И так, решения блокчейна первого и второго уровня. Речь идет, ни много ни мало, об эволюции блокчейна. Но, прежде чем мы рассмотрим различия между уровнем — 1 и уровнем — 2, давайте сначала разберемся с фундаментальными характеристиками блокчейна.
Блокчейн — это революционная форма технологии распределенного реестра (DLT), лежащая в основе Web3. Она объединяет информатику и криптографию для создания децентрализованной бухгалтерской книги или записи транзакций. Все транзакции содержатся в блоках и неизменно связаны со всеми предыдущими транзакциями. Эта запись транзакций распространяется по одноранговой сети компьютеров, называемых узлами.
Кроме того, каждый узел сети должен согласиться с тем, что каждая транзакция является действительной, прежде чем она будет добавлена в блок и внесена в блокчейн. После добавления в блокчейн, транзакции не могут быть изменены или подделаны.
Согласно Coinmarketrate.com, Bitcoin был первой итерацией публичной блокчейн. Он был разработан для предотвращения «двойной траты», когда актив не может быть потрачен более одного раза. Вместо того чтобы полагаться на единую точку отказа или центральный орган, блокчейн Биткойна защищен децентрализованной сетью узлов. Это означает, что правительства и центральные банки не могут манипулировать сетью Биткойн. Кроме того, для внесения каких-либо изменений в протокол Биткойна необходимо согласие всего сообщества.
- Майнинг
Узлы майнинга используют вычислительные ресурсы для решения математических задач, чтобы подтверждать транзакции и «добывать» криптовалюту. Взамен узлы майнинга получают вознаграждение в виде вновь сгенерированных криптовалют. Любые мошенники или недобросовестные майнеры в сети наказываются, и мгновенно идентифицируются остальными участниками сети. Таким образом, блокчейн представляет собой справедливую и надежную альтернативу унаследованной финансовой системе.
Однако одна из проблем блокчейн первого уровня, таких как Биткойн, заключается в том, что они не могут масштабироваться для удовлетворения растущего спроса. Например, блокчейн Биткойна может обрабатывать семь (это число может меняться) транзакций в секунду (TPS), в то время как Visa может обрабатывать до 1700 TPS. Поэтому решения по масштабированию становятся все более заметной особенностью блокчейна и Web3.
- Консенсус
Для того чтобы узлы блокчейна пришли к согласию относительно действительности транзакции, должна существовать структура, обеспечивающая связь с сетью. Это известно, как механизм консенсуса или алгоритм консенсуса в случае Биткойн. Алгоритм консенсуса по принципу доказательства выполнения работы (PoW) требует от узлов ВТС огромных затрат вычислительных ресурсов, чтобы конкурировать с другими узлами майнинга за право добавить транзакцию в свой блок. Короче говоря, первый майнер, решивший сложную математическую головоломку, получает право добавить транзакцию в свой блок.
Несмотря на многочисленные преимущества этой технологии, блокчейн Биткойна, как и многих других, постоянно увеличивается в размерах. Поэтому узлам для майнинга требуется все большее количество вычислительных ресурсов. Во многих случаях это просто невозможно. Однако решения второго уровня масштабирования могут помочь в решении этой проблемы.
- Ethereum
Увеличение числа пользователей само по себе может привести к перегрузке сети блокчейн. Однако передовая архитектура Ethereum проложила путь для сложных транзакций с использованием смарт-контрактов.
Смарт-контракты — это неизменяемые фрагменты кода, которые размещаются на блокчейне. Они могут автоматизировать и инициировать события, которые будут происходить в рамках определенных параметров в зависимости от результатов определенных сценариев. Более того, смарт-контракты лежат в основе большей части архитектуры децентрализованных финансов (DeFi). Сюда входят автоматизированные маркет-мейкеры (AMM), децентрализованные биржи (DEX) и протоколы кредитования.
Ethereum является ведущим блокчейном с поддержкой смарт-контрактов, и одной из наиболее широко используемых финансовых сетей в мире. Поэтому имеет смысл поискать способы оптимизации сети для увеличения пропускной способности транзакций и снижения комиссий. Именно здесь в игру вступают решения второго уровня.
Решения для масштабирования первого уровня
Вместо того чтобы выносить вычисления за пределы сети, решения для масштабирования первого уровня улучшают характеристики протокола. Блокчейн первого уровня, такой как Bitcoin, Ethereum или Litecoin, может внести улучшения в архитектуру протокола, если сеть согласится на это. Это можно сделать, например, увеличив скорость транзакций, объем данных в каждом блоке или ускорив время подтверждения транзакций.
Кроме того, блокчейн-сети могут перейти к другому механизму консенсуса, как это сделал Эфириум в Ethereum 2.0. Он начинался как блокчейн PoW, а Eth 2.0 знаменует собой переход к механизму консенсуса на основе доказательства доли (PoS) для увеличения пропускной способности без увеличения вычислительных требований.
Шардинг — это еще одно решение масштабирования первого уровня, которое разбивает состояние блокчейна на уникальные наборы данных, называемые шардами. Вместо того чтобы вести всю книгу транзакций сети, технология позволяет узлам хранить транзакционные данные для одного конкретного шарда. Соответственно, он делает работу узлов более управляемой, облегчая одновременную параллельную обработку больших объемов транзакций. Более того, шардинг стал экспериментальной функцией во многих различных протоколах блокчейна, включая Ethereum и Polkadot.
Что такое решение второго уровня?
Блокчейны первого поколения, такие как Bitcoin и Ethereum, проложили путь для децентрализованных финансовых инфраструктур, которые работают вне традиционных систем. Однако блокчейн не может эффективно масштабироваться, чтобы удовлетворить растущее число пользователей и транзакций.
Во время перегрузки сети транзакции в блокчейнах первого уровня могут проходить медленно и дорого. Однако решения для масштабирования второго уровня снимают эти проблемы, забирая вычисления из основного блокчейна и добавляя их позже своевременным и экономически эффективным образом.
Вместо того чтобы вносить изменения в основной протокол главного блокчейна, можно повысить пропускную способность транзакций за счет внедрения решения масштабирования второго уровня. Эти решения применяют взаимодействия вне цепи и обрабатывают их, прежде чем передать обратно в основную цепь. Ниже мы рассмотрим некоторые из различных способов достижения этой цели.
- Rollups
Rollups — это тип решения для масштабирования, которое «сворачивает» несколько транзакций и обрабатывает их вместе как один блок вдали от основного блокчейна. Хотя значительный объем данных выносится за пределы цепочки, некоторые важные вычисления остаются в цепочке. Кроме того, роллапы используют безопасность основного блокчейна Ethereum, обеспечивая при этом более дешевые и быстрые транзакции. В результате эта технология снижает перегруженность блокчейна Ethereum и делает приложения более доступными и экономически эффективными.
Роллапы бывают двух видов: zk-роллапы и оптимистичные роллапы.
- ZK-Rollups
Роллап с доказательством нулевого знания, или zk-роллап — это передовое решение для масштабирования, при котором транзакции объединяются в пакет и содержат криптографическое доказательство, называемое SNARK. SNARK подтверждает, что состояние корня корректно после выполнения пакета транзакций.
- Optimistic Rollups
Optimistic rollup менее централизован, чем zk-rollup. Кроме того, оптимистичные роллапы обычно проще в использовании. Они являются Тьюринг-полными, то есть могут имитировать вычислительные элементы других Тьюринг-полных машин и языков. Zk-роллапы используют продвинутые математические процедуры проверки, в то время как оптимистичные роллапы предполагают, что все транзакции действительны, пока какой-либо участник сети не заявит, что они недействительны.
- Сайдчейн
Сайдчейн — это своего рода гибрид сетей первого и второго уровней, независимый уровень или «родственная цепочка» со своими собственными функциями безопасности и механизмом консенсуса. Он работает рядом с основной цепочкой Ethereum и взаимодействует с ней для облегчения передачи активов с помощью смарт-контрактов.
- Каналы состояний
Каналы состояний — это решение второго уровня, которое позволяет проводить несколько транзакций вне цепи, в то время как в блокчейн Ethereum подаются только две транзакции. Этот метод повышает пропускную способность транзакций. Однако для осуществления сложных транзакций необходимо заблокировать большой объем капитала.
- Plasma
Plasma использует комбинацию смарт-контрактов и «деревьев Меркла» для создания неограниченного количества подсетей, называемых дочерними цепями, или плазменными цепями. Дочерние сети — это, по сути, уменьшенные версии основного блокчейна. Несколько дочерних цепочек могут быть расположены друг на друге в виде дерева и должны лишь периодически взаимодействовать с основной цепочкой. Plasma работает аналогично сайдчейнам, однако требует меньшего начального капитала.
Заключение
Решения второго уровня помогают уменьшить перегруженность блокчейн первого уровня, снимая вычисления с основной цепи и оптимизируя плату за газ. Кроме того, решения -1 вносят улучшения в базовый протокол блокчейна для достижения той же цели.
Это важно, если блокчейн и криптовалюта хотят добиться массового принятия, поскольку блокчейн-сети должны будут конкурировать с такими гигантами глобальных платежей, как PayPal и Visa. Однако благодаря решениям второго уровня разработчики могут создавать сложные финансовые приложения, которые просты и недороги в использовании.
