TL;DR
Popularność krypto i blockchainu rośnie wykładniczo, podobnie jak liczba użytkowników i transakcji. Choć łatwo dostrzec, jak rewolucyjnym rozwiązaniem jest blockchain, skalowalność – zdolność systemu do rozwoju przy jednoczesnym zaspokajaniu rosnącego popytu – zawsze stanowiła wyzwanie. Publiczne sieci blockchain, które są wysoce zdecentralizowane i bezpieczne, często mają problemy z osiągnięciem wysokiej przepustowości.
Jest to często opisywane jako Dylemat Blockchaina, który mówi, że jest praktycznie niemożliwe, aby zdecentralizowany system osiągnął jednocześnie równie wysoki poziom decentralizacji, bezpieczeństwa i skalowalności. Realistycznie rzecz biorąc, sieci blockchain mogą mieć tylko dwa z tych trzech czynników.
Na szczęście tysiące entuzjastów i ekspertów pracuje nad rozwiązaniami dotyczącymi skalowania. Niektóre z tych rozwiązań mają na celu zmianę architektury głównego blockchaina (Warstwa 1), podczas gdy inne są ukierunkowane na protokoły Warstwy 2, które działają na wierzchu sieci bazowej.
Wprowadzenie
Ze względu na dużą liczbę dostępnych blockchainów i kryptowalut możesz nie wiedzieć, czy używasz łańcucha Warstwy 1, czy Warstwy 2. Ukrywanie złożoności blockchaina ma swoje zalety, ale warto zrozumieć system, w który się inwestuje lub z którego się korzysta. Dzięki temu artykułowi poznasz różnice między Warstwą 1 i Warstwą 2 blockchainów oraz różne rozwiązania w zakresie skalowalności.
Czym jest blockchain Warstwy 1, a czym Warstwy 2?
Termin Warstwa 1 odnosi się do podstawowego poziomu architektury blockchain. Jest to główna struktura sieci. Bitcoin, Ethereum i BNB Chain to przykłady blockchainów Warstwy 1. Warstwa 2 odnosi się do sieci zbudowanych na wierzchu innych blockchainów. Jeśli więc Bitcoin jest Warstwą 1, sieć Lightning Network, która działa na jego szczycie, jest przykładem Warstwy 2.
Usprawnienia skalowalności sieci blockchain można podzielić na rozwiązania Warstwy 1 i Warstwy 2. Rozwiązanie Warstwy 1 będzie bezpośrednio zmieniać zasady i mechanizmy pierwotnego blockchaina. Rozwiązanie Warstwy 2 będzie wykorzystywać zewnętrzną, równoległą sieć do ułatwiania transakcji z dala od głównego łańcucha.
Dlaczego skalowalność blockchaina jest ważna?
Wyobraźmy sobie, że pomiędzy dużym miastem a jego szybko rozwijającymi się przedmieściami powstaje nowa autostrada. Wraz ze wzrostem natężenia ruchu na autostradzie i powszechnymi zatorami – zwłaszcza w godzinach szczytu – średni czas przejazdu z punktu A do punktu B może się znacznie wydłużyć. Nic dziwnego, biorąc pod uwagę, że infrastruktura drogowa ma ograniczoną przepustowość, a zapotrzebowanie stale rośnie.
Co mogą zrobić władze, aby więcej osób dojeżdżających do pracy szybciej pokonywało tę trasę? Jednym z rozwiązań byłoby ulepszenie samej autostrady poprzez dodanie dodatkowych pasów ruchu po obu stronach drogi. Nie zawsze jest to jednak praktyczne, ponieważ jest to drogie rozwiązanie, które spowodowałoby znaczne utrudnienia dla osób już korzystających z autostrady. Alternatywą jest kreatywność i rozważenie różnych rozwiązań niezwiązanych ze zmianami w infrastrukturze podstawowej, takich jak budowa dodatkowych dróg serwisowych lub nawet uruchomienie lekkiej linii tranzytowej wzdłuż autostrady.
W świecie technologii blockchain podstawową autostradą byłaby Warstwa 1 (sieć główna), natomiast dodatkowe drogi serwisowe byłyby rozwiązaniami Warstwy 2 (sieć drugorzędna zwiększająca ogólną przepustowość).
Bitcoin, Ethereum i Polkadot są łańcuchami Warstwy 1. To podstawowe blockchainy, które przetwarzają i rejestrują transakcje w swoich ekosystemach, wykorzystując rodzimą kryptowalutę – zazwyczaj używaną do uiszczania opłat i zapewniania szerszej użyteczności. Polygon jest jednym z przykładów rozwiązania skalującego Warstwy 2 dla Ethereum. Sieć Polygon regularnie przesyła punkty kontrolne do głównej sieci Ethereum, aby informować ją o swoim statusie.
Zdolność przepustowa jest istotnym elementem jeśli chodzi o blockchain. Jest to miara szybkości i wydajności, która pokazuje, jak wiele transakcji można przetworzyć i zarejestrować w określonym czasie. Wraz ze wzrostem liczby użytkowników i liczby jednoczesnych transakcji blockchain Warstwy 1 może stać się powolny i drogi w użyciu. Dotyczy to zwłaszcza blockchainów Warstwy 1, w których stosuje się mechanizm Proof of Work, a nie Proof of Stake.
Bieżące problemy z Warstwą 1
Bitcoin i Ethereum są dobrymi przykładami sieci Warstwy 1, w których występują problemy ze skalowaniem. Obie zabezpieczają sieć za pomocą modelu konsensusu rozproszonego. Oznacza to, że wszystkie transakcje przed zatwierdzeniem są weryfikowane przez wiele węzłów. Tak zwane węzły wydobywcze rywalizują o rozwiązanie złożonej zagadki obliczeniowej, a górnicy, którym się powiedzie, otrzymują wynagrodzenie w rodzimej kryptowalucie sieci.
Innymi słowy, wszystkie transakcje przed potwierdzeniem wymagają niezależnej weryfikacji przez kilka węzłów. Jest to skuteczny sposób rejestrowania i zapisywania poprawnych, zweryfikowanych danych w blockchainie, przy jednoczesnym ograniczeniu ryzyka ataku ze strony złych aktorów. Jednak gdy sieć stanie się tak popularna jak Ethereum czy Bitcoin, zapotrzebowanie na przepustowość staje się coraz większym problemem. W czasach przeciążenia sieci użytkownicy będą musieli liczyć się z wolniejszym czasem potwierdzenia i wyższymi opłatami za transakcje.
Jak działają rozwiązania skalowania Warstwy 1?
W przypadku blockchainów Warstwy 1 dostępnych jest kilka opcji, które mogą zwiększyć przepustowość i ogólną pojemność sieci. W przypadku blockchainów wykorzystujących Proof of Work, przejście na Proof of Stake może być rozwiązaniem pozwalającym na zwiększenie liczby transakcji na sekundę (TPS) przy jednoczesnym obniżeniu opłat za przetwarzanie danych. W społeczności kryptowalutowej panują jednak mieszane opinie na temat korzyści i długoterminowych implikacji Proof of Stake.
Rozwiązania skalujące w sieciach Warstwy 1 są zwykle wprowadzane przez zespół ds. rozwoju projektu. W zależności od rozwiązania, społeczność będzie musiała utworzyć hard fork lub soft fork sieci. Niektóre niewielkie zmiany są kompatybilne wstecz, jak np. aktualizacja SegWit dla Bitcoina.
Większe zmiany, takie jak zwiększenie rozmiaru bloku Bitcoina do 8 MB, wymagają hard forka. W ten sposób powstają dwie wersje blockchaina - jedna z aktualizacją, a druga bez niej. Innym sposobem na zwiększenie przepustowości sieci jest dzielenie jej na mniejsze części. W ten sposób operacje blockchaina są rozdzielane na wiele mniejszych sekcji, które mogą przetwarzać dane jednocześnie, a nie sekwencyjnie.
Jak działają rozwiązania skalujące Warstwy 2?
Jak już wspomniano, rozwiązania Warstwy 2 opierają się na sieciach drugorzędnych, które działają równolegle lub niezależnie od głównego łańcucha.
Rollupy
Zero-knowledge rollups (najbardziej rozpowszechniony rodzaj) łączy transakcje Warstwy 2 poza łańcuchem i przesyła je jako jedną transakcję do głównego łańcucha. Systemy te wykorzystują dowody ważności do sprawdzania integralności transakcji. Aktywa przechowywane są na orginalnym łańcuchu za pomocą smart kontraktu mostowego, który potwierdza, że rollup działa zgodnie z założeniami. Zapewnia to bezpieczeństwo pierwotnej sieci i korzyści wynikające z mniej zasobochłonnego rollupu.
Sidechainy
Sidechainy to niezależne sieci blockchain z własnymi zbiorami walidatorów. Oznacza to, że smart kontrakt mostowy na głównym łańcuchu nie weryfikuje poprawności sieci sidechain. Dlatego należy ufać, że sidechain działa poprawnie, ponieważ jest w stanie kontrolować aktywa w oryginalnym blockchainie.
State channels
State channel to dwukierunkowe środowisko komunikacyjne między stronami transakcji. Strony zamykają część bazowego blockchaina i podłączają go do kanału transakcyjnego off-chain. Zazwyczaj odbywa się to za pomocą wcześniej uzgodnionego smart kontraktu lub multi-signature. Następnie strony realizują transakcję lub partię transakcji off-chain, bez natychmiastowego przesyłania danych do leżącej u podstaw rozproszonej księgi (tj. głównego łańcucha). Po zakończeniu wszystkich transakcji w zestawie, ostateczny "stan" kanału jest przesyłany do blockchaina w celu zatwierdzenia. Mechanizm ten pozwala zwiększyć szybkość transakcji i ogólną przepustowość sieci. Rozwiązania takie jak Bitcoin Lightning Network i Ethereum's Raiden działają w oparciu o tę technologię.
Blockchainy zagnieżdżone (nested)
Rozwiązanie to opiera się na zestawie łańcuchów wtórnych, które są umieszczone na wierzchu głównego, "macierzystego" blockchaina. Blockchainy zagnieżdżone działają zgodnie z zasadami i parametrami określonymi przez łańcuch nadrzędny. Główny łańcuch nie uczestniczy w realizacji transakcji, a jego rola ogranicza się do rozstrzygania sporów w razie potrzeby. Bieżąca praca jest delegowana do łańcuchów "dzieci", które zwracają przetworzone transakcje do łańcucha głównego po zakończeniu pracy poza nim. Projekt Plasma firmy OmiseGO jest przykładem zastosowania rozwiązania blockchaina zagnieżdżonego Warstwy 2.
Ograniczenia rozwiązań skalowania Warstwy 1 i Warstwy 2
Zarówno rozwiązania Warstwy 1, jak i Warstwy 2 mają swoje wyjątkowe zalety i wady. Działania w ramach Warstwy 1 mogą stanowić najbardziej efektywne rozwiązanie w przypadku usprawniania protokołów na dużą skalę. Oznacza to jednak również, że walidatorzy muszą zostać przekonani do zaakceptowania zmian w ramach hard forka.
Jednym z możliwych przykładów, w którym walidatorzy mogą nie chcieć tego robić, jest zmiana z Proof of Work na Proof of Stake. Górnicy stracą dochody w wyniku przejścia na bardziej wydajny system, co zniechęci ich do poprawy skalowalności.
Warstwa 2 zapewnia znacznie szybszy sposób poprawy skalowalności. W zależności od zastosowanej metody można utracić wiele z zabezpieczeń oryginalnego blockchaina. Użytkownicy ufają sieciom takim jak Ethereum i Bitcoin ze względu na ich odporność i dotychczasowe osiągnięcia w zakresie bezpieczeństwa. Pomijając aspekty z Warstwy 1, często trzeba polegać na zespole i sieci Warstwy 2 jeśli chodzi o wydajność i bezpieczeństwo.
Co jest następne po Warstwie 1 i Warstwie 2?
Jednym z kluczowych pytań jest to, czy rozwiązania Warstwy 2 będą w ogóle potrzebne, skoro rozwiązania Warstwy 1 staną się bardziej skalowalne. Istniejące blockchainy są udoskonalane, a nowe sieci tworzone są już z dobrą skalowalnością. Poprawa skalowalności dużych systemów zajmie jednak dużo czasu i nie jest gwarantowana. Najbardziej prawdopodobne jest, że sieci Warstwy 1 skoncentrują się na bezpieczeństwie i pozwolą sieciom Warstwy 2 na dostosowanie swoich usług do konkretnych przypadków użycia.
W najbliższej przyszłości istnieje duże prawdopodobieństwo, że duże łańcuchy, takie jak Ethereum, nadal będą dominować ze względu na dużą społeczność użytkowników i deweloperów. W końcu duży, zdecentralizowany zestaw walidatorów i pewna reputacja stanowią solidną podstawę dla ukierunkowanych rozwiązań Warstwy 2.
Przemyślenia końcowe
Od początku istnienia kryptowalut, dążenie do poprawy skalowalności stworzyło dwutorowe podejście obejmujące ulepszenia Warstwy 1 i rozwiązania Warstwy 2. Jeśli masz zróżnicowane portfolio kryptowalut, istnieje duże prawdopodobieństwo, że masz już styczność z sieciami Warstwy 1 i 2. Teraz rozumiesz już różnice między nimi oraz różne podejścia do skalowania, jakie oferują.