Чому блокчейн потребує багаторівневих рішень: глибоке порівняння Layer 1 та Layer 2

Глибокі труднощі блокчейну

Коли технологія блокчейну поступово набирає застосування, перед нами постає нездоланна проблема: як забезпечити безпеку та децентралізацію одночасно з обробкою мільйонів транзакцій? Це відоме як “триєдинство блокчейну” — розробники мають балансувати між децентралізацією, безпекою та масштабованістю, і досягти ідеального рішення одночасно дуже складно.

Що таке Layer 1 і Layer 2: різниця

Перед обговоренням схем масштабування потрібно зрозуміти суттєві відмінності між цими двома концепціями.

Layer 1 (перший рівень) — це базова інфраструктура блокчейну, наприклад, Біткоїн і Ефіріум, які обробляють остаточне врегулювання всіх транзакцій. Ці ланцюги мають повний механізм консенсусу, доступність даних і виконавче середовище, і є “головним ланцюгом” екосистеми.

Layer 2 (другий рівень) — це рішення для масштабування, побудовані поверх основного ланцюга, які частково переносять обробку транзакцій поза основний ланцюг або на побічні ланцюги, а потім повертають результати назад до головного. Основна різниця полягає в тому, що Layer 1 змінює сам протокол, а Layer 2 створює додаткові канали для прискорення транзакцій.

Як працюють схеми масштабування Layer 1

Технологія шардингу (Sharding)

Шардинг розділяє стан всього блокчейну на кілька менших частин — “шардів”. На відміну від послідовної обробки транзакцій, кожен шард може обробляти транзакції одночасно, що значно підвищує пропускну здатність мережі.

Наприклад, Zilliqa застосовує схему “шарду транзакцій”, групуючи транзакції та паралельно їх перевіряючи різними шардами. Кожен шард може спілкуватися з іншими через протоколи міжшарду для обміну адресами, балансами та станами.

Оптимізація механізму консенсусу

Перехід від Proof of Work (PoW) до Proof of Stake (PoS) — ще один ключовий напрямок. PoS не вимагає від майнерів великих обчислювальних ресурсів, а дозволяє власникам токенів ставати валідаторами, блокуючи свої активи для підтвердження блоків. Це знижує енергоспоживання і підвищує швидкість обробки транзакцій (TPS).

Наприклад, оновлення Ефіріум — перехід з PoW на PoS — має на меті досягти 100 000 TPS, тоді як поточна основна мережа обробля близько 30 TPS.

SegWit (Segregated Witness)

Рішення Bitcoin — SegWit — передбачає відокремлення підписів транзакцій від основних даних. Оскільки цифрові підписи займають близько 65% обсягу транзакції, їх відокремлення дозволяє зменшити розмір однієї транзакції у 4 рази, що дозволяє помістити більше транзакцій у один блок при однаковому розмірі.

Перевага SegWit у тому, що воно зворотно сумісне — оновлені вузли та ті, що залишилися без оновлення, можуть спілкуватися без проблем, забезпечуючи плавний перехід.

Переваги рішень Layer 1

• Без додаткових ланцюгів: не залежить від побічних ланцюгів або інших структур, безпосередньо змінює базовий протокол для підвищення пропускної здатності
• Кардинальні рішення: покращення алгоритмів консенсусу, збільшення розміру блоків або прискорення їх створення — усі ці заходи спрямовані на покращення масштабованості зсередини
• Довгостроковий ефект: на відміну від тимчасових рішень, покращення Layer 1 мають тривалий вплив
• Збереження децентралізації: відкритий процес оновлень гарантує контроль мережі користувачами, а не кількома суб’єктами
• Зниження комісій: при зменшенні навантаження на мережу користувачі не повинні боротися за місце у блоці

Обмеження рішень Layer 1

• Зниження доходів майнерів/валідаторів: перехід з PoW на PoS може зменшити прибутки деяких учасників, що вплине на їхню участь
• Обмеження з боку обладнання та пропускної здатності вузлів: апаратні обмеження окремих вузлів обмежують загальну продуктивність мережі
• Проблеми заторів транзакцій: з ростом TPS зростає обсяг даних, що передаються, і може виникнути новий вузол
• Складність міжшарових транзакцій: координація транзакцій між шардами ще в розробці, затримки можуть збільшитися

Як працюють схеми масштабування Layer 2

Оптимістичні роллапи (Optimistic Rollups)

Оптимістичні роллапи виконують транзакції та смарт-контракти поза основним ланцюгом, а потім записують дані назад у головний. Вони базуються на припущенні, що всі транзакції є валідними, і лише у разі суперечок їх оскаржують.

Arbitrum — один із провідних проектів у цій сфері. Він реалізує підвищену пропускну здатність і знижені комісії на базі Ethereum, зберігаючи безпеку Ethereum. Введено власний токен управління ARB, і проект перейшов до децентралізованої організації (DAO).

Optimism також використовує технологію оптимістичних роллапів для розширення екосистеми Ethereum. На сьогодні в його мережі працює 97 протоколів, включаючи Synthetix, Uniswap і Velodrome, з загальним заблокованим обсягом понад 5 мільярдів доларів. Щоб користуватися, потрібно додати мережу Optimism у MetaMask і мостити ETH та інші активи на другий рівень.

Канали стану (State Channels)

Канали стану дозволяють учасникам проводити багато транзакцій поза мережею без необхідності кожного разу їх підтверджувати у мережі. Це значно підвищує пропускну здатність і знижує витрати.

Lightning Network — найуспішніша реалізація каналів стану у мережі Bitcoin. Вона дозволяє швидко здійснювати мікроплатежі та перекази поза мережею з низькими витратами та швидким підтвердженням. Енергоспоживання Lightning Network значно нижче, ніж у основної мережі Bitcoin, що відповідає сучасним вимогам зелених технологій.

У реальних застосуваннях Nostr (децентралізована соціальна мережа) використовує Lightning Network для відправки та отримання мікроподарунків; додатки на кшталт Strike підтримують швидкі та дешеві міжнародні перекази; платіжні сервіси на кшталт OpenNode дозволяють роздрібним продавцям приймати Bitcoin і миттєво розраховуватися.

Побічні ланцюги (Sidechains)

Побічні ланцюги — це незалежні блокчейни, які з’єднані з основним через двонапрямні “містки”. Вони мають власний механізм консенсусу і можуть бути оптимізовані під конкретні типи транзакцій, що підвищує ефективність і знижує витрати.

Побічні ланцюги не мають повної безпеки основного ланцюга, тому користувачі повинні довіряти їхнім вузлам і механізмам консенсусу. Але цей підхід дає розробникам більше свободи — можна тестувати нові функції, не порушуючи стабільність основної мережі.

Polygon PoS, Skale і RSK — відомі рішення побічних ланцюгів. Зокрема, Polygon прагне створити “інтернет блокчейнів”, щоб швидко розгортати незалежні ланцюги, сумісні з Ethereum. Polygon перейшов від назви Matic Network, щоб підкреслити свою роль у мультиланцюговій інфраструктурі. За даними, його DeFi-екосистема має заблокований обсяг близько 1,3 мільярда доларів і підтримує провідні протоколи, такі як Compound і Aave.

Переваги схем Layer 2

• Швидкість транзакцій: обробка поза мережею значно скорочує час підтвердження
• Низькі витрати: зменшення кількості операцій у мережі знижує вартість для користувачів
• Збереження безпеки: через регулярні розрахунки з Layer 1 забезпечується остаточність транзакцій
• Гнучкість застосувань: різні рішення Layer 2 можна оптимізувати під конкретні сценарії
• Швидке впровадження: легше оновлювати та розгортати порівняно з модифікацією протоколу Layer 1

Виклики схем Layer 2

• Обмеження транзакцій: деякі протоколи Layer 2 можуть бути несумісними з іншими Layer 2 або з основною мережею, що спричиняє фрагментацію екосистеми
• Розподіл ліквідності: кілька схем Layer 2 розподіляють вже обмежені ресурси
• Складність користувацького досвіду: потрібно керувати кількома мостами та обліковими записами, що ускладнює використання
• Складність підключення: багаторівнева структура вимагає додаткових кроків для управління активами і мостами

Вже застосовуються на практиці

Фінансова сфера

У екосистемі Ethereum MakerDAO використовує смарт-контракти для створення стабільної монети DAI, забезпеченої Ether, з фіксованою ціною 1 долар. Lightning Network дозволяє Bitcoin перетворити у справжню пірінгову електронну готівку — мікроплатежі, швидкі перекази і внутрішньоігрові транзакції з мінімальним енергоспоживанням.

NFT-ринок

Ethereum — головна платформа для торгівлі NFT, що дозволяє передавати цінність у вигляді унікальних токенів для мистецтва, музики та інших цифрових контентів. Polygon зменшує бар’єри входу — дуже низькі комісії роблять NFT більш доступними для звичайних користувачів.

Ігрова екосистема

У липні 2021 року створено Polygon Studios, щоб перенести ігри з Web 2.0 у Web 3.0. Студія підтримує маркетинг, розвиток спільноти та інвестиції. Завдяки масштабованості Polygon ігрові додатки отримують швидкість транзакцій, зменшення затримок і підвищену пропускну здатність, а торгівля NFT стала більш ефективною.

Що змінить Ethereum 2.0

Оновлення Ethereum (включно з завершеним The Merge і запланованими шарами) — це останній крок у покращенні Layer 1. Після оновлення Ethereum має обробляти близько 100 000 TPS, що значно перевищує нинішні 30 TPS.

Але це не означає, що Layer 2 зникне. Навпаки, роль Layer 2 у екосистемі Ethereum може стати ще важливішою:

• Оновлення Layer 1 частково вирішує проблему масштабованості
• Layer 2 пропонує більш ефективні рішення для складних DeFi-операцій і міжпротоколної взаємодії
• Об’єднання обох рівнів максимізує ефективність всієї екосистеми

Наприклад, проекти на кшталт Polygon створюють міжланцюгові рамки, що поступово усувають бар’єри між різними Layer 2.

Пряме порівняння Layer 1 і Layer 2

Майбутній гібридний шлях

Провідні проекти вже усвідомлюють, що одне рішення не може ідеально відповідати всім сценаріям. Майбутнє — це поєднання:

• кардинальних покращень Layer 1 і гнучких масштабувань Layer 2
• використання міжланцюгових технологій для зменшення фрагментації
• можливості для користувачів перемикатися між рівнями залежно від потреб

Такий гібридний підхід забезпечує і безпеку, і децентралізацію, і високу пропускну здатність, і кращий користувацький досвід.

Перспективи

Розвиток технологій масштабування блокчейну безпосередньо впливає на масове впровадження криптовалют. Зі зрілістю рішень Layer 1 і Layer 2 з’являється екосистема з швидшими транзакціями і нижчими витратами. DeFi, ігри, платежі — все це стане ще більш популярним.

Це не лише технологічний прогрес, а й необхідний шлях для впровадження цифрових активів і смарт-контрактів у повсякденне життя. Для тих, хто прагне долучитися до цієї революції, зараз — найкращий час.