ТЛ;ДР

Популярность криптовалют и блокчейна растет в геометрической прогрессии, равно как и количество пользователей и транзакций. Хотя легко увидеть, насколько революционным является блокчейн, масштабируемость – способность системы расти при удовлетворении растущего спроса – всегда была проблемой. Публичные сети блокчейнов, которые высоко децентрализованы и безопасны, часто с трудом достигают высокой пропускной способности.

Это часто называют «трилеммой блокчейна», которая гласит, что децентрализованной системе практически невозможно одновременно достичь одинаково высокого уровня децентрализации, безопасности и масштабируемости. На самом деле, сети блокчейнов могут иметь только два фактора из трех.

Однако, к счастью, тысячи энтузиастов и экспертов работают над решениями по масштабированию. Некоторые из этих решений предназначены для настройки архитектуры основного блокчейна (уровень 1), в то время как другие нацелены на протоколы уровня 2, которые работают поверх базовой сети.

Введение

Учитывая большое количество доступных блокчейнов и криптовалют, вы можете не знать, используете ли вы цепочку уровня 1 или уровня 2. Сокрытие сложности блокчейна имеет свои преимущества, но стоит разобраться в системе, в которую вы инвестируете или используете. Из этой статьи вы поймете различия между блокчейнами уровня 1 и уровня 2 и различными решениями масштабируемости.

Что такое уровень 1 блокчейна и уровень 2?

Термин «уровень 1» относится к базовому уровню архитектуры блокчейна. Это основная структура сети блокчейн. Биткойн, Ethereum и BNB Chain являются примерами блокчейнов первого уровня. Уровень 2 относится к сетям, построенным поверх других блокчейнов. Таким образом, если Биткойн — это уровень 1, то сеть Lightning Network, работающая поверх него, является примером уровня 2.

Улучшения масштабируемости сети блокчейна можно разделить на решения уровня 1 и уровня 2. Решение уровня 1 напрямую изменит правила и механизмы исходного блокчейна. Решение уровня 2 будет использовать внешнюю параллельную сеть для облегчения транзакций вне основной цепочки.

Почему масштабируемость блокчейна важна?

Представьте себе новую автомагистраль, строящуюся между крупным городом и его быстрорастущим пригородом. По мере того, как интенсивность движения по автомагистралям увеличивается, а пробки становятся обычным явлением – особенно в часы пик – среднее время, необходимое для того, чтобы добраться из пункта А в пункт Б, может значительно увеличиться. Это неудивительно, учитывая, что пропускная способность дорожной инфраструктуры ограничена, а спрос постоянно растет.

Что же могут сделать власти, чтобы помочь большему количеству пассажиров быстрее путешествовать по этому маршруту? Одним из решений было бы улучшить само шоссе, добавив дополнительные полосы движения на каждой стороне дороги. Однако это не всегда практично, поскольку это дорогостоящее решение, которое создаст значительные проблемы для тех, кто уже пользуется автомагистралью. Альтернатива — проявить творческий подход и рассмотреть различные подходы, не связанные с внесением изменений в основную инфраструктуру, например, строительство дополнительных подъездных путей или даже запуск линии легкорельсового транспорта вдоль трассы.

В мире технологии блокчейна основной магистралью будет уровень 1 (основная сеть), а дополнительными служебными дорогами будут решения уровня 2 (вторичная сеть для улучшения общей пропускной способности).

Биткойн, Ethereum и Polkadot считаются блокчейнами первого уровня. Это блокчейны базового уровня, которые обрабатывают и записывают транзакции для своих соответствующих экосистем, используя собственную криптовалюту, которая обычно используется для оплаты комиссий и предоставления более широкой полезности. Polygon — один из примеров решения масштабирования второго уровня для Ethereum. Сеть Polygon регулярно устанавливает контрольные точки в сети Ethereum, чтобы обновлять ее статус.

Пропускная способность является жизненно важным элементом блокчейна. Это показатель скорости и эффективности, показывающий, сколько транзакций можно обработать и записать за определенный период времени. По мере увеличения количества пользователей и количества одновременных транзакций использование блокчейна уровня 1 может стать медленным и дорогим в использовании. Это особенно верно для блокчейнов уровня 1, которые используют механизм Proof of Work, а не Proof of Stake.

Текущие проблемы уровня 1

Биткойн и Ethereum являются хорошими примерами сетей первого уровня с проблемами масштабирования. Оба защищают сеть с помощью модели распределенного консенсуса. Это означает, что все транзакции перед проверкой проверяются несколькими узлами. Все так называемые узлы майнинга соревнуются за решение сложной вычислительной головоломки, а успешные майнеры вознаграждаются собственной криптовалютой сети.

Другими словами, все транзакции требуют независимой проверки нескольких узлов перед подтверждением. Это эффективный способ регистрации и записи правильных, проверенных данных в блокчейн, одновременно снижая риск атак со стороны злоумышленников. Однако, как только у вас появится такая популярная сеть, как Ethereum или Bitcoin, потребность в пропускной способности становится постоянно растущей проблемой. Во время перегрузки сети пользователи сталкиваются с более медленным временем подтверждения и более высокими комиссиями за транзакции.

Как работают решения масштабирования уровня 1?

Для блокчейнов уровня 1 доступно несколько опций, которые могут увеличить пропускную способность и общую пропускную способность сети. В случае блокчейнов, использующих Proof of Work, переход на Proof of Stake может стать вариантом увеличения количества транзакций в секунду (TPS) при одновременном снижении комиссий за обработку. Тем не менее, в криптосообществе существуют неоднозначные мнения относительно преимуществ и долгосрочных последствий Proof of Stake.

Решения по масштабированию в сетях уровня 1 обычно внедряются командой разработчиков проекта. В зависимости от решения сообществу потребуется провести хард- или софт-форк сети. Некоторые небольшие изменения обратно совместимы, например обновление Bitcoin SegWit.

Более крупные изменения, такие как увеличение размера блока Биткойна до 8 МБ, требуют хард-форка. Это создает две версии блокчейна: одну с обновлением, а другую — без. Еще один вариант увеличения пропускной способности сети — шардинг. Это разделяет операции блокчейна на несколько более мелких секций, которые могут обрабатывать данные одновременно, а не последовательно.

Как работают решения масштабирования уровня 2?

Как уже говорилось, решения уровня 2 полагаются на вторичные сети, которые работают параллельно или независимо от основной цепи.

Свернуть

Объединения с нулевым разглашением (наиболее распространенный вид) объединяют транзакции уровня 2 вне цепочки и отправляют их как одну транзакцию в основную цепочку. Эти системы используют доказательства действительности для проверки целостности транзакций. Активы хранятся в исходной цепочке с помощью мостового смарт-контракта, и смарт-контракт подтверждает, что объединение работает должным образом. Это обеспечивает безопасность исходной сети с преимуществами менее ресурсоемкого объединения.

Сайдчейны

Сайдчейны — это независимые сети блокчейнов со своими собственными наборами валидаторов. Это означает, что мостовой смарт-контракт в основной цепочке не проверяет достоверность сети боковой цепи. Поэтому вам необходимо быть уверенным, что сайдчейн работает правильно, поскольку он может контролировать активы в исходной цепочке.

Государственные каналы

Государственный канал — это среда двусторонней связи между сторонами сделки. Стороны изолируют часть базовой цепочки блоков и подключают ее к каналу транзакций вне цепочки. Обычно это делается с помощью заранее согласованного смарт-контракта или мультиподписи. Затем стороны выполняют транзакцию или пакет транзакций вне цепочки, без немедленной отправки данных о транзакции в базовый распределенный реестр (т. е. в основную цепочку). Как только все транзакции в наборе завершены, окончательное «состояние» канала передается в блокчейн для проверки. Этот механизм позволяет улучшить скорость транзакций и увеличивает общую пропускную способность сети. Такие решения, как Bitcoin Lightning Network и Raiden от Ethereum, работают на основе государственных каналов.

Вложенные блокчейны

Это решение основано на наборе вторичных цепочек, которые располагаются поверх основного, «родительского» блокчейна. Вложенные блокчейны работают в соответствии с правилами и параметрами, установленными родительской цепочкой. Основная цепочка не участвует в выполнении транзакций, и ее роль ограничивается разрешением споров, когда это необходимо. Повседневная работа делегируется «дочерним» цепочкам, которые возвращают обработанные транзакции в основную цепочку после завершения основной цепочки. Проект Plasma от OmiseGO — это пример вложенного блокчейн-решения второго уровня.

Ограничения решений масштабирования уровня 1 и уровня 2

Решения как уровня 1, так и уровня 2 имеют уникальные преимущества и недостатки. Работа с уровнем 1 может обеспечить наиболее эффективное решение для крупномасштабных улучшений протокола. Однако это также означает, что валидаторов необходимо убедить принять изменения посредством хард-форка.

Одним из возможных примеров, когда валидаторы могут не захотеть этого делать, является переход от Proof of Work к Proof of Stake. Майнеры потеряют доход из-за перехода на более эффективную систему, что лишит их стимула улучшать масштабируемость.

Уровень 2 обеспечивает гораздо более быстрый способ улучшить масштабируемость. Однако в зависимости от используемого метода вы можете потерять значительную часть безопасности исходного блокчейна. Пользователи доверяют таким сетям, как Ethereum и Bitcoin, из-за их устойчивости и безопасности. Убирая аспекты с уровня 1, вам часто приходится полагаться на команду и сеть уровня 2 в плане эффективности и безопасности.

Что будет дальше после слоев 1 и 2?

Один из ключевых вопросов заключается в том, понадобятся ли нам вообще решения уровня 2, поскольку уровень 1 станет более масштабируемым. В существующих блокчейнах наблюдаются улучшения, а новые сети уже создаются с хорошей масштабируемостью. Однако крупным системам потребуется много времени, чтобы улучшить свою масштабируемость, и это не гарантировано. Наиболее вероятный вариант — сосредоточить внимание на уровне 1 на безопасности и позволить сетям уровня 2 адаптировать свои услуги к конкретным сценариям использования.

В ближайшем будущем есть большая вероятность, что крупные сети, такие как Ethereum, по-прежнему будут доминировать благодаря их большому сообществу пользователей и разработчиков. Однако его большой децентрализованный набор валидаторов и надежная репутация создают прочную основу для целевых решений уровня 2.

Заключительные мысли

С момента появления криптографии поиск улучшенной масштабируемости привел к появлению двустороннего подхода с улучшениями уровня 1 и решениями уровня 2. Если у вас разнообразный криптографический портфель, велика вероятность, что вы уже знакомы с сетями уровня 1 и уровня 2. Теперь вы понимаете различия между ними, а также различные подходы к масштабированию, которые они предлагают.