З розвитком блокчейн-технологій дедалі більшого значення набуває масштабованість екосистеми. Нові застосунки та зростаючий обсяг транзакцій можна обробляти завдяки підвищенню пропускної здатності системи. Дискусії щодо Layer-1 і Layer-2 у контексті масштабованості рівнів блокчейну часто опиняються в центрі уваги.
Для покращення безпеки мережі та ведення записів було створено рівні блокчейну. У цій статті ви дізнаєтесь, як ці системи можуть працювати разом, підвищуючи взаємодію між блокчейнами.
Рішення масштабування Layer-1
Аналіз відмінностей між Layer-1 та Layer-2 був би неповним без визначення першого рівня. Як випливає з назви, Layer-1 означає базовий протокол мережі блокчейну.
Рішення для масштабування Layer-1 покращують фундамент блокчейну, сприяючи підвищенню його масштабованості. Це надає широкий спектр можливостей для збільшення пропускної здатності мереж. Наприклад, рішення Layer-1 можуть вносити безпосередні зміни до правил протоколу, підвищуючи швидкість і обсяг обробки транзакцій. Також такі рішення дозволяють ефективніше працювати з додатковими даними та користувачами.
Поширені методи масштабування Layer-1 включають збільшення розміру блоків або частоти їх створення.
Два основні механізми для досягнення масштабованості на цьому рівні — зміна протоколу консенсусу та використання шардингу.
Наприклад, деякі механізми консенсусу, такі як Proof-of-Stake (PoS), можуть бути ефективнішими за Proof-of-Work (PoW). З іншого боку, шардинг розподіляє навантаження на мережу між різними наборами даних або шардами.
Переваги
- Найочевиднішою перевагою Layer-1 є його масштабованість, оскільки зміни протоколу дозволяють підвищити продуктивність мережі.
- Layer-1 забезпечує децентралізацію та безпеку, поєднуючи їх із високою ефективністю та економічною доцільністю.
- Layer-1 сприяє розвитку екосистеми, інтегруючи нові інструменти та технологічні удосконалення безпосередньо у базовий протокол.
Недоліки
Неможливість швидкого масштабування є типовою проблемою Layer-1. Біткоїн та інші великі блокчейни стикаються з труднощами при обробці транзакцій у періоди підвищеного попиту. PoW, що використовується у біткоїні, потребує значних обчислювальних ресурсів.
Усунення проблем Layer-1
Щоб досягти масштабованості, блокчейн потребує фундаментальних оновлень, таких як:
Покращення протоколу консенсусу
Деякі механізми консенсусу є ефективнішими за інші. PoW, що використовується у біткоїні, є надійним, але повільним. Саме тому PoS є переважним механізмом для більшості нових блокчейн-мереж. Ethereum також переходить на PoS, що має збільшити його пропускну здатність, зберігаючи децентралізацію та безпеку.
PoS-системи не потребують від майнерів вирішення криптографічних алгоритмів, які потребують значних обчислювальних ресурсів. Натомість учасники мережі використовують PoS для обробки та верифікації блоків транзакцій. Ethereum планує перейти на алгоритм консенсусу PoS, що має на меті підвищити пропускну здатність мережі, посилити децентралізацію та зберегти безпеку.
Шардинг
Шардінг, адаптований з розподілених баз даних, став однією з найпопулярніших рішень масштабування рівня layer-1. Це процес поділу загального стану блокчейн-мережі на окремі сегменти даних, які називаються «шардами». Такий підхід дозволяє уникнути необхідності обробки всіх даних усіма вузлами мережі.
Мережа обробляє ці шарди паралельно, що дозволяє здійснювати послідовну обробку кількох транзакцій. Крім того, кожен вузол мережі закріплюється за певним шардом, а не зберігає повну копію блокчейну. Кожен шард надсилає підтвердження до основного ланцюга та обмінюється адресами, загальними станами і балансами з іншими шардами через систему міжшардової комунікації. Разом із Zilliqa, Qtum і Tezos, Ethereum 2.0 є одним із провідних блокчейн-протоколів, що впроваджують шардинг.
Рішення для масштабування рівня layer-2
Головна мета масштабування рівня layer-2 – використання мереж або технологій, що працюють поверх основного блокчейн-протоколу. Завдяки застосуванню позаланцюгових (off-chain) рішень мережа може підвищити свою масштабованість та ефективність.
Масштабування рівня layer-2 передбачає перенесення навантаження від обробки транзакцій з головного блокчейн-протоколу на зовнішню архітектуру. Позаланцюгова архітектура повідомляє основний блокчейн лише про кінцеві результати переданих транзакцій.
Такі рішення дають змогу делегувати обробку даних у підтримуючу архітектуру, що підвищує гнучкість і продуктивність. У результаті основний блокчейн не перевантажується, а масштабованість значно покращується.
Одним із найпоширеніших прикладів layer-2 є Lightning Network – рішення для масштабування біткоїна.
Переваги
- Однією з найбільших переваг layer-2 є те, що його впровадження не впливає на продуктивність або функціональність основного блокчейна, не спричиняючи деградації мережі.
- Рішення рівня layer-2, такі як state channels та Lightning Network, прискорюють виконання численних мікротранзакцій. Це досягається завдяки тому, що такі транзакції не потребують негайної перевірки всіма вузлами основної мережі та не супроводжуються додатковими комісіями.
Недоліки
- Проблеми з міжмережевою взаємодією: Одним з найбільших викликів у блокчейн-індустрії є обмежена взаємодія між різними блокчейнами (наприклад, користувачі Ethereum не можуть безпосередньо взаємодіяти з біткоїном). Layer-2 може погіршити цю проблему, оскільки користувачі обмежені протоколами конкретних рішень, які вони використовують.
- Питання безпеки та конфіденційності: Різні рішення layer-2 забезпечують різні рівні безпеки та конфіденційності, але жодне з них не може гарантувати той самий рівень захисту, що й основні блокчейни. Це слід враховувати залежно від ваших пріоритетів.
Вирішення проблем layer-2
Існує декілька рішень для масштабування рівня layer-2, серед яких вкладені блокчейни (nested blockchains), state channels та сайдчейни (sidechains).
Вкладені блокчейни
Вкладений блокчейн – це блокчейн, розміщений поверх іншого блокчейна. Зазвичай він складається з основного блокчейна, який встановлює параметри для ширшої мережі, тоді як виконання операцій відбувається у взаємопов’язаній мережі вторинних ланцюгів.
На основному ланцюгу можуть бути побудовані різні рівні блокчейнів, де кожен рівень має зв’язок «батько-дитина». Батьківський ланцюг делегує завдання дочірнім ланцюгам, які виконують їх і надсилають результати назад.
Основний блокчейн не бере участі в обробці функцій дочірніх мереж, окрім випадків, коли потрібне вирішення суперечок. Такий розподіл навантаження значно зменшує навантаження на головний блокчейн, що покращує масштабованість. Проєкт OMG Plasma є прикладом вкладеної блокчейн-інфраструктури рівня layer-2, що працює поверх Ethereum.
State channels
State channel дає змогу здійснювати двосторонню комунікацію між блокчейном і позаланцюговими каналами транзакцій, підвищуючи швидкість та ефективність обробки. State channels не вимагають перевірки всіма вузлами layer-1. Натомість вони працюють на основі механізмів мультипідпису або смартконтрактів.
Після завершення транзакцій у state channel остаточний «стан» каналу записується у блокчейн. Прикладами таких рішень є Liquid Network, Raiden Network (Ethereum), Celer та Lightning Network (біткоїн). Вони жертвують частиною децентралізації задля підвищеної масштабованості.
Сайдчейни
Сайдчейн — це паралельний блокчейн, який використовується для пакетної обробки транзакцій. Він має незалежний механізм консенсусу, що можна оптимізувати для швидкості та масштабованості. Головний блокчейн у цій архітектурі виконує функції безпеки, верифікації записів транзакцій та вирішення суперечок.
На відміну від state channels, транзакції в сайдчейнах не є приватними між учасниками – вони публічно фіксуються у блокчейні. Також безпекові проблеми сайдчейнів не впливають на основний ланцюг або інші сайдчейни. Проте створення сайдчейну може вимагати значних зусиль і ресурсів.
Що таке трилема блокчейну?
Проблема масштабованості, або блокчейн-трилема, описує здатність блокчейна балансувати між трьома ключовими властивостями, що визначають його основні принципи: безпекою, децентралізацією та масштабованістю.
Трилема стверджує, що блокчейн може володіти лише двома з трьох властивостей, ніколи не всіма трьома одночасно. Отже, поточній технології блокчейн завжди доведеться жертвувати однією зі своїх фундаментальних властивостей заради своєї функціональності. Біткойн є яскравим прикладом цього; Хоча його блокчейн оптимізував децентралізацію та безпеку, він запропонував масштабованість.
Наразі не існує криптовалюти, здатної одночасно досягти максимального рівня безпеки, децентралізації та масштабованості. Іншими словами, кожен блокчейн-протокол надає пріоритет двом характеристикам, частково жертвуючи третьою.
Розробники активно працюють над розв’язанням блокчейн-трилеми, впроваджуючи нові технології, що вже починають вирішувати проблему масштабованості. Залежно від рівня їх реалізації, ці підходи поділяються на рішення layer-1 та layer-2.
Деякі криптовалюти здатні обробляти тисячі транзакцій за секунду, але при цьому поступаються у децентралізації або безпеці. Водночас біткоїн та Ethereum залишаються одними з найбільш безпечних і децентралізованих цифрових активів. Cardano, Avalanche та Solana – це layer-1 блокчейни, які здобули популярність завдяки вирішенню проблем масштабування, з якими стикаються біткоїн та Ethereum.
Layer-1 vs. Layer-2: основні відмінності
Загальна концепція рішень для масштабування layer-1 і layer-2 допомагає чітко розрізняти їх. Ось ключові відмінності між цими двома рівнями масштабування блокчейнів.
1. Визначення
Layer-1 – це рішення, які змінюють основний рівень блокчейн-протоколу для досягнення необхідних покращень. Наприклад, можна змінити розмір блоку для обробки більшої кількості транзакцій або оновити механізм консенсусу, щоб підвищити швидкість і ефективність.
Layer-2 – це позаланцюгові рішення, що допомагають зменшити навантаження на основний блокчейн-протокол. Головна мережа делегує обробку частини транзакцій або обчислень layer-2 протоколам, мережам чи додаткам. Layer-2 рішення виконують ці операції та передають кінцевий результат основному блокчейну.
2. Методика проведення операції
У блокчейн-мережах першого рівня основний метод масштабування зосереджений на модифікації базового протоколу. Для реалізації рішень масштабування першого рівня необхідно змінювати блокчейн-протоколи, тому у разі різкого зниження обсягу транзакцій миттєве скасування внесених змін буде неможливим.
Натомість рішення для масштабування другого рівня працюють як позамережеві (off-chain) механізми, що функціонують незалежно від основного блокчейн-протоколу. Позамережеві протоколи, мережі та рішення передають лише остаточні результати, необхідні для основного блокчейн-протоколу.
3. Види рішень
У випадку рішень для блокчейнів першого рівня два найпоширеніші методи покращення – це вдосконалення консенсусного протоколу та шардинг. Масштабування першого рівня передбачає зміни розміру блоку або швидкості його створення, що забезпечує необхідну функціональність.
Щодо рішень для масштабування блокчейнів другого рівня, то фактично немає обмежень щодо їх реалізації. Будь-який протокол, мережа чи застосунок можуть функціонувати як рішення другого рівня поза основним блокчейном.
4. Якість
Мережі першого рівня виступають остаточним джерелом інформації та несуть відповідальність за підтвердження транзакцій. Для доступу до ресурсів мережі першого рівня використовується її нативний токен. Ще однією важливою характеристикою блокчейнів першого рівня є інновації у механізмах консенсусу.
Мережі другого рівня забезпечують ту саму функціональність, що й блокчейни першого рівня, проте мають додаткові можливості. Наприклад, рішення другого рівня підвищують пропускну здатність і програмованість, водночас знижуючи витрати на транзакції. Кожне рішення другого рівня має власний метод повторного відображення транзакцій у відповідний базовий рівень.
Майбутнє масштабування
Проблема масштабованості є ключовим фактором, що перешкоджає широкому впровадженню криптовалют. Оскільки попит на цифрові активи зростає, потреба в розширенні можливостей блокчейн-платформ також збільшуватиметься. Масштабування першого та другого рівнів мають свої особливості, переваги та витрати. Тому в майбутньому процес масштабування передбачатиме поєднання обох підходів.
Поширені запитання
У чому різниця між першим і другим рівнем?
Ethereum – це блокчейн рівня 1 чи 2?
Чи існує блокчейн рівня 3?
Що таке блокчейн рівня 0?
Дисклеймер
Відповідно до принципів проєкту Trust Project, ця авторська стаття представляє точку зору автора і не обов'язково відображає погляди BeInCrypto. BeInCrypto залишається прихильником прозорої звітності та дотримання найвищих стандартів журналістики. Читачам рекомендується перевіряти інформацію самостійно і консультуватися з професіоналами, перш ніж приймати рішення на основі цього контенту. Зверніть увагу, що наші Загальні положення та умови, Полiтика конфіденційності та Дисклеймер були оновлені.
