Opatrně! Spousta textu.

Obliba kryptoměn a blockchainu exponenciálně roste, stejně jako počet uživatelů a transakcí. I tak revoluční technologie, jako je blockchain, měla vždy problém se škálovatelností – schopností systému růst a uspokojovat rostoucí poptávku. Veřejné blockchainové sítě, které jsou vysoce decentralizované a bezpečné, mají často potíže s vysokou propustností.

To je často označováno jako blockchainové trilema, které říká, že v decentralizovaném systému je prakticky nemožné současně dosáhnout stejně vysoké úrovně decentralizace, bezpečnosti a škálovatelnosti. Ve skutečnosti mohou blockchainové sítě poskytnout pouze dva ze tří faktorů.

Naštěstí existují tisíce nadšenců a odborníků, kteří pracují na vytváření škálovacích řešení. Některá z těchto řešení jsou zaměřena na změnu architektury hlavního blockchainu (první vrstva), zatímco jiná se zaměřují na protokoly druhé vrstvy běžící nad hlavní sítí.

Úvod

Vzhledem k velkému počtu blockchainů a kryptoměn možná ani nevíte, zda pracujete v řetězci první nebo druhé úrovně. Skrytí složitosti blockchainu má své výhody, ale vždy je důležité porozumět systému, ve kterém pracujete a do kterého investujete. V tomto článku budeme hovořit o rozdílech mezi blockchainy vrstvy 1 a 2 a také o různých řešeních škálování.

Co jsou blockchainy první a druhé úrovně

Termín „první vrstva“ označuje základní vrstvu blockchainové architektury. Toto je základní struktura blockchainové sítě, jejíž příklady jsou Bitcoin, Ethereum a BNB Chain. Druhá vrstva odkazuje na sítě postavené na jiných blockchainech. To znamená, že pokud je bitcoin první úrovní, pak Lightning Network běžící nad ním je druhá.

Zlepšení škálovatelnosti v blockchainové síti lze také rozdělit na řešení vrstvy 1 a vrstvy 2. Řešení vrstvy 1 upravují pravidla a mechanismy původního blockchainu, zatímco řešení vrstvy 2 využívají externí paralelní síť pro usnadnění transakcí mimo hlavní síť.

Proč je škálovatelnost blockchainu důležitá

Představte si, že se mezi velkým městem a jeho rychle rostoucími předměstími staví nová dálnice. S rostoucími zácpami na dálnicích a kongescí (zejména během dopravní špičky) se průměrná doba jízdy z bodu A do bodu B může výrazně prodloužit. Důvodem je omezená silniční infrastruktura a rostoucí hustota dopravy.

Co mohou úřady udělat pro zvýšení rychlosti této trasy a snížení kongescí? Mohli byste například rozšířit samotnou dálnici a přidat další pruhy na každé straně silnice. To však není vždy praktické kvůli vysokým nákladům a potenciálním problémům pro ty, kteří již dálnici používají. Alternativně by bylo možné zvážit různé přístupy, které nezahrnují změny základní infrastruktury, jako je výstavba dalších silnic nebo dokonce vedení lehké železniční trati podél dálnice.

V kontextu technologie blockchain tato páteř představuje první vrstvu (hlavní síť) a další silnice jsou řešení druhé vrstvy (sekundární síť pro zvýšení celkové propustnosti).

Bitcoin, Ethereum a Polkadot jsou považovány za blockchainy úrovně 1 nebo základní. Zpracovávají a zaznamenávají transakce pro své příslušné ekosystémy a mají vlastní kryptoměnu, která se obvykle používá k placení za služby a provádění dalších úkolů. Polygon je jedním z příkladů řešení škálování vrstvy 2 pro Ethereum. Síť Polygon pravidelně posílá kontrolní body do hlavní sítě Ethereum, aby aktualizovala svůj stav.

Nejdůležitějším prvkem blockchainu je propustnost – ukazatel rychlosti a efektivity zpracování transakcí za určité časové období. S rostoucím počtem uživatelů a počtem simultánních transakcí může být práce v blockchainu první úrovně velmi pomalá a nákladná. To platí zejména pro blockchainy vrstvy 1, které používají Proof of Work namísto Proof of Stake.

Aktuální problémy první úrovně

Bitcoin a Ethereum jsou příklady sítí vrstvy 1 s problémy se škálováním. Poskytují zabezpečení pomocí modelu distribuovaného konsenzu, což znamená, že všechny transakce jsou před potvrzením ověřeny více uzly. Takzvané těžařské uzly soutěží o vyřešení složitého výpočetního rébusu, přičemž úspěšní těžaři dostávají odměny v nativní kryptoměně sítě.

Jinými slovy, transakce vyžadují k potvrzení nezávislé ověření z více uzlů. Jedná se o efektivní způsob, jak zaregistrovat a zaznamenat ověřená data na blockchainu a zároveň snížit riziko útoku ze strany škodlivých aktérů. Jakmile se však síť rozroste do rozsahu Etherea nebo Bitcoinu, je potřeba zvýšit propustnost čím dál naléhavější. Během období přetížení sítě se prodlužují doby potvrzení a transakční poplatky.

Jak fungují řešení škálování úrovně 1

Existuje několik možností, jak zvýšit propustnost pro blockchainy vrstvy 1. V případě blockchainů s mechanismem Proof of Work může přechod na Proof of Stake pomoci zvýšit počet zpracovaných transakcí za sekundu (TPS) a také snížit poplatky za zpracování. V kryptokomunitě však nepanuje shoda ohledně výhod a dlouhodobých výsledků používání Proof of Stake.

Rozhodnutí o škálování v sítích vrstvy 1 obvykle provádí vývojový tým projektu. V závislosti na řešení bude komunita potřebovat hard fork nebo soft fork sítě. Některé drobné změny jsou zpětně kompatibilní, jako je aktualizace SegWit bitcoinu.

Významnější změny, jako je zvýšení velikosti bitcoinového bloku na 8 MB, vyžadují hard fork. Výsledkem jsou dvě verze blockchainu: jedna s aktualizací a jedna bez ní. Další možností, jak zvýšit kapacitu sítě, je sharding. Umožňuje rozdělit blockchainové operace do několika malých sekcí pro zpracování dat současně, nikoli postupně.

Jak fungují řešení škálování vrstvy 2

Jak jsme řekli dříve, řešení druhé vrstvy se spoléhají na sekundární sítě, které fungují paralelně nebo nezávisle na hlavním řetězci.

Souhrny

Kumulace s nulovými znalostmi (nejběžnější typ) agregují transakce druhé vrstvy mimo řetězec a odesílají je jako jednu transakci v hlavní síti. Tyto systémy používají k ověření transakcí doklady o platnosti. Materiály jsou uloženy ve zdrojovém řetězci s dohodou smart contract a smart contract ověřuje, že nasazení probíhá správně. To poskytuje zabezpečení původní sítě s výhodami méně náročného souhrnu.

Postranní řetězce

Sidechainy jsou nezávislé blockchainové sítě s vlastními sadami validátorů. To znamená, že propojovací inteligentní smlouva v hlavním řetězci neověřuje platnost sítě vedlejšího řetězce. Uživatelé se proto musí spolehnout na spolehlivost postranního řetězce, který může ovládat aktiva v původním řetězci.

Stavové kanály

Stavový kanál je obousměrné komunikační médium mezi účastníky transakce. Strany izolují část hlavního blockchainu a připojí jej k mimořetězovému transakčnímu kanálu. To se obvykle provádí pomocí předem dohodnutého smart kontraktu nebo multisig. Strany poté provedou transakci nebo dávku mimořetězcových transakcí, aniž by okamžitě přenesly transakční data do podkladové knihy distribuovaných objednávek (tj. hlavního řetězce). Po dokončení všech transakcí v sadě je konečný „stav“ kanálu vysílán do blockchainu pro potvrzení. Tento mechanismus umožňuje rychlejší transakční rychlosti a zvyšuje celkovou propustnost sítě. Řešení jako Bitcoin Lightning Network a Ethereum's Raiden fungují na státních kanálech.

Vnořené blockchainy

Toto řešení je založeno na sadě sekundárních řetězců, které jsou umístěny na vrcholu hlavního blockchainu. Vnořené blockchainy fungují v souladu s pravidly a parametry „rodičovského“ řetězce. Hlavní řetězec se nepodílí na provádění transakcí a jeho role je omezena na řešení sporů v případě potřeby. Každodenní práce je delegována na „dětské“ řetězce, které zpracovávají transakce mimo řetězec a vracejí je do hlavního řetězce. Jedním z příkladů vnořeného blockchain řešení vrstvy 2 je projekt Plasma od OmiseGO.

Omezení řešení škálování úrovně 1 a 2

Řešení první i druhé úrovně mají své výhody i nevýhody. Práce s první vrstvou může poskytnout nejúčinnější řešení pro rozsáhlá vylepšení protokolů, ale bude vyžadovat schválení validátorem pro změny prostřednictvím hard forku.

V některých případech nemusí být validátoři ochotni přijmout tyto změny, například při přechodu z Proof of Work na Proof of Stake. Těžaři ztratí příjmy z tohoto přechodu na efektivnější systém, což odstraní jejich motivaci ke zlepšení škálovatelnosti.

Druhá vrstva poskytuje rychlejší způsob zvýšení škálovatelnosti. Některé metody však mohou oslabit bezpečnost původního blockchainu. Uživatelé důvěřují sítím jako Ethereum a Bitcoin pro jejich stabilitu a časem prověřenou spolehlivost. Odstraněním některých aspektů první vrstvy se musíme z hlediska efektivity a bezpečnosti spolehnout na tým a síť druhé vrstvy.

Co se stane po první a druhé úrovni

Jednou z hlavních otázek je, proč vůbec potřebujeme řešení druhé úrovně, pokud se řešení první úrovně stávají škálovatelnějšími? Stávající blockchainy se zdokonalují a vznikají nové sítě s vysokou škálovatelností. Zlepšení škálovatelnosti velkých systémů však bude trvat dlouho a úspěch není zaručen. Je pravděpodobné, že sítě vrstvy 1 se zaměří na bezpečnost a umožní sítím vrstvy 2 přizpůsobit své služby konkrétním potřebám.

Bez ohledu na to budou velké řetězce jako Ethereum nadále dominovat díky své velké uživatelské základně a komunitě vývojářů. Jejich velká a decentralizovaná sada validátorů a silná pověst však poskytují pevný základ pro cílená řešení vrstvy 2.

souhrn

Od příchodu kryptoměn vedlo hledání lepší škálovatelnosti ke vzniku dvoustupňového přístupu s vylepšeními první úrovně a řešeními druhé úrovně. Pokud máte různorodé portfolio kryptoměn, pak je velká šance, že již pracujete se sítěmi vrstvy 1 i vrstvy 2. Nyní znáte rozdíly mezi nimi a také různé přístupy ke škálování.