Короткий зміст
Популярність криптовалюти та блокчейну зростає в геометричній прогресії, як і кількість користувачів та транзакцій. Хоча легко зрозуміти, наскільки революційним є блокчейн, масштабованість – здатність системи зростати, пристосовуючись до зростаючого попиту, завжди була проблемою. Відкриті блокчейн-мережі, які є дуже децентралізованими та безпечними, часто мають проблеми з досягненням високої пропускної спроможності.
Це часто називають трилемою блокчейну, в якій говориться, що для децентралізованої системи практично неможливо одночасно досягти однаково високого рівня децентралізації, безпеки та масштабованості. Насправді блокчейн-мережі можуть мати лише два фактори з трьох.
Проте, на щастя, тисячі ентузіастів та експертів працюють над рішеннями для масштабованості. Деякі з цих рішень призначені для налаштування архітектури основного блокчейну (рівня 1), тоді як інші націлені на протоколи рівня 2, які працюють поверх базової мережі.
Вступ
Маючи велику кількість доступних блокчейнів та криптовалют, ви можете і не знати, використовуєте ви ланцюг рівня 1 чи рівня 2. В приховуванні складності блокчейну є свої переваги , але варто зрозуміти систему, в яку ви інвестуєте або використовуєте. У цій статті ви зрозумієте різницю між блокчейнами рівня 1 та рівня 2 та різні рішення з масштабування.
Чим відрізняється блокчейн рівня 1 від рівня 2?
Термін Рівень 1 відноситься до базового рівня блокчейн-архітектури. Це основна структура блокчейн-мережі. Bitcoin, Ethereum та BNB Chain є прикладами блокчейнів рівня 1. Рівень 2 відноситься до мереж, побудованих поверх інших блокчейнів. Таким чином, якщо Bitcoin є рівнем 1, Lightning Network, яка працює поверх нього, є прикладом рівня 2.
Покращення масштабування блокчейн-мережі можна розділити на рішення рівня 1 та рівня 2. Рішення рівня 1 напряму змінюють правила та механізми оригінального блокчейну. Рішення рівня 2 використовують зовнішню паралельну мережу для полегшення транзакцій поза основним ланцюгом.
Чому важливе масштабування блокчейну?
Уявіть собі нову автомагістраль, що будується між великим містом і його передмістям, яке швидко розвивається. У міру збільшення трафіку, що проходить через неї, і заторів, що стають звичайним явищем, особливо в години пік, середній час, необхідний для того, щоб дістатися з пункту А пункт Б, може значно збільшитися. Не дивно, з огляду на те, що дорожня інфраструктура має свої обмежені можливості, а попит постійно зростає.
Що може зробити влада, щоб допомогти більшій кількості пасажирів подорожувати цим маршрутом швидше? Одним із рішень було б покращити саму автомагістраль, додавши додаткові смуги з кожного боку дороги. Це, однак, не завжди практично, оскільки це дороге рішення, яке завдасть значних проблем тим, хто вже користується автомагістраллю. Альтернативний варіант – виявити творчий підхід та розглянути різні варіанти, не пов'язані із внесенням змін до основної інфраструктури, наприклад, побудувати додаткові під'їзні шляхи або навіть запустити лінію легкорейкового транспорту вздовж автомагістралі.
У світі блокчейн-технологій, основною магістраллю буде рівень 1 (основна мережа), а додатковими службовими дорогами будуть рішення рівня 2 (вторинна мережа для підвищення загальної пропускної спроможності).
Bitcoin, Ethereum та Polkadot вважаються блокчейнами рівня 1. Це блокчейни базового рівня, які обробляють і записують транзакції для відповідних екосистем, використовуючи нативну криптовалюту, яка зазвичай використовується для оплати комісій та забезпечення різних варіантів використання. Polygon є одним з прикладів рішення масштабованості рівня 2 Ethereum. Мережа Polygon регулярно фіксує контрольні точки в основній мережі Ethereum, щоб оновлювати її статус.
Пропускна здатність є життєво важливим елементом блокчейну. Вимірювання швидкості та ефективності показує скільки транзакцій може бути оброблено та записано протягом певного періоду часу. У міру збільшення кількості користувачів та кількості одночасних транзакцій, блокчейн рівня 1 може стати повільним та дорогим у використанні. Це особливо правдиво для блокчейнів рівня 1, які використовують механізм Proof of Work, а не Proof of Stake.
Поточні проблеми рівня 1
Bitcoin and Ethereum – хороші приклади мереж рівня 1 з проблемами масштабованості. Ці блокчейни захищають мережу за допомогою моделі розподіленого консенсусу. Це означає, що всі транзакції перевіряються декількома нодами перед підтвердженням. Всі так звані ноди майнінгу змагаються у вирішенні складної обчислювальної головоломки, а успішні майнери отримують винагороду у нативній криптовалюті мережі.
Іншими словами, всі транзакції вимагають незалежної перевірки декількома нодами перед підтвердженням. Це ефективний спосіб реєстрації та запису правильних, перевірених даних у блокчейн, знижуючи при цьому ризик атаки з боку зловмисників. Однак, як тільки у вас з'явиться така популярна мережа, як Ethereum або Bitcoin, потреба в пропускній здатності стає проблемою, що постійно зростає. Під час перевантаження мережі користувачі стикатимуться з довшим часом підтвердження та вищими комісіями за транзакції.
Як працюють рішення з масштабованості рівня 1?
Для блокчейнів рівня 1 є декілька варіантів, які можуть збільшити пропускну здатність і загальну ємність мережі. У разі блокчейнів, що використовують Proof of Work, перехід на Proof of Stake може бути варіантом збільшення кількості транзакцій в секунду (TPS) при одночасному зниженні комісії за обробку. Тим не менш, у криптоспільноті існують неоднозначні думки щодо переваг та довгострокових наслідків Proof of Stake.
Рішення для масштабованості в мережах рівня 1 зазвичай впроваджуються командою розробників проєкту. Залежно від рішення, спільноті потрібен хард-форк або софт-форк мережі. Деякі невеликі зміни мають зворотну сумісність, наприклад, оновлення SegWit для Bitcoin.
Більші зміни, такі як збільшення розміру блоку Bitcoin до 8 МБ, вимагають хард-форку. Це створює дві версії блокчейну, одну з оновленням та одну без нього. Ще один варіант збільшення пропускної спроможності мережі – шардінг. Він поділяє блокчейн-операції на декілька дрібніших секцій, які можуть обробляти дані одночасно, а не послідовно.
Як працюють рішення масштабованості рівня 2?
Як ми вже говорили, рішення рівня 2 покладаються на вторинні мережі, які працюють паралельно чи незалежно від основного ланцюга.
Rollups
Zero-knowledge rollups (найпоширеніший вид) поєднують офчейн транзакції рівня 2 і надсилають їх як одну транзакцію в основний ланцюг. Ці системи використовують підтвердження достовірності для перевірки цілісності транзакцій. Активи зберігаються у вихідному ланцюгу за допомогою проміжного смарт-контракту, який підтверджує, що rollup працює належним чином. Це забезпечує безпеку оригінальної мережі з перевагами менш ресурсомісткого rollup.
Сайдчейни
Сайдчейни – це незалежні блокчейн-мережі зі своїми наборами валідаторів. Це означає, що зв'язуючий смарт-контракт в основному ланцюгу не перевіряє дійсність сайдчейну. Таким чином, ви повинні бути впевнені, що сайдчейн працює правильно, оскільки він може контролювати активи у вихідному ланцюгу.
Канали стану
Канали стану – це двостороннє комунікаційне середовище між сторонами угоди. Сторони ізолюють частину базового блокчейну та підключають її до каналу офчейн транзакцій. Зазвичай це робиться за допомогою попередньо узгодженого смарт-контракту або мультипідпису. Потім сторони виконують транзакцію або пакет офчейн транзакцій, без негайного надсилання даних транзакції до базового розподіленого реєстру (тобто в основний ланцюг). Як тільки всі транзакції в наборі завершені, остаточний стан каналу передається в блокчейн для перевірки. Цей механізм дозволяє підвищити швидкість транзакцій та збільшує загальну пропускну спроможність мережі. Такі рішення, як Bitcoin Lightning Network та Raiden для Ethereum, працюють на основі каналів стану.
Надбудовані блокчейни
Це рішення засноване на наборі вторинних ланцюгів, розташованих поверх основного блокчейну. Надбудовані блокчейни працюють відповідно до правил і параметрів, встановлених основним ланцюгом. Основний ланцюг не бере участі у виконанні транзакцій, і його роль обмежується вирішенням суперечок, коли це необхідно. Повсякденна робота делегується "дочірнім" ланцюгам, які повертають оброблені транзакції в основний ланцюг після завершення їх поза основним ланцюгом. Проєкт OmiseGO Plasma – це приклад надбудованого блокчейн-рішення рівня 2.
Обмеження рішень з масштабованості рівня 1 та рівня 2
Рішення рівня 1 та рівня 2 мають унікальні переваги та недоліки. Робота з рівнем 1 може забезпечити найбільш ефективне рішення для дуже великих покращень протоколу. Однак це також означає, що валідатори повинні бути готовими прийняти зміни за допомогою хард-форку.
Одним із можливих прикладів, коли валідатори можуть не захотіти цього робити, є перехід із Proof of Work на Proof of Stake. Через цей перехід на більш ефективну систему, майнери втратять дохід, що позбавить їх мотивації для покращення масштабування.
Рівень 2 забезпечує набагато швидший спосіб покращити масштабування. Однак, залежно від методу, ви можете втратити велику частину безпеки основного блокчейну. Користувачі довіряють таким мережам, як Ethereum та Bitcoin, за їх стійкість та відмінну історію забезпечення безпеки. Забираючи аспекти з рівня 1, вам часто доводиться покладатися на команду рівня 2 та мережу для забезпечення ефективності і безпеки.
Що буде далі після рівня 1 та рівня 2?
Одне з ключових питань полягає в тому, чи нам знадобляться рішення рівня 2, коли рівні 1 стануть більш масштабованими. Існуючі блокчейни покращуються, а нові мережі вже створюються з хорошим масштабуванням. Однак основним системам знадобиться багато часу, щоб покращити своє масштабування, і це покращення не гарантоване. Найбільш ймовірним варіантом є те, що рівні 1 зосередяться на безпеці та дозволять мережам рівня 2 адаптувати свої послуги до конкретних випадків використання.
У найближчому майбутньому є велика ймовірність, що великі мережі, такі як Ethereum, як і раніше, домінуватимуть завдяки своїй великій спільноті користувачів та розробників. Однак її великий децентралізований набір валідаторів та надійна репутація створюють міцну основу для цільових рішень 2 рівня.
Заключні думки
З моменту появи криптовалют, прагнення до покращеного масштабування створило двосторонній підхід з покращеннями рівня 1 та рішеннями рівня 2. Якщо ви маєте диверсифікований криптопортфель, є велика ймовірність, що ви вже маєте доступ до мереж рівня 1 та рівня 2. Тепер ви розумієте різницю між ними, а також різні підходи до масштабованості, які вони пропонують.