Порівняння Layer 1 та Layer 2: Масштабовані рішення для блокчейну, що змінюють криптоекосистему

Технологія блокчейн довела свою здатність підвищувати довіру, зміцнювати безпеку транзакцій та покращувати прозорість даних у всій мережі бізнесу. Ця децентралізована система працює, зменшуючи операційні витрати та спрощуючи раніше складні процеси. Однак, із швидким впровадженням, виникають нагальні питання: як зробити блокчейн більш масштабованим відповідно до попиту ринку? Тут важливими стають поняття layer 1 і layer 2. Обидва підходи пропонують різні рішення для однієї й тієї ж проблеми масштабованості — як обробляти більше транзакцій без шкоди для безпеки або децентралізації.

Щоб залишатися конкурентоспроможними, екосистема блокчейн має впроваджувати найновіші інновації, такі як передові техніки масштабування, технології шардингу, покращені протоколи безпеки та більш потужні ініціативи децентралізації. Глибоке розуміння різниці між layer 1 і layer 2 та їхньої взаємодії є ключем до оптимізації мережі блокчейн у майбутньому.

Трилема блокчейну: чому layer 1 проти layer 2 стають важливими

Масштабованість блокчейну — це не лише технічне виклик, а й фундаментальна проблема, відома як «Трилема блокчейну». Цю революційну концепцію вперше запропонував Віталік Бутерін, один із засновників Ethereum, і вона сформувала спосіб мислення індустрії щодо дизайну блокчейну.

Трилема стверджує, що системи блокчейн стикаються з дилемою, яку, здавалося б, неможливо вирішити: вони повинні балансувати між трьома основними властивостями — децентралізацією, масштабованістю та безпекою. За цим концептом, одночасно досягти оптимального рівня всіх трьох неможливо. Кожен криптопроект у кінцевому підсумку змушений жертвувати однією з цих характеристик, щоб досягти прийнятного компромісу.

Саме тому layer 1 і layer 2 стають настільки важливими темами для обговорення. Layer 1 (базовий блокчейн) намагається вирішити трилему шляхом модифікації протоколу, тоді як layer 2 (рішення поверх базового блокчейну) обирає більш легкий підхід, будуючи поверх вже існуючої основи. Знаходження ідеального балансу між цими трьома факторами є критичним для довгострокової адаптації блокчейну. Тому постійні інновації у механізмах вирішення цих проблем є необхідними для подолання постійно зростаючих викликів.

Розуміння різниці: layer 1 проти layer 2 у мережі блокчейн

Перед глибоким аналізом конкретних рішень важливо зрозуміти, як фундаментально відрізняються layer 1 і layer 2. Обидва використовують принципово різні механізми для досягнення масштабованості.

Layer 1 (базовий блокчейн) включає:

• Шардинг: розподілена система, яка ділить стан мережі на менші частини (шарди), що дозволяє паралельну обробку транзакцій
• Зміни у механізмі консенсусу: перехід з Proof-of-Work (PoW) на Proof-of-Stake (PoS) для підвищення масштабованості та зменшення енергоспоживання
• SegWit (Segregated Witness): техніка, яка відокремлює підписні дані від транзакцій для оптимізації простору блоку

Layer 2 (додаткові рішення) включає:

• State Channels: забезпечують офчейн транзакції між сторонами без необхідності поширювати кожну транзакцію у мережі
• Sidechains: незалежні блокчейни, що з’єднані через міст (bridge) для підвищення інтероперабельності
• Rollups: збирають дані транзакцій і переміщують їх із основної ланцюга, виконуючи транзакції офчейн, зберігаючи при цьому гарантії безпеки on-chain

Ці відмінності мають не лише академічне значення — вони мають практичні наслідки для продуктивності мережі, вартості користувачів і розподілу безпеки.

Рішення layer 1: підвищення пропускної здатності базового блокчейну

Layer 1 — це фундамент усіх операцій у блокчейні, також відомий як основний ланцюг або mainchain. Масштабовані рішення layer 1, або on-chain масштабування, працюють, дозволяючи мережі обробляти транзакції безпосередньо у своєму протоколі без додаткових шарів.

Bitcoin і Ethereum — найвідоміші приклади мереж layer 1. Обидві системи використовують децентралізований механізм консенсусу для захисту транзакцій, коли багато вузлів по всій мережі перевіряють і погоджують кожну транзакцію перед додаванням до блоку. Однак зростаюча популярність викликає зростаючий попит на швидші підтвердження та нижчі комісії.

Рішення layer 1 пропонують різноманітні методи безпосереднього підвищення масштабованості мережі. Зазвичай це модифікація правил протоколу, збільшення розміру блоку або прискорення часу створення блоку. Для впровадження таких змін часто потрібен hard fork або soft fork — наприклад, оновлення SegWit у Bitcoin.

Альтернативним підходом є шардинг. Шардинг розділяє операції блокчейну на сегменти, які можуть оброблятися паралельно, що значно підвищує пропускну здатність мережі.

Як layer 1 підвищує масштабованість: від шардингу до Proof-of-Stake

Технологія шардингу

Шардинг — це метод, запозичений із розподілених баз даних. Він дозволяє розділити стан мережі на менші частини (шарди), що обробляються одночасно. Кожен вузол відповідає за свій шард, і всі вони взаємодіють через спеціальні протоколи для обміну інформацією.

Приклад — Zilliqa, яка реалізує транзакційний шардинг. Транзакції групуються у невеликі пакети і обробляються паралельно різними шардами, що суттєво підвищує пропускну здатність.

Перехід на Proof-of-Stake (PoS)

Proof-of-Stake — це більш енергоефективний механізм консенсусу, ніж PoW. Він використовує набагато менше енергії — важливий аспект у світі, де все більше шукають екологічно чисті рішення.

У PoS учасники мережі ставлять свої застави (stake) для підтвердження нових блоків. Це не лише економить ресурси, а й може підвищити масштабованість, безпеку та ефективність одночасно.

Перехід Ethereum до Ethereum 2.0 — історична подія, яка підвищить масштабованість з нинішніх близько 30 TPS до амбітних 100 000 TPS. Це кардинально вирішить проблему заторів у мережі, забезпечуючи користувачам більш плавний і швидкий досвід.

SegWit: оптимізація даних транзакцій

SegWit (Segregated Witness) — інноваційний метод, що відокремлює підписні дані від основних транзакцій і усуває частину зайвої інформації. Це дозволяє обробляти більше транзакцій у тому ж просторі блоку.

SegWit вирішує проблему обмеження розміру блоку Bitcoin (до 1 МБ), яке обмежує кількість транзакцій. Вилучаючи підписні дані і зберігаючи їх окремо, він зменшує вагу транзакції і прискорює обробку. Оскільки підписні дані займають близько 65% простору транзакції, нова структура зменшує їхній розмір приблизно на чверть.

Важливо, що SegWit сумісний з попередніми версіями — вузли з новим протоколом можуть безперешкодно працювати з старими, що забезпечує плавний перехід і мінімізує збої у мережі.

Приклади проектів layer 1 та їхні механізми

Рішення layer 1 — це покращення архітектури основного блокчейну, які не вимагають додаткових шарів або систем. Вони підвищують ефективність, змінюючи базовий протокол або архітектуру.

Деякі з провідних проектів:

• Ethereum 2.0: перехід на PoS, впровадження шардингу для підвищення пропускної здатності
• Cardano: використовує механізм Ouroboros PoS для високої масштабованості та енергоефективності
• Algorand: застосовує чистий PoS з високою швидкістю транзакцій і остаточністю
• Fantom: використовує асинхронний Byzantine Fault Tolerance (aBFT) для високої пропускної здатності
• Bitcoin з SegWit: впровадження SegWit для підвищення пропускної здатності без зміни розміру блоку

Переваги масштабування layer 1

Рішення layer 1 мають кілька суттєвих переваг:

• Не потребують окремого ланцюга: не потрібно створювати додаткову інфраструктуру, вони змінюють протокол для підвищення пропускної здатності
• Довгострокова стабільність: зміни в протоколі забезпечують довготривалі переваги — вищий throughput, кращу ефективність, безпеку, зниження вартості та масштабованість, зберігаючи децентралізацію
• Зниження витрат: менша затримка у мережі зменшує конкуренцію за місце у блоці і, відповідно, ціну транзакцій
• Збереження децентралізації: зміни у протоколі підтримують відкритий і контрольований користувачами процес, що сприяє розвитку інструментів і нових рішень

Обмеження layer 1

Попри переваги, layer 1 має і виклики:

• Вплив на доходи майнерів/валідаторів: перехід на більш ефективні механізми (наприклад, PoS) може зменшити їхній дохід, що може знизити мотивацію до підтримки масштабування
• Обмеження апаратного забезпечення вузлів: технічні обмеження щодо зберігання та пропускної здатності вузлів створюють перешкоди у масштабуванні
• Можливе затримання навіть із покращеннями: зростання обсягу транзакцій може спричинити затори через збільшення обсягу даних у мережі
• Складність міжшарових транзакцій: шардинг — перспективне рішення, але міжшарова взаємодія ще в розробці, потребує додаткових ресурсів і часу для оптимізації

Рішення layer 2: масштабування через додатковий шар

Layer 2 — це мережі, системи або технології, що працюють поверх layer 1 для додавання функцій і підвищення продуктивності. Ідея проста, але потужна: базовий блокчейн зосереджується на безпеці і децентралізації, тоді як додаткові шари відповідають за масштабованість.

Мережі layer 2 мають підтверджувати свої транзакції через layer 1, що забезпечує безпеку. Це відрізняє їх від sidechain — окремих блокчейнів із власними механізмами консенсусу і безпеки.

Layer 2 пропонує елегантне рішення для мереж із проблемами масштабованості. Вони дозволяють швидше і дешевше здійснювати транзакції, зберігаючи децентралізацію і безпеку layer 1. Такий підхід допомагає краще балансувати трилему — наближаючись до ідеального співвідношення трьох властивостей.

Три основні категорії рішень layer 2

Rollups: пакетна обробка і офчейн виконання

Rollups підвищують масштабованість, виконуючи транзакції і смарт-контракти поза основним ланцюгом (off-chain), а результати підтверджують у ланцюгу (on-chain). Це дає значний приріст пропускної здатності і суттєво знижує витрати.

Механізми rollups:

1. Off-Chain виконання: мережа layer 2 виконує транзакції від імені основного ланцюга, зменшуючи навантаження і витрати
2. Пакетна обробка транзакцій: багато транзакцій збираються у великі пакети і завантажуються у блокчейн, що підвищує ефективність
3. Мінімальні вимоги до валідаторів: достатньо одного чесного валідатора для підтвердження у layer 1, що зменшує навантаження і зберігає безпеку

State Channels: транзакції між сторонами офчейн

State channels дозволяють сторонам вести багато транзакцій офчейн без поширення кожної у мережі. Це значно підвищує масштабованість і знижує витрати.

Приклад — Lightning Network для Bitcoin, яка дозволяє швидко і дешево здійснювати мікроплатежі, зменшуючи навантаження на основний ланцюг.

Sidechains: незалежні блокчейни з двонаправленим мостом

Sidechain — це окремий блокчейн із власним механізмом консенсусу, що з’єднаний із основним через двонаправлений міст (bridge). Вони більш гнучкі і дешеві, але безпосередньо не успадковують безпеку основного ланцюга.

Sidechain допомагає зменшити навантаження на головний ланцюг, знижуючи витрати і підвищуючи масштабованість. Вони також слугують тестовим майданчиком для нових функцій.

Приклади — Polygon PoS, Skale, Rootstock. Ethereum має власний shard chain, що з’єднаний із Beacon Chain, і стане основним ланцюгом Ethereum на базі PoS.

Відомі проекти layer 2

• Arbitrum: Ethereum-орієнтований rollup, що використовує Optimistic Rollups для підвищення ефективності. Висока пропускна здатність, низькі витрати, збережена безпека Ethereum. Токен ARB — $0.10, з активною громадою і DAO.
• Lightning Network: для Bitcoin — швидкі і дешеві офчейн транзакції, що робить Bitcoin більш схожим на цифрові гроші peer-to-peer.
• Optimism: optimistic rollup для Ethereum, з великим екосистемним потенціалом і підтримкою багатьох протоколів.
• Polygon: створений для масштабування Ethereum, забезпечує швидкі і дешеві транзакції, підтримує DeFi, NFT, і Web3 застосунки.

Переваги layer 2

• Підвищена ефективність: Arbitrum і Optimism значно збільшують пропускну здатність і знижують витрати
• Швидкість і енергоефективність: Lightning Network робить Bitcoin швидшим і дешевшим
• Масштабування Ethereum: layer 2 розширює можливості DeFi і Web3
• Мережі блокчейнів: Polygon створює «інтернет блокчейнів», що обмінюються даними і цінностями без обмежень

Обмеження layer 2

• Обмежена взаємодія між протоколами: децентралізовані додатки на різних layer 2 можуть бути ізольовані
• Фрагментація ліквідності: розподіл активів по різних мережах ускладнює управління і обмін
• Складність входу: використання кількох layer 2 і мостів ускладнює процес і може знизити безпеку і зручність для користувачів

Порівняння layer 1 і layer 2 у практиці

Головне питання — як вони працюють разом і відрізняються у реальних сценаріях. Layer 1 — це самостійна мережа, що забезпечує безпеку і основний функціонал. Layer 2 — це доповнення, яке розширює можливості, не замінюючи основний ланцюг.

Мережі layer 1 досягають масштабованості через зміни у протоколі і шардинг. Layer 2 — через state channels, rollups і sidechains, що підвищують швидкість і знижують витрати.

Layer 1 — це джерело істини і відповідальний за завершення транзакцій. Вони мають свої токени для доступу до ресурсів і часто є інноваційними лідерами у механізмах консенсусу.

Layer 2 — це функціонально схожі, але з додатковими перевагами у швидкості і ціні. Вони мають свої унікальні методи підтвердження транзакцій, забезпечуючи безпеку без шкоди продуктивності.

Вплив Ethereum 2.0 на стратегію layer 1 і layer 2

Ethereum 2.0 — це трансформаційний крок, що може змінити обидва рівні. Перехід на PoS і впровадження шардингу підвищать пропускну здатність до 100 000 TPS, вирішуючи проблему заторів і забезпечуючи більш плавний досвід.

Однак, Ethereum 2.0 не робить layer 2 зайвими. Навпаки, він підкреслює їхню важливість у довгостроковій стратегії масштабування. Layer 2 дозволяють виконувати складні DeFi операції і забезпечують міжпротоколову взаємодію.

Обмеження — це можливість взаємодії між різними протоколами і мережами. Layer 2 поки що має обмежену сумісність, але проекти як Polygon активно працюють над цим.

Реальні застосування і наслідки

Масштабованість — це не лише технічна проблема, а й ключ до нових можливостей у фінансах, NFT, іграх і Web3.

DeFi

Ethereum — головна платформа для DeFi. MakerDAO створює стабільну монету DAI, забезпечену ETH. Інші проекти — кредитування, торгівля, зберігання даних. Технології Ethereum дозволяють безпечно передавати дані між мільйонами серверів.

Layer 2, наприклад Lightning Network, трансформує фінансові застосунки: мікроплатежі, перекази, ігри, швидкі розрахунки. Це зменшує витрати і підвищує швидкість.

NFT і цифрові колекції

Ethereum — основа світового ринку NFT. Polygon знижує бар’єри для масового ринку, роблячи торгівлю NFT дешевшою і доступнішою.

Ігри і Web3 Entertainment

Polygon створює інфраструктуру для Web3 ігор, допомагає розробникам будувати ігри з низькими затримками і високою продуктивністю. Це зменшує проблеми з затримками і підвищує якість ігрового досвіду.

Майбутнє масштабування блокчейну: що очікувати

Розробники активно досліджують і впроваджують нові рішення — шардинг, офчейн транзакції, нові layer 2 — для підвищення пропускної здатності і зниження витрат.

Мета — зробити блокчейн більш доступним для масового застосування, зменшити бар’єри входу і підвищити швидкість. Це відкриває шлях до широкого впровадження криптовалют і децентралізованих додатків.

Зі зростанням масштабованості мережі, блокчейн стане більш зручним для щоденних транзакцій і застосунків. Це підвищить популярність і adoption криптовалют.

Інновації у сфері міжланцюгової взаємодії, такі як LayerZero, розширюють можливості крос-ланцюгової масштабованості і взаємодії.

Висновок: побудова масштабованого майбутнього блокчейну

Майбутнє масштабованості блокчейну виглядає багатообіцяючим, з безперервними дослідженнями і розвитком. Гібридні підходи, що поєднують layer 1 і layer 2, відкривають нові можливості для екосистеми.

Розуміння ролі layer 1 і layer 2 — ключ до оптимізації майбутніх стратегій. Впровадження цих технологій суттєво вплине на широке прийняття криптовалют і децентралізованих додатків.

Ми рухаємося до цифрового середовища, яке стане більш зручним, доступним і безпечним завдяки цим інноваціям. Це захоплюючий час для участі у секторі блокчейн, з безліччю можливостей попереду. Завдяки міцній основі layer 1 і практичним масштабам layer 2, екосистема готова до революційних змін.