависимости от того, как данные о транзакциях записываются в блокчейн первого уровня.
- Первый тип — оптимистичные роллапы (Optimistic Rollups) — это блокчейны, которые работают параллельно с основной цепочкой и позволяют избежать вычислений, которые делают Ethereum дорогим. Они «оптимистично» считают все транзакции валидными и начинают их проверку только в случае возникновения проблемы и наличия доказательства.
- Второй тип — роллапы с нулевым разглашением, или zk-роллапы, которые проверяют множество транзакций вне основной цепи, используя доказательства достоверности, после чего сжимают их в один массив данных и публикуют его криптографическое доказательство достоверности в основной сети Ethereum, не разглашая хранящихся в транзакциях сведений, что повышает приватность.
Ключевое различие между этими двумя типами заключается в том, что проверка блока в zk-роллапах происходит гораздо быстрее, поскольку им требуется только доказательство достоверности, а не все данные транзакций, как в случае с optimistic-роллапами.
Zk-роллапы обеспечивают практически нулевую задержку при переводе средств из цепочки второго уровня в цепочку первого уровня, что делает их более подходящими для использования в сфере финансовых операций.
Оптимистичные роллапы, в свою очередь, обеспечивают более высокую степень безопасности и децентрализации, данные о транзакциях хранятся в блокчейне первого уровня, и больше подходят для приложений с минимальной активностью на цепи. Кроме того, они обладают полной совместимостью с Ethereum Virtual Machine (EVM) и Solidity, что позволяет делать на Optimistic Rollup всё то же самое, что и на блокчейне Ethereum.
Другие типы решений для масштабирования
Сайдчейны — это отдельные блокчейны, которые работают независимо друг от друга со своими собственными механизмами консенсуса, но при этом функционируют параллельно с основной сетью Ethereum через двусторонний мост, соединяющий оба блокчейна.
Они предлагают разработчикам те же условия, что и майннет Ethereum, и возможность относительно легко развернуть свои dApps на этих сайдчейнах. Но поскольку они используют отдельные механизмы консенсуса, сайдчейны технически не являются блокчейнами второго уровня, в их протокол встроена более низкая степень децентрализации.
Другим примером двунаправленного типа блокчейна являются каналы состояния, также называемые платежными каналами, в которых средства блокируются в смарт-контрактах блокчейна первого уровня, а в блокчейнах второго уровня в эквивалентном количестве эмитируются их суррогаты.
- Популярным примером является сеть Lightning Network, которая позволяет совершать быстрые транзакции вне цепочки и позже записывать конечные данные в сеть Bitcoin.
- Raiden Network — еще один канал состояния, который работает с блокчейном Ethereum, а также позволяет запускать через него смарт-контракты.
- Плазменные цепочки (Plasma Chain) привязаны к майннету Ethereum и используют доказательства мошенничества, аналогично оптимистичным роллапам, для проверки валидности транзакций в случае возникновения споров. Они более предпочтительны в сценариях, когда транзакции осуществляются между произвольными пользователями на высоких скоростях с меньшими затратами газа.
Однако вывод средств из таких «блокчейнов» занимает несколько дней для урегулирования возможных разногласий и требует дополнительных затрат в случаях, когда требуется ликвидность для взаимозаменяемых активов.
- Nested-блокчейны, или вложенные, похожи на плазменные цепочки, но включают в себя несколько взаимосвязанных вторичных цепочек, которые работают поверх блокчейна первого уровня. Формируя связь со вторичными цепочками, вложенные блокчейны распределяют работу между ними и полагаются на базовый майннет, чтобы задавать правила всей сети цепочек.
- Validiums (валидиумы) полностью похожи на роллапы с нулевым разглашением в том смысле, что они не подвержены кибератакам и не испытывают задержек при выводе средств с этих блокчейнов. Однако они требуют больших вычислительных мощностей и неэффективны в работе с низкой пропускной способностью.
L1 и L2-блокчейны: суть и перспективы
Несмотря на то, что решения для масштабирования первого уровня, такие как изменение протокола консенсуса и шардинг, пытаются повысить пропускную способность блокчейнов, они еще не достаточно зрелы.
Однако, оба метода пытаются решить «трилемму масштабируемости» — термин, введенный основателем Ethereum Виталиком Бутериным, который указывает на нерешенную проблему в сетях, основанных на технологии распределенных реестров, когда каждый узел, подтверждающий транзакции, не может одновременно обеспечить децентрализацию, безопасность и масштабируемость.
Пока еще не ясно, насколько успешными могут быть эти решения, но L2-решения уже обеспечивают скорость транзакций и снижение сетевых комиссий для блокчейн-экосистемы, чтобы раскрыть весь потенциал технологии. Многочисленные dApps уже используют эти решения для предоставления ранее невозможного опыта в таких цифровых сферах, как игры, DeFi и метаверсы, а также для реорганизации традиционных секторов, таких как финансы, корпоративное управление, аудит и многое другое.
Несмотря на все преимущества, методы подтверждения транзакций в этих блокчейнах необходимо оценивать в зависимости от конкретного случая, а также тщательно анализировать возможность мошенничества со стороны валидаторов блокчейнов второго уровня. Тем не менее, новые решения для масштабирования разрабатываются постоянно, и это пространство будет продолжать привлекать много внимания.
Поскольку технология блокчейн продолжает получать все большее распространение в реальном мире, упор на масштабируемость, высокую скорость транзакций и низкие комиссии будет стимулировать дальнейшее развитие решений как для L1-, так и L2-блокчейнов. Эти решения непроизвольно смогут предложить еще более быстрое время транзакций и снижение комиссий до невиданного ранее уровня.
Преимущества в сочетании с распространением будут способствовать появлению новых приложений, особенно в сфере DeFi. Между различными платформами будет построено больше мостов, что поспособствует более высокой кроссчейн-совместимости, новым возможностям торговли цифровыми активами и переходу к децентрализованной экономике.
