Сравнение Layer 1 и Layer 2: Масштабируемые решения блокчейна, меняющие экосистему криптовалют

Технология блокчейн доказала свою способность повышать доверие, укреплять безопасность транзакций и увеличивать прозрачность данных по всей сети бизнесов. Эта децентрализованная система работает, снижая операционные издержки и упрощая ранее сложные процессы. Однако с быстрым ростом внедрения возникают насущные вопросы: как сделать блокчейн более масштабируемым в соответствии с требованиями рынка? Здесь важную роль играют уровни 1 и 2. Эти два подхода предлагают разные решения одной и той же проблемы масштабируемости — как обрабатывать больше транзакций без ущерба для безопасности или децентрализации.

Чтобы оставаться конкурентоспособными, экосистеме блокчейн необходимо внедрять передовые инновации, такие как современные техники масштабирования, технологии шардинга, усовершенствованные протоколы безопасности и более сильные инициативы по децентрализации. Глубокое понимание различий между уровнями 1 и 2 и того, как они могут работать вместе, является ключом к оптимизации блокчейн-сетей в будущем.

Трилемма блокчейн: почему уровни 1 и 2 важны

Масштабируемость блокчейна — это не только техническая проблема, а фундаментальная дилемма, известная как «Трилемма блокчейн». Эта революционная концепция впервые была предложена Виталиком Бутериным, одним из основателей Ethereum, и сформировала подход индустрии к дизайну блокчейнов.

Трилемма утверждает, что системы блокчейн сталкиваются с дилеммой, которую, кажется, невозможно решить: им нужно балансировать между тремя важными свойствами — децентрализацией, масштабируемостью и безопасностью. Согласно этой концепции, невозможно одновременно достичь оптимальных показателей по всем трём параметрам. Каждый криптопроект в конечном итоге вынужден жертвовать одним из этих качеств, чтобы добиться приемлемого компромисса.

Именно поэтому уровни 1 и 2 становятся столь важной темой для обсуждения. Уровень 1 (базовый блокчейн) пытается решить трилемму, модифицируя протоколы, в то время как уровень 2 (надстройки) выбирает более легкий подход, строя поверх существующей основы. Поиск идеального баланса между этими тремя факторами — критически важен для долгосрочной адаптации блокчейнов. Поэтому необходимы постоянные инновации в механизмах решения проблем, чтобы справляться с постоянно развивающимися вызовами.

Понимание различий: уровни 1 и 2 в блокчейн-сетях

Перед тем как углубиться в конкретные решения, важно понять, чем фундаментально отличаются уровни 1 и 2. Они используют совершенно разные механизмы для достижения целей масштабируемости.

Уровень 1 (базовый блокчейн) включает:

• Шардинг: распределенная система, делящая состояние сети на меньшие части (шарды), что позволяет параллельную обработку транзакций
• Изменения в механизмах консенсуса: переход с Proof-of-Work (PoW) на Proof-of-Stake (PoS) для повышения масштабируемости и снижения энергопотребления
• SegWit (Segregated Witness): техника, разделяющая подписи транзакций и данные транзакций для оптимизации пространства блока

Уровень 2 (дополнительные решения) включает:

• Каналы состояния (State Channels): позволяют участникам проводить оффчейн-транзакции без необходимости публиковать каждую из них в сеть
• Боковые цепочки (Sidechains): независимые блокчейны, связанные с основным через мосты, повышающие интероперабельность
• Rollups: собирают данные транзакций и переносят их из основной цепи, выполняя транзакции оффчейн, сохраняя безопасность on-chain

Эти различия не только теоретические — они существенно влияют на производительность сети, стоимость для пользователей и уровень безопасности.

Решения уровня 1: увеличение возможностей базового блокчейна

Уровень 1 — это фундамент всех операций блокчейна, также известный как основной или мейнчейн. Решения масштабирования уровня 1, или on-chain, работают за счет расширения возможностей сети для обработки транзакций непосредственно в их основной цепи без добавления дополнительных слоев.

Bitcoin и Ethereum — два наиболее известных примера сетей уровня 1. Обе используют децентрализованные модели консенсуса для защиты транзакций, при этом множество узлов по всему миру проверяют и согласовывают каждую транзакцию перед добавлением в блок. Однако растущая популярность вызывает постоянный рост спроса на более быстрые подтверждения и меньшие комиссии.

Решения уровня 1 предлагают различные методы для прямого повышения масштабируемости сети. Общие стратегии включают изменение правил протокола, увеличение размера блока и ускорение времени его создания. Для внедрения этих изменений часто требуется форк — жесткий или мягкий — например, обновление SegWit в Bitcoin.

Альтернативный подход — шардинг. Он делит работу блокчейна на сегменты, которые могут обрабатывать данные параллельно, значительно увеличивая общую пропускную способность сети.

Как уровень 1 повышает масштабируемость: от шардинга до Proof-of-Stake

Технология шардинга

Шардинг — это метод, вдохновленный распределенными базами данных. Он делит состояние всей сети на меньшие части — шарды. Каждый узел назначается на определенный шард и обрабатывает транзакции внутри него независимо, что значительно повышает производительность.

Эти шарды взаимодействуют через специальные протоколы, делясь информацией о счетах, балансах и статусе сети. Например, проект Zilliqa реализует транзакционный шардинг, где транзакции группируются и обрабатываются параллельно, что увеличивает пропускную способность.

Переход на Proof-of-Stake

Proof-of-Stake — более эффективный механизм консенсуса по сравнению с PoW. Он использует значительно меньше энергии — важный аспект в условиях растущего внимания к экологической ответственности.

В PoS участники сети ставят свои активы (стейк), чтобы подтвердить новые блоки. Этот механизм не только экономит энергию, но и повышает масштабируемость, безопасность и эффективность.

Переход Ethereum на Ethereum 2.0 включает внедрение PoS, что должно повысить пропускную способность с примерно 30 транзакций в секунду (TPS) до амбициозных 100 000 TPS. Это решит проблему перегрузки сети и обеспечит более плавный и экономичный пользовательский опыт.

SegWit: оптимизация данных транзакций

SegWit — инновационный метод, разделяющий подписи (witness data) и основную часть транзакции, что позволяет блокам обрабатывать больше транзакций за тот же объем пространства.

Это решает жесткое ограничение размера блока в Bitcoin — 1 МБ, что ограничивает число транзакций. Исключая подписи и сохраняя их отдельно, SegWit уменьшает вес транзакции и ускоряет обработку. Поскольку подписи занимают около 65% пространства, новая структура witness сокращает их до четверти.

Важно, что SegWit совместим с предыдущими версиями — узлы, поддерживающие новый протокол, могут взаимодействовать с устаревшими, что обеспечивает плавный переход.

Примеры проектов уровня 1 и их механизмы

Решения уровня 1 — это улучшения основной архитектуры сети, не требующие дополнительных слоев. Они повышают эффективность за счет изменения протоколов или внедрения шардинга.

Некоторые ведущие проекты:

• Ethereum 2.0: переход на PoS и шардинг для увеличения пропускной способности
• Cardano: использует механизм Ouroboros PoS с высокой масштабируемостью и низким энергопотреблением
• Algorand: применяет чистый PoS с фокусом на скорости и финальности транзакций
• Fantom: использует асинхронный Byzantine Fault Tolerance (aBFT) для высокой пропускной способности
• Bitcoin с SegWit: внедрение SegWit для увеличения транзакционной емкости без изменения размера блока

Преимущества решений уровня 1

Решения уровня 1 имеют ряд существенных преимуществ:

• Отсутствие необходимости в отдельной цепочке: не требуют дополнительных цепочек или инфраструктуры, а улучшают протоколы для повышения пропускной способности
• Долгосрочные изменения протокола: обеспечивают устойчивое увеличение транзакционной скорости, снижение затрат и повышение безопасности, сохраняя децентрализацию
• Снижение стоимости транзакций: уменьшение перегрузки сети снижает конкуренцию за пространство блока, что ведет к более низким комиссиям
• Сохранение децентрализации: изменения протоколов осуществляются прозрачно, что позволяет сети оставаться открытой и управляемой пользователями

Ограничения решений уровня 1

Несмотря на преимущества, решения уровня 1 сталкиваются с вызовами:

• Влияние на доходы майнеров/валидаторов: переход на более эффективные механизмы, такие как PoS, может снизить доходы участников, что уменьшает стимулы к развитию масштабируемости
• Ограничения аппаратных ресурсов узлов: технические ограничения по хранению и пропускной способности узлов создают барьеры для масштабирования
• Возможные заторы при росте TPS: увеличение объема данных может привести к перегрузкам даже при внедрении решений уровня 1
• Сложности межшардовых транзакций: транзакции между шардами требуют дополнительных ресурсов и могут увеличивать задержки, требуют дальнейших разработок

Решения уровня 2: масштабирование через дополнительные слои

Уровень 2 — это сети, системы или технологии, работающие поверх основного блокчейна для расширения его возможностей. Идея проста и мощна: основной блокчейн фокусируется на безопасности и децентрализации, а дополнительные слои обеспечивают масштабируемость.

Такие решения должны подтверждать безопасность основной цепи, передавая им транзакции через нее. Это отличает их от систем вроде боковых цепочек, которые могут иметь собственные механизмы консенсуса и безопасности.

Решения уровня 2 позволяют быстрее и эффективнее обрабатывать транзакции, сохраняя при этом децентрализацию и безопасность основной сети. Такой подход помогает лучше сбалансировать трилемму — приблизить свойства сети к желаемому равновесию.

Три основные категории решений уровня 2

Rollups: группировка и оффчейн-исполнение

Rollups повышают масштабируемость, выполняя транзакции и смарт-контракты вне основной цепи, а результаты подтверждают внутри нее. Это обеспечивает значительно больший throughput и меньшие издержки по сравнению с обычными on-chain транзакциями.

Основные механизмы:

1. Оффчейн-исполнение: сеть уровня 2 обрабатывает транзакции от имени основной цепи, уменьшая нагрузку и снижая издержки
2. Группировка транзакций: собирает множество транзакционных данных в один пакет и публикует его в основной цепи
3. Минимальные требования к честным валидаторам: достаточно одного честного валидатора для проверки, что повышает эффективность и снижает требования к оборудованию

Каналы состояния (State Channels): оффчейн-транзакции между участниками

Каналы состояния позволяют сторонам проводить множество транзакций вне цепи без необходимости публиковать каждую операцию. Это значительно увеличивает пропускную способность и снижает издержки.

Пример — Lightning Network для Bitcoin, которая позволяет быстро и дешево проводить микроплатежи, делая Bitcoin более похожим на цифровое наличные.

Боковые цепочки (Sidechains): независимые цепи, связанные с основной

Sidechains — это отдельные блокчейны, связанные с основной через двунаправленные мосты или пеги. Они могут иметь свои механизмы консенсуса, адаптированные под конкретные задачи, что повышает эффективность и снижает издержки.

Однако безопасность sidechain зависит от их собственных механизмов, и пользователи должны доверять их валидаторам. Sidechains помогают разгрузить основную сеть, снизить комиссии и расширить функциональность.

Примеры популярных sidechain — Polygon PoS, Skale, Rootstock. Ethereum 2.0 также включает шардинг, связанный с Beacon Chain, что в будущем станет основной цепью Ethereum на базе PoS.

Примеры ведущих проектов уровня 2

• Arbitrum: использует Optimistic Rollups для повышения эффективности Ethereum, сохраняя безопасность основной цепи. Текущая цена ARB — около $0.10, с небольшим снижением за 24 часа. Переход к управлению через DAO обеспечивает децентрализацию.
• Lightning Network: ускоряет и удешевляет транзакции Bitcoin, делая его более похожим на цифровые наличные, с меньшим энергопотреблением.
• Optimism: использует optimistic rollups для масштабирования Ethereum, с богатой экосистемой протоколов, таких как Synthetix, Uniswap и Velodrome. Общий заблокированный объем (TVL) — свыше $500 млн.
• Polygon: создает «интернет блокчейнов», позволяя быстро запускать совместимые с Ethereum цепочки, расширяя возможности межцепочечной передачи данных и стоимости.

Преимущества решений уровня 2

• Повышенная эффективность: Arbitrum и другие используют rollups для увеличения пропускной способности и снижения затрат
• Быстрые транзакции и меньшее энергопотребление: Lightning Network делает Bitcoin быстрее и дешевле, приближая его к функциям цифровых наличных
• Масштабирование Ethereum: Optimism и подобные платформы позволяют расширять экосистему, сохраняя безопасность
• Интернет блокчейнов: Polygon создает экосистему, где цепочки могут свободно обмениваться данными и ценностями

Ограничения решений уровня 2

• Ограниченная совместимость между протоколами: взаимодействие между dApps на разных Layer 2 и с Layer 1 может быть сложным
• Фрагментация ликвидности: создание отдельных экосистем может привести к рассеянию ликвидных ресурсов
• Сложности внедрения: добавление множества Layer 2 увеличивает сложность и время onboarding, требует управления несколькими мостами и аккаунтами

Сравнение уровней 1 и 2 в практике

Главный вопрос — как они работают вместе и отличаются. Нет смысла сравнивать их только по преимуществам, ведь у каждого есть свои сильные стороны и области применения.

Базовые блокчейны уровня 1 — это самостоятельные сети, обеспечивающие безопасность, хранение данных и выполнение транзакций. Они создают фундамент для решений уровня 2.

Решения уровня 2 — это вспомогательные слои, поддерживающие и расширяющие возможности основной сети. Они не заменяют уровень 1, а дополняют его.

Масштабируемость уровня 1 достигается за счет изменения алгоритмов консенсуса и шардинга. Решения уровня 2 используют каналы, боковые цепочки, rollups и другие технологии для повышения производительности и снижения затрат.

Основной блокчейн — источник правды, отвечающий за окончательное подтверждение транзакций. Он также использует собственные токены для доступа к ресурсам и внедрения новых механизмов.

Решения уровня 2 предоставляют схожие функции, но с преимуществами в скорости и стоимости. Каждое из них использует уникальные методы для безопасной интеграции с основной цепью, обеспечивая баланс между безопасностью и эффективностью.

Влияние Ethereum 2.0 на стратегию уровней 1 и 2

Ethereum 2.0 — это трансформационный этап, который может изменить оба уровня. Переход на PoS и внедрение шардинга позволяют значительно увеличить пропускную способность — до 100 000 TPS, что кардинально решит проблему перегрузки сети.

Однако Ethereum 2.0 не делает решения Layer 2 устаревшими. Наоборот, оно подчеркивает их важность для долгосрочной масштабируемости. Layer 2 позволяют выполнять сложные DeFi операции и обеспечивают межпротокольную совместимость.

Несмотря на улучшения, только масштабирование уровня 1 не решает всех проблем, например, с совместимостью и взаимодействием между протоколами. Layer 2 помогают преодолеть эти ограничения, обеспечивая более гладкий пользовательский опыт.

Практическое применение и последствия

Решения масштабирования — это не только теория, они меняют индустрию и используют в реальных приложениях.

DeFi и финансы

Ethereum — ведущий блокчейн для DeFi. Проекты вроде MakerDAO создают стабильные монеты, а смарт-контракты обеспечивают децентрализованные кредиты, торговлю и платежи. Технология Ethereum позволяет безопасно передавать данные между миллионами серверов, что революционизирует хранение и обмен информацией.

Layer 2, такие как Lightning Network, позволяют проводить микроплатежи, рендеринг быстрых расчетов и обменов, что ранее было невозможно на основном блокчейне. Это открывает новые возможности для микроплатежей, ремитансов, игр и быстрого расчетного обмена.

Примеры — Nostr для микроплатежей, Strike для международных переводов, THNDR Games для мобильных игр с Lightning, OpenNode для приема Bitcoin-платежей. Polygon активно используется в DeFi — его TVL превышает $1,3 млрд, а платформы как Aave и Compound расширяют возможности кредитования и обмена.

NFT и цифровые коллекционные предметы

Ethereum — основа рынка NFT, позволяющая монетизировать искусство, музыку и медиа через уникальные токены. Это создало новую экономику для цифровых создателей.

Polygon снижает барьеры по стоимости транзакций, делая NFT более доступными для массового рынка. Он поддерживает торговлю NFT и обеспечивает минимальные комиссии.

Игры и Web 3 развлечения

Polygon создал подразделение Polygon Studios, чтобы помочь разработчикам переносить игры из Web 2.0 в Web 3.0. Это включает маркетинг, поддержку сообществ и инвестиции.

Технологии Ethereum и Polygon позволяют уменьшить задержки и повысить эффективность игр на блокчейне, улучшая пользовательский опыт и расширяя возможности для игровых приложений и NFT-игр.

Будущее масштабируемости блокчейна: что ожидает нас

Разработка решений масштабирования — активная область исследований и экспериментов. Инженеры работают над шардингом, оффчейн-транзакциями и Layer 2, чтобы повысить пропускную способность и сделать блокчейн более пригодным для массового использования.

Цель — устранить внутренние ограничения, такие как медленные транзакции и высокие комиссии, и сделать блокчейн более доступным для обычных приложений. Гибридные подходы, сочетающие уровни 1 и 2, могут дать оптимальный результат.

Эти стратегии сделают блокчейн быстрее, проще и удобнее для новых пользователей. В будущем масштабируемость определит широкое внедрение криптовалют и децентрализованных приложений.

По мере роста возможностей сети блокчейн станет более привлекательным для ежедневных транзакций и коммерческих решений, что повысит популярность и расширит аудиторию.

Также, с увеличением масштабов, блокчейн сможет лучше удовлетворять растущий спрос на DeFi и другие приложения. Развитие инфраструктуры и новые технологии, такие как LayerZero, расширяют границы межцепочечной совместимости и масштабируемости.

Итог: строим масштабируемое будущее блокчейна

Перспективы решений по масштабированию блокчейна выглядят очень многообещающими благодаря постоянным исследованиям и инновациям. Гибридные подходы, объединяющие уровни 1 и 2, открывают новые возможности для экосистемы.

Понимание различий между уровнями 1 и 2 — ключ к оптимизации будущих стратегий. Влияние этих инициатив на массовое принятие криптовалют трудно переоценить: более масштабируемые сети смогут лучше справляться с растущими требованиями к децентрализованным финансам и другим приложениям.

Мы движемся к более удобной, доступной и безопасной цифровой среде благодаря этим улучшениям инфраструктуры. Это захватывающее время для участия в блокчейн-секторе, с безграничными возможностями впереди. С фундаментом на уровне 1 и практическими масштабируемыми решениями уровня 2, блокчейн готов к беспрецедентным трансформациям.