TL;DR
Obliba kryptoměn a blockchainů exponenciálně roste, stejně jako počet uživatelů a transakcí. I když je snadné pochopit, proč je blockchain tak revoluční, škálovatelnost – schopnost systému růst a zároveň uspokojovat rostoucí poptávku – byla vždy výzvou. Veřejné blockchainové sítě, které jsou velmi decentralizované a bezpečné, mají často problémy s dosažením vysoké propustnosti.
Často se tomu říká blockchainové trilema, podle kterého je prakticky nemožné, aby decentralizovaný systém dosáhl současně stejně vysoké úrovně decentralizace, bezpečnosti a škálovatelnosti. Reálně mohou mít blockchainové sítě pouze dva z těchto tří faktorů.
Naštěstí ale na škálovacích řešeních pracují tisíce nadšenců a odborníků. Některá z těchto řešení upravují architekturu hlavního blockchainu (vrstva 1), zatímco jiná se zaměřují na protokoly vrstvy 2, které se provozují nad hlavní sítí.
Úvod
Vzhledem k velkému množství dostupných blockchainů a kryptoměn nemusíte ani vědět, jestli používáte blockchain první nebo druhé vrstvy. Skrytí komplikovanosti blockchainu má své výhody, ale je dobré rozumět systému, do kterého investujete nebo který používáte. Po přečtení tohoto článku porozumíte rozdílům mezi blockchainy první a druhé vrstvy a různým řešením škálovatelnosti.
Co je blockchain první a druhé vrstvy?
Termín první vrstva označuje základní úroveň architektury blockchainu. Je to hlavní struktura blockchainové sítě. Blockchainy první vrstvy jsou například Bitcoin, Ethereum a BNB Chain. Druhá vrstva označuje sítě vybudované nad jinými blockchainy. Takže pokud je Bitcoin první vrstva, síť Lightning Network, která funguje nad Bitcoinem, je příklad druhé vrstvy.
Vylepšení škálovatelnosti blockchainové sítě je možné rozdělit na řešení na první a druhé vrstvě. Řešení na první vrstvě přímo změní pravidla a mechanismy původního blockchainu. Řešení na druhé vrstvě použije externí, paralelní síť, která zpracovává transakce mimo hlavní blockchain.
Proč je škálovatelnost blockchainu důležitá?
Představte si, že se mezi velkým městem a jeho rychle rostoucím předměstím staví nová dálnice. S rostoucí hustotou provozu na dálnici začnou být dopravní zácpy zcela běžné (zejména v dopravních špičkách) a průměrná doba jízdy z bodu A do bodu B se tak může výrazně prodloužit. Není divu, když má silniční infrastruktura omezenou kapacitu a poptávka po ní neustále roste.
Co může místní správa udělat pro to, aby více lidí mohlo po této trase dojíždět rychleji? Jedním z řešení by bylo zlepšit samotnou dálnici a přidat po obou stranách silnice další pruhy. To ale není vždy praktické, protože se jedná o nákladné řešení, které by navíc způsobilo značné potíže těm, co už dálnici používají. Alternativou je být kreativní a zvážit jiné přístupy, které nesouvisí se změnami hlavní infrastruktury, jako je výstavba dalších obslužných komunikací nebo zavedení příměstské železnice podél dálnice.
Ve světě blockchainové technologie by primární dálnice představovala první vrstvu (hlavní síť), zatímco doplňkové obslužné komunikace by byly řešeními na druhé vrstvě (sekundární síť pro zlepšení celkové kapacity).
Mezi blockchainy první vrstvy patří Bitcoin, Ethereum a Polkadot. Jsou to blockchainy základní vrstvy, které zpracovávají a zaznamenávají transakce pro své ekosystémy a mají vlastní kryptoměnu, která obvykle slouží k placení poplatků a širšímu využití. Příkladem škálovacího řešení Etherea na druhé vrstvě je Polygon. Síť Polygon pravidelně pověřuje kontrolní body na hlavní síti (Ethereum), aby aktualizovaly svůj stav.
Klíčovým prvkem blockchainu je propustnost. Je to měřítko rychlosti a efektivity, podle kterého poznáte, kolik transakcí lze za určitou dobu zpracovat a zaznamenat. S rostoucím počtem uživatelů a zvyšujícím se počtem souběžných transakcí se může blockchain první vrstvy zpomalit a jeho používání se může prodražit. To platí zejména pro blockchainy první vrstvy, které místo mechanismu konsenzu Proof of Stake používají mechanismus konsenzu Proof of Work.
Aktuální problémy první vrstvy
Dobrými příklady sítí první vrstvy, které mají problémy se škálováním, jsou Bitcoin a Ethereum. Oba blockchainy zabezpečují svou síť distribuovaným modelem konsenzu. To znamená, že všechny transakce jsou před validací ověřovány více uzly. Všechny takzvané těžební uzly soutěží o vyřešení složité výpočetní hádanky a úspěšní těžaři jsou odměňováni v nativní kryptoměně sítě.
Jinými slovy, všechny transakce vyžadují před potvrzením nezávislé ověření několika uzly. Je to efektivní způsob zaznamenávání a ukládání správných a ověřených dat na blockchainu, který zároveň snižuje riziko útoku ze strany subjektů se špatnými úmysly. Jakmile se ale síť stane tak oblíbenou jako Ethereum nebo Bitcoin, nároky na propustnost začnou být stále větším problémem. Když je síť zahlcená, potvrzení transakcí je pomalejší a uživatele stojí víc peněz.
Jak fungují škálovací řešení na první vrstvě?
Blockchainy první vrstvy mají k dispozici několik možností, jak propustnost a celkovou kapacitu sítě zvýšit. V případě blockchainů, které používají mechanismus Proof of Work, je jednou z možností, jak zvýšit počet transakcí za sekundu (TPS) a zároveň snížit poplatky za zpracování, přechod na Proof of Stake. Přesto se názory na přínosy a dlouhodobé důsledky mechanismu Proof of Stake v kryptoměnové komunitě různí.
Škálovací řešení na sítích první vrstvy obvykle představuje vývojářský tým projektu. V závislosti na řešení bude muset komunita provést štěpení typu hard fork nebo soft fork. Některé drobné změny, jako je aktualizace SegWit sítě Bitcoin, jsou zpětně kompatibilní.
Větší změny, jako je například zvětšení bitcoinového bloku na 8 MB, vyžadují hard fork. Tím se vytvoří dvě verze blockchainu, jedna s aktualizací a druhá bez ní. Další možností, jak zvýšit propustnost sítě, je sharding. Tím se blockchainové operace rozdělí na více menších částí, které místo postupného zpracování zpracovávají data současně.
Jak fungují škálovací řešení na druhé vrstvě?
Jak už jsme zmiňovali, řešení na druhé vrstvě se opírají o sekundární sítě, které pracují paralelně s hlavním blockchainem nebo nezávisle na něm.
Rollupy
Řešení zvané zero-knowledge rollup (nejběžnější typ rollupu) shromažďuje offchainové transakce na druhé vrstvě a na hlavní blockchain je odesílá jako jednu transakci. Tyto systémy používají ke kontrole integrity transakcí důkazy o platnosti. Aktiva jsou držena na původním blockchainu pomocí přemosťovacího chytrého kontraktu, který potvrzuje, že rollup funguje, jak má. Toto řešení spojuje zabezpečení původní sítě s výhodami méně náročného rollupu.
Sidechainy (vedlejší blockchainy)
Sidechainy jsou nezávislé blockchainové sítě s vlastním souborem validátorů. To znamená, že platnost sidechainové sítě neověřuje přemosťovací chytrý kontrakt na hlavním blockchainu. Sidechain může ovládat aktiva na původním blockchainu, a tak mu musíte důvěřovat, že funguje správně.
Stavové kanály
Stavový kanál je obousměrné komunikační prostředí mezi stranami, které se účastní transakce. Tyto strany oddělí část hlavního blockchainu a připojí ji k transakčnímu kanálu mimo blockchain. To se obvykle provádí prostřednictvím předem dohodnutého chytrého kontraktu nebo metody více podpisů. Strany pak mimo blockchain realizují transakci nebo sérii transakcí, aniž by distribuované účetní knize (tj. hlavnímu blockchainu) okamžitě odesílaly údaje o transakci. Jakmile jsou všechny transakce realizovány, na hlavní blockchain se k ověření odešle pouze konečný stav. Tento mechanismus zlepšuje rychlost transakcí a celkovou kapacitu sítě. Na základě stavových kanálů fungují řešení jako síť Lightning Network na Bitcoinu nebo Raiden na Ethereu.
Vnořené blockchainy
Toto řešení se opírá o sérii sekundárních blockchainů, které jsou umístěny nad hlavním, nadřízeným blockchainem. Vnořené blockchainy fungují podle pravidel a parametrů stanovených nadřízeným blockchainem. Hlavní blockchain se na realizaci transakcí nepodílí a jeho role je omezena na řešení případných sporů. Každodenní operace jsou delegovány na podřízené blockchainy, které zpracované transakce po dokončení vrací na hlavní blockchain. Příkladem vnořeného blockchainu je Plasma sítě OmiseGO.
Omezení škálovacích řešení první a druhé vrstvy
Jak řešení první vrstvy, tak i řešení druhé vrstvy mají svoje jedinečné výhody a nevýhody. Práce na první vrstvě může být nejefektivnějším řešením pro rozsáhlá vylepšení protokolu. Zároveň to ale znamená, že musíte přesvědčit validátory, aby prostřednictvím hard forku změny přijali.
Jedním z možných příkladů, kdy validátoři nemusí chtít změnu přijmout, je změna z mechanismu konsenzu Proof of Work na Proof of Stake. Těžaři tímto přechodem na efektivnější systém přijdou o příjmy, což je od zlepšení škálovatelnosti odrazuje.
Řešení druhé vrstvy nabízí mnohem rychlejší způsob, jak zlepšit škálovatelnost. V závislosti na použité metodě ale můžete přijít o velkou část bezpečnosti původního blockchainu. Uživatelé sítím, jako je Ethereum a Bitcoin, důvěřují, protože jsou odolné a jejich bezpečnost se osvědčila. Odstranění určitých aspektů první vrstvy s sebou často nese to, že se ohledně efektivnosti a bezpečnosti musíte spolehnout na tým a síť druhé vrstvy.
Co bude dál po první a druhé vrstvě?
Jednou z klíčových otázek je, zda vůbec budeme řešení na druhé vrstvě potřebovat, když je první vrstva čím dál tím lépe škálovatelná. Stávající blockchainy se zlepšují a zároveň vznikají nové sítě s dobrou škálovatelností. Zlepšení škálovatelnosti velkých systémů ale bude trvat dlouho a nelze ho zaručit. Nejpravděpodobnější možností je, že se sítě první vrstvy zaměří na bezpečnost a sítím druhé vrstvy umožní přizpůsobit jejich služby konkrétním případům použití.
V blízké budoucnosti existuje slušná pravděpodobnost, že velké blockchainy jako Ethereum budou v tomto odvětví díky své velké komunitě uživatelů a vývojářů i nadále dominovat. Jeho rozsáhlá a decentralizovaná skupina validátorů a dobrá pověst ale vytváří dobrý základ pro cílená řešení druhé vrstvy.
Závěrem
Od počátku vzniku kryptoměn se snaha o lepší škálovatelnost projevuje dvojím přístupem, který definují vylepšení první vrstvy a řešení na druhé vrstvě. Pokud máte diverzifikované kryptoměnové portfolio, existuje velká pravděpodobnost, že jste vystaveni sítím první i druhé vrstvy. A teď už víte, jaké jsou mezi nimi rozdíly a jaké přístupy ke škálování nabízí.