TL;DR

Popularność kryptowalut i blockchain rośnie wykładniczo, podobnie jak liczba użytkowników i transakcji. Choć łatwo zauważyć, jak rewolucyjny jest blockchain, skalowalność – zdolność systemu do rozwoju przy jednoczesnym dostosowaniu się do rosnącego popytu – zawsze była wyzwaniem. Publiczne sieci blockchain, które są wysoce zdecentralizowane i bezpieczne, często mają trudności z osiągnięciem wysokiej przepustowości.

Często opisuje się to jako trylemat Blockchain, który stwierdza, że ​​praktycznie niemożliwe jest, aby zdecentralizowany system jednocześnie osiągnął równie wysoki poziom decentralizacji, bezpieczeństwa i skalowalności. Realistycznie rzecz biorąc, sieci blockchain mogą mieć tylko dwa z trzech czynników.

Na szczęście nad rozwiązaniami skalowalnymi pracują tysiące pasjonatów i ekspertów. Niektóre z tych rozwiązań mają na celu ulepszenie architektury głównego łańcucha bloków (warstwa 1), podczas gdy inne są ukierunkowane na protokoły warstwy 2, które działają na wierzchu sieci bazowej.


Wstęp

Przy dużej liczbie dostępnych łańcuchów bloków i kryptowalut możesz nie wiedzieć, czy używasz łańcucha warstwy 1 czy warstwy 2. Ukrywanie złożoności łańcucha bloków ma zalety, ale warto poznać system, w który inwestujesz lub którego używasz. Dzięki temu artykułowi zrozumiesz różnice między łańcuchami bloków warstwy 1 i warstwy 2 oraz różnymi rozwiązaniami skalowalności.


Czym jest warstwa 1 łańcucha bloków i warstwa 2?

Termin warstwa 1 odnosi się do podstawowego poziomu architektury blockchain. Jest to główna struktura sieci blockchain. Bitcoin, Ethereum i BNB Chain to przykłady łańcuchów bloków warstwy 1. Warstwa 2 odnosi się do sieci zbudowanych na innych łańcuchach bloków. Jeśli więc Bitcoin jest warstwą 1, działająca na nim sieć Lightning jest przykładem warstwy 2.

Ulepszenia skalowalności sieci Blockchain można podzielić na rozwiązania warstwy 1 i warstwy 2. Rozwiązanie warstwy 1 bezpośrednio zmieni zasady i mechanizmy oryginalnego blockchainu. Rozwiązanie warstwy 2 będzie korzystać z zewnętrznej, równoległej sieci, aby ułatwić transakcje poza łańcuchem głównym.


Dlaczego skalowalność blockchainu jest ważna?

Wyobraź sobie, że pomiędzy dużym miastem a szybko rozwijającymi się przedmieściami budowana jest nowa autostrada. W miarę wzrostu natężenia ruchu na autostradzie i powszechnego występowania korków – zwłaszcza w godzinach szczytu – średni czas dotarcia z punktu A do punktu B może znacznie się wydłużyć. Nic dziwnego, biorąc pod uwagę, że infrastruktura drogowa ma ograniczoną przepustowość, a zapotrzebowanie stale rośnie.

Co zatem władze mogą zrobić, aby pomóc większej liczbie osób dojeżdżających do pracy szybciej podróżować tą trasą? Jednym z rozwiązań byłoby ulepszenie samej autostrady i dodanie dodatkowych pasów po obu stronach drogi. Nie zawsze jest to jednak praktyczne, gdyż jest rozwiązaniem kosztownym i sprawiającym spore kłopoty osobom już korzystającym z autostrady. Alternatywą jest wykazanie się kreatywnością i rozważenie różnych podejść niezwiązanych ze zmianami w infrastrukturze podstawowej, takich jak budowa dodatkowych dróg dojazdowych lub nawet uruchomienie linii tranzytowej kolei miejskiej wzdłuż autostrady.

W świecie technologii blockchain główną autostradą byłaby warstwa 1 (sieć główna), natomiast dodatkowymi drogami serwisowymi byłyby rozwiązania warstwy 2 (sieć drugorzędna poprawiająca ogólną przepustowość).

Bitcoin, Ethereum i Polkadot są uważane za łańcuchy bloków warstwy 1. Są to łańcuchy bloków warstwy podstawowej, które przetwarzają i rejestrują transakcje dla odpowiednich ekosystemów, zawierające natywną kryptowalutę – zwykle używaną do uiszczania opłat i zapewniania szerszej użyteczności. Polygon jest jednym z przykładów rozwiązania skalującego warstwy 2 dla Ethereum. Sieć Polygon regularnie przekazuje punkty kontrolne do głównej sieci Ethereum, aby aktualizować ją o jej status.

Przepustowość jest istotnym elementem łańcucha bloków. Jest to miara szybkości i wydajności, która pokazuje, ile transakcji można przetworzyć i zarejestrować w określonym przedziale czasu. Wraz ze wzrostem liczby użytkowników i liczby jednoczesnych transakcji, łańcuch bloków warstwy 1 może stać się powolny i kosztowny w użyciu. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku łańcuchów bloków warstwy 1, które wykorzystują mechanizm Proof of Work w przeciwieństwie do Proof of Stake.


Bieżące problemy z warstwą 1

Bitcoin i Ethereum to dobre przykłady sieci warstwy 1 z problemami ze skalowaniem. Obydwa zabezpieczają sieć poprzez rozproszony model konsensusu. Oznacza to, że wszystkie transakcje są weryfikowane przez wiele węzłów przed zatwierdzeniem. Wszystkie tak zwane węzły wydobywcze konkurują w rozwiązywaniu złożonej łamigłówki obliczeniowej, a górnicy, którzy odniosą sukces, zostaną nagrodzeni w natywnej kryptowalucie sieci.

Innymi słowy, wszystkie transakcje wymagają niezależnej weryfikacji kilku węzłów przed ich potwierdzeniem. Jest to skuteczny sposób rejestrowania i zapisywania prawidłowych, zweryfikowanych danych w łańcuchu bloków, przy jednoczesnym ograniczeniu ryzyka ataku ze strony złych aktorów. Jednakże, gdy masz sieć tak popularną jak Ethereum lub Bitcoin, zapotrzebowanie na przepustowość staje się coraz większym problemem. W czasach przeciążenia sieci użytkownicy będą musieli mierzyć się z dłuższym czasem potwierdzania i wyższymi opłatami transakcyjnymi.


Jak działają rozwiązania skalujące w warstwie 1?

Istnieje kilka opcji dostępnych dla łańcuchów bloków warstwy 1, które mogą zwiększyć przepustowość i ogólną pojemność sieci. W przypadku blockchainów korzystających z Proof of Work przejście na Proof of Stake mogłoby stanowić opcję zwiększenia liczby transakcji na sekundę (TPS) przy jednoczesnym obniżeniu opłat manipulacyjnych. Mimo to w społeczności kryptowalut istnieją mieszane poglądy na temat korzyści i długoterminowych konsekwencji Proof of Stake.

Rozwiązania skalujące w sieciach warstwy 1 są zazwyczaj wprowadzane przez zespół programistów projektu. W zależności od rozwiązania społeczność będzie musiała przeprowadzić hard fork lub soft fork sieci. Niektóre drobne zmiany są kompatybilne wstecz, jak na przykład aktualizacja SegWit Bitcoina.

Większe zmiany, takie jak zwiększenie rozmiaru bloku Bitcoina do 8 MB, wymagają hard forku. Tworzy to dwie wersje łańcucha bloków, jedną z aktualizacją i drugą bez. Inną opcją zwiększenia przepustowości sieci jest sharding. Dzieli to operacje łańcucha bloków na wiele mniejszych sekcji, które mogą przetwarzać dane jednocześnie, a nie sekwencyjnie.


Jak działają rozwiązania skalujące w warstwie 2?

Jak wspomniano, rozwiązania warstwy 2 opierają się na sieciach drugorzędnych, które działają równolegle lub niezależnie od głównego łańcucha.

Rollupy

Rollupy o zerowej wiedzy (najpopularniejszy rodzaj) łączą transakcje warstwy 2 poza łańcuchem i przesyłają je jako jedną transakcję w głównym łańcuchu. Systemy te korzystają z dowodów ważności w celu sprawdzenia integralności transakcji. Aktywa są utrzymywane w pierwotnym łańcuchu za pomocą inteligentnej umowy pomostowej, a inteligentna umowa potwierdza, że ​​pakiet zbiorczy działa zgodnie z przeznaczeniem. Zapewnia to bezpieczeństwo oryginalnej sieci z korzyściami wynikającymi z pakietu zbiorczego wymagającego mniej zasobów.

Łańcuchy boczne

Sidechains to niezależne sieci blockchain z własnymi zestawami walidatorów. Oznacza to, że inteligentny kontrakt pomostowy w głównym łańcuchu nie weryfikuje ważności sieci sidechain. Dlatego musisz mieć pewność, że sidechain działa poprawnie, ponieważ jest w stanie kontrolować zasoby w oryginalnym łańcuchu.

Kanały państwowe

Kanał państwowy to dwukierunkowe środowisko komunikacji pomiędzy stronami transakcji. Strony zamykają część bazowego blockchainu i łączą go z kanałem transakcyjnym poza łańcuchem. Zwykle odbywa się to za pośrednictwem wcześniej uzgodnionej inteligentnej umowy lub wielokrotnego podpisu. Następnie strony realizują transakcję lub serię transakcji poza łańcuchem, bez natychmiastowego przesyłania danych transakcji do podstawowej księgi rozproszonej (tj. łańcucha głównego). Po zakończeniu wszystkich transakcji w zestawie ostateczny „stan” kanału jest transmitowany do łańcucha bloków w celu sprawdzenia. Mechanizm ten pozwala na poprawę szybkości transakcji i zwiększa ogólną przepustowość sieci. Rozwiązania takie jak Bitcoin Lightning Network i Raiden firmy Ethereum działają w oparciu o kanały państwowe.

Zagnieżdżone łańcuchy bloków

Rozwiązanie to opiera się na zestawie łańcuchów wtórnych, które znajdują się na szczycie głównego, „macierzystego” łańcucha bloków. Zagnieżdżone łańcuchy bloków działają według zasad i parametrów ustalonych przez łańcuch nadrzędny. Sieć główna nie uczestniczy w zawieraniu transakcji, a jej rola ogranicza się do rozstrzygania sporów, gdy zajdzie taka potrzeba. Codzienna praca jest delegowana do „dzieci” łańcuchów, które zwracają przetworzone transakcje do głównego łańcucha po zakończeniu poza głównym łańcuchem. Projekt Plasma firmy OmiseGO jest przykładem zagnieżdżonego rozwiązania blockchain w warstwie 2.


Ograniczenia rozwiązań skalujących w warstwie 1 i warstwie 2

Zarówno rozwiązania warstwy 1, jak i warstwy 2 mają unikalne zalety i wady. Praca z warstwą 1 może zapewnić najskuteczniejsze rozwiązanie w zakresie ulepszeń protokołów na dużą skalę. Oznacza to jednak również, że walidatorzy muszą zostać przekonani do zaakceptowania zmian poprzez hard fork.

Jednym z możliwych przykładów sytuacji, w której walidatorzy mogą nie chcieć tego robić, jest przejście 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. Jednak w zależności od zastosowanej metody możesz stracić wiele z bezpieczeństwa oryginalnego blockchainu. Użytkownicy ufają sieciom takim jak Ethereum i Bitcoin ze względu na ich odporność i historię bezpieczeństwa. Odejmując aspekty z warstwy 1, często musisz polegać na zespole i sieci warstwy 2, jeśli chodzi o wydajność i bezpieczeństwo.


Co dalej po warstwie 1 i warstwie 2?

Kluczowym pytaniem jest, czy będziemy w ogóle potrzebować rozwiązań warstwy 2, gdy warstwa 1 stanie się bardziej skalowalna. Istniejące łańcuchy bloków ulegają ulepszeniom, a nowe sieci są już tworzone z dobrą skalowalnością. Poprawa skalowalności głównych systemów zajmie jednak dużo czasu i nie można tego zagwarantować. Najbardziej prawdopodobną opcją jest skupienie się warstwy 1 na bezpieczeństwie i umożliwienie sieciom warstwy 2 dostosowania usług do konkretnych przypadków użycia.

W najbliższej przyszłości istnieje duża szansa, że ​​duże sieci, takie jak Ethereum, nadal będą dominować ze względu na dużą społeczność użytkowników i programistów. Jednakże jego duży, zdecentralizowany zestaw walidatorów i zaufana reputacja tworzą solidną podstawę dla docelowych rozwiązań warstwy 2.


Zamykanie myśli

Odkąd zaczęto używać kryptowalut, poszukiwanie lepszej skalowalności doprowadziło do dwutorowego podejścia z ulepszeniami w warstwie 1 i rozwiązaniami w warstwie 2. Jeśli masz zróżnicowane portfolio kryptowalut, istnieje duża szansa, że ​​masz już kontakt z sieciami warstwy 1 i warstwy 2. Teraz rozumiesz różnice między nimi, a także różne podejścia do skalowania, które oferują.