Технология блокчейн имеет ряд преимуществ, включая децентрализацию, одноранговые транзакции, высокий уровень безопасности и способность сохранять неизменные записи. Она способствовала развитию процветающей криптовалютной экосистемы и послужила основой для постоянного технологического прогресса.
К сожалению, помимо многих других проблем, одной из существенных проблем некоторых систем блокчейн является их неспособность к масштабированию. Проблемы масштабирования возникают, когда объем данных, проходящих по блокчейну, достигает предела из-за недостаточной пропускной способности большинства блокчейнов. Это известно, как «узкое место» в передаче данных.
Как сказано в описании некоторых блокчейн-проектов на Coinmarketrate.com, в идеальном сценарии блокчейн может обрабатывать неограниченное количество транзакций в секунду, что в криптовалютном сообществе известно, как TPS или пропускная способность. С другой стороны, основная цепочка Биткойна способна обрабатывать только от 3 до 7 TPS. С другой стороны, Visa может выполнять около 20 000 транзакций в секунду (TPS) через централизованную электронную платежную сеть VisaNet.
По сути, разница между Биткойном и многими другими блокчейнами заключается в степени децентрализации и анонимности, которую они стремятся обеспечить. Для того чтобы полностью заменить базовую централизованную систему, необходимо приложить значительные усилия и вложить много вычислительной мощности. Все транзакции должны быть одобрены, добыты, транслированы и подтверждены алгоритмом консенсуса с использованием всемирной сети узлов.
Разработчики блокчейна стремятся расширить границы максимальной мощности блокчейна, чтобы решить эти проблемы. Это означает, что большее количество транзакций может быть обработано в секунду, а значит, время обработки может быть сокращено. Использование решений масштабирования второго уровня является одним из способов достижения этой цели.
В конечном итоге это позволит воплотить в жизнь объединяющую цель публичного блокчейна, которая заключается в том, чтобы криптовалюты и технологии, основанные на блокчейне, были доступны каждому в оперативном, защищенном и хорошо организованном виде.
В чем значение решений второго уровня?
Масштабируемость и более высокая пропускная способность жизненно важны, поскольку они позволяют блокчейну Ethereum сохранять свою целостность, обеспечивая полную децентрализацию, прозрачность и безопасность, а также снижая «углеродный след» сети.
Несмотря на то, что Ethereum является наиболее часто используемым блокчейном и, во многом, наиболее безопасным, это не исключает возможности того, что он имеет существенные недостатки. Из-за медленного времени проведения транзакций (13 процессов в секунду) и высокой стоимости газа, Ethereum Mainnet (Level 1), как известно, сложен в использовании. Поскольку Layer 2 построен на основе блокчейна Ethereum, транзакции проходят безопасно, быстро и масштабируемо.
В настоящее время не существует конкретного решения уровня 2, которое отвечало бы всем этим требованиям. Но различные решения по масштабированию пытаются улучшить все аспекты. Эти решения называются Rollups.
Что такое решения для масштабирования уровня 1?
Решения уровня 1 улучшают базовые протоколы (Proof-of-Work), изменяя их функционирование с точки зрения обработки данных. Например, блокчейн Ethereum в настоящее время переходит на процесс консенсуса, известный как Proof-of-Stake (PoS). Этот новый подход к майнингу позволяет повысить скорость транзакций и более эффективно расходовать энергию в процессе майнинга.
Шардинг — это еще один подход к масштабируемости первого уровня, который разделяет ответственность за проверку и аутентификацию транзакций на мелкие части, что позволяет более эффективно их обрабатывать. Он улучшает распределение рабочей нагрузки по сети P2P (peer-to-peer), позволяя использовать дополнительные вычислительные мощности большего числа узлов. Все это способствует более быстрому завершению блоков.
Тем не менее, решения масштабирования первого уровня не являются единственным доступным в настоящее время средством масштабирования блокчейн. Когда речь заходит о масштабируемости, решения второго уровня создают дополнительный протокол, построенный на базе блокчейн, таких, как Bitcoin и Ethereum.
Используя методы масштабирования второго уровня, можно увеличить пропускную способность без ущерба для фундаментальных свойств безопасности или децентрализации, заложенных в основной блокчейн.
- Что подразумевается под сайдчейнами
Сайдчейн, по сути, является своего рода гибридом решений масштабирования первого и второго уровней, и они становятся все более популярными. Другой блокчейн, например, сайдчейн Биткойна, связан с основной цепочкой с помощью криптографического алгоритма хеширования. Двусторонняя привязка (2WP) — это технология, позволяющая неограниченно переводить ВТС из ключевого блокчейна в цепочку второго уровня, что требует использования доверия третьей стороны.
Например, сеть Liquid Network, подключенная к основной цепи Биткойна, является примером сайдчейна. Как и предыдущие решения по масштабированию второго уровня, сайдчейн призван облегчить проблемы масштабируемости, передав часть верификации и процедуры транзакций альтернативному блокчейну, как это было сделано с другими решениями по масштабированию второго уровня. Это позволяет центральной цепочке обрабатывать больше транзакций, что дает ей возможность масштабироваться.
- Что подразумевается под парачейном
Параллельные цепочки в данном контексте называются «парачейнами». Как и следовало ожидать, парачейны движутся параллельно друг другу в сети взаимосвязанных блокчейнов. Тот факт, что все они разработаны на схожей платформе, позволяет им использовать схожие функции безопасности, и все они связаны с одной и той же фундаментальной ретрансляционной цепочкой, гарантирует, что все они взаимосвязаны.
Тем не менее, все они способны действовать самостоятельно для обработки соответствующих приложений. Polkadot основан на этом принципе, и он является сердцем бренда. Парачейны обеспечивают чрезвычайно быструю обработку транзакций, поскольку рабочая нагрузка эффективно распределяется по сети.
Ethereum 2.0 (PoS)
Термин «Ethereum 2.0» означает переход сети на более устойчивую архитектуру Proof-of-Stake (PoS), которая позволяет использовать шардинг и некоторые другие характеристики масштабируемости. Ожидается, что эти усовершенствования улучшат масштабируемость криптовалюты, а также позволят ей сравняться с другими крупными блокчейнами по пропускной способности. В качестве вознаграждения за помощь в проверке Ethereum, владельцы Ether могут делегировать в стейкинг монеты, чтобы получить поощрения.
- Что подразумевается под хешграфами
Хешграфы считаются вне рамок технологии блокчейн и совершенно отдельной технологией. Хотя они совершенно разные, их объединяет то, что они обе используют технологию распределенного реестра (DLT). Более того, в отличие от блокчейна, хешграфы уже запатентованы, поэтому единственный реестр, использующий хешграфы — это Hedera Hashgraph, который сейчас используется только в одном случае.
Hedera — это технология DLT третьего поколения, по популярности следующая после BTC и Ethereum. Она обеспечивает огромное масштабирование со скоростью 10 000 транзакций в секунду, меньшие затраты, меньшее энергопотребление, более короткое время обработки и другие преимущества.
Что такое решения для масштабирования второго уровня?
Решения для масштабирования второго уровня должны использовать фундаментальную безопасность основной цепи в качестве основы. Вместо того чтобы использовать дополнительные сети или верификаторы для защиты цепи, они отличаются тем, что их безопасность берется непосредственно из основной цепочки, а не из побочных.
Rollups выгодны тем, что они снижают комиссию за транзакции, увеличивают их скорость и расширяют возможности участия. Существует два типа роллапов, каждый из которых имеет свой собственный набор функций безопасности:
- Optimistic Rollups предполагают, что все транзакции по умолчанию являются легитимными, и выполняют вычисления только в случае получения вызова.
- Роллапы с нулевым знанием — это вычисления, которые выполняются вне цепочки, а затем передаются в основную цепочку для проверки.
- Optimistic Rollups
Optimistic Rollups используются на базовом уровне Ethereum для выполнения большого количества смарт-контрактов без перегрузки сети. Они продолжают пользоваться теми же уровнями защиты, что и основная цепочка Ethereum, что является значительным преимуществом. Агрегаторы данных будут выполнять вычисление корней Меркле, чтобы увеличить скорость транзакций. Однако их пропускная способность ниже, чем у Plasma и ZK Rollups соответственно.
Основное различие между транзакциями второго уровня и ZK-роллапами заключается в том, что транзакции второго уровня выполняются значительно дольше. В оптимистичных сворачиваниях необходимо, чтобы внешние валидаторы сначала проверили дерево Меркла, прежде чем состояние системы может быть обновлено. Однако Optimistic Rollups имеют то преимущество, что они могут одобрять смарт-контракты таким же образом, как и блокчейн фундаментальных смарт-контрактов.
Преимущества Optimistic Rollups:
- Цены на газ низкие.
- Пропускная способность увеличилась.
- Возможности смарт-контрактов.
- Ethereum Mainnet обеспечивает безопасность.
Недостатки Optimistic Rollups:
- Длительный период вывода средств.
Если выявлена фальшивая транзакция, роллап немедленно вызывает защиту от мошенничества и выполняет вычисления транзакции, используя имеющиеся письменные данные, что приводит к длительному периоду вывода средств, если транзакция оспаривается.
Роллапы нулевого знания
В криптовалюте zero-knowledge rollups (также известные как ZK-Rollups) представляют собой набор данных. Смарт-контракты секьюритизируют эти данные на цепочке ключей, а затем выносят их за пределы цепочки (за пределы блокчейна) для обработки и вычислений. Менее чем за минуту они могут создать блок, способный выполнять 2 000 транзакций в секунду. Консенсус нулевого знания подразумевает, что все проверяющие могут быть уверены в том, что у них всегда есть аналогичная информация без раскрытия.
Благодаря хранению данных вне цепи, метод масштабирования второго уровня Zero-Knowledge rollups превосходит метод масштабирования первого уровня. Важные для смарт-контрактов данные на блокчейн второго уровня запрашиваются реже, чем на блокчейн первого уровня масштабирования. Благодаря этому экономится значительное количество вычислительной мощности, а для подтверждения транзакций требуется меньшая часть мощности блокчейна. Благодаря этому снижается плата за газ, что делает транзакции более быстрыми и доступными.
Преимущества ZK Rollups
- Переводы происходят практически мгновенно.
Optimistic Rollups не подвержены тем типам атак, которые влияют на оптимистичные роллапы.
- По-прежнему децентрализованы и безопасны.
Недостатки ZK Rollups
- Для небольших систем с меньшей активностью на цепочке вычислить доказательства достоверности чрезвычайно сложно.
- Пользователь может влиять на порядок транзакций.
- Некоторые роллапы не поддерживают виртуальную машину Ethereum (EVM).
Что такое Plasma
Решения для масштабирования Plasma для Ethereum используют вторичные блокчейны, чтобы помочь родительской цепи с проверкой. Цепочки Plasma похожи на парачейн и смарт-контракт Polkadot. Однако они организованы таким образом, чтобы удалить связи из основной цепи, что освобождает время и улучшает продаваемость.
Примеры решений по масштабированию второго уровня для Bitcoin
- Bitcoin Lightning Network
Это одно из самых известных решений для масштабирования второго уровня Bitcoin, которое существует с 2009 года. Она делает то же самое, что и другие: берет пакеты транзакций из основной цепи и обрабатывает их за пределами цепи перед передачей информации обратно. Смарт-контракты также доступны пользователям Bitcoin через сеть Lightning Network, которая представляет собой значительную модернизацию всей сети.
Использование Lightning Network имеет ряд преимуществ, включая масштабируемость, немедленную оплату, низкую плату за газ и межблокчейновый обмен.
Как следует из названия, это решение второго уровня масштабирования позволит проводить молниеносные транзакции на блокчейне (Bitcoin), причем транзакции будут выполняться за миллисекунды или менее. В настоящее время среднее время транзакции для Биткойна составляет около 10 минут. Хотя, когда сеть переполнена, время отклика может значительно отличаться.
Эта сеть также обещает быть способной обрабатывать миллиарды транзакций в секунду, что в несколько раз превосходит скорость обработки традиционных платежных систем, таких как Visa.
Примеры решений для масштабирования Ethereum второго уровня
- Optimistic
Optimistic Ethereum — это Optimistic Rollups, совместимая с виртуальной машиной Ethereum Virtual Machine (EVM). Наиболее существенными преимуществами развертывания на Optimism являются быстрота, простота и безопасность. Используя шлюз Optimistic Ethereum Gateway, способный перемещать активы в сеть или из нее, проекты, желающие запуститься, могут подать заявку на включение в белый список Optimistic.
В большинстве случаев проекты, соответствующие критериям запуска, будут приняты в течение двух недель после подачи заявки. Uniswap V3 объявил о дебюте своей альфа-версии в сети Optimistic Ethereum mainnet 20 июля 2021 года.
Заключение
Решения второго уровня способны существенно изменить экосистему блокчейна к лучшему. Используя решения второго уровня, пользователи могут гарантировать, что все меры безопасности, применяемые в решениях первого уровня масштабирования, будут соблюдаться, и при этом транзакции будут проходить быстро и с минимальными затратами для себя.
Такая технология может вдохновить больше людей на эксперименты с блокчейном Ethereum и Bitcoin и всем, что он предлагает. Также следует учитывать, что некоторые решения все еще находятся на стадии бета-тестирования.
