Разбиране на Layer 2 решенията за мащабиране

Блокчейн технологията, макар и революционна, се сблъсква със значително препятствие: мащабируемостта. Bitcoin и Ethereum, двете най-големи криптовалути, изпитват затруднения да обработват голям обем трансакции бързо и на достъпна цена. Това ограничение възпрепятства широкото им възприемане и ограничава видовете приложения, които могат да бъдат изградени върху тях. Layer 2 решенията за мащабиране се очертават като обещаващ подход за справяне с това предизвикателство. Това ръководство предоставя цялостен преглед на Layer 2 решенията, техните различни видове, предимства, предизвикателства и тяхното въздействие върху блокчейн екосистемата, погледнато от глобална перспектива.

Какво е мащабируемост на блокчейн?

Мащабируемостта на блокчейн се отнася до способността на една блокчейн мрежа да обработва голям брой трансакции в секунда (TPS), без да се компрометира сигурността, децентрализацията или производителността. Основните предизвикателства пред мащабируемостта често се наричат "блокчейн трилемата", която гласи, че е трудно едновременно да се оптимизират и трите аспекта (мащабируемост, сигурност и децентрализация). Увеличаването на пропускателната способност на трансакциите често е за сметка на сигурността или децентрализацията.

Традиционните блокчейни като Bitcoin имат ограничен TPS, което често води до бавни времена за трансакции и високи такси, особено в периоди на висока мрежова активност. Например, по време на пикови периоди, таксите за газ (разходите за трансакции) на Ethereum могат да станат непосилно скъпи, правейки простите трансакции неикономични. Това ограничава достъпността за потребителите по целия свят, особено в региони с по-ниски средни доходи.

Нуждата от Layer 2 решения

Layer 2 решенията имат за цел да подобрят мащабируемостта на блокчейн чрез обработка на трансакции извън основния блокчейн (Layer 1), като същевременно се възползват от неговата сигурност и децентрализация. Тези решения ефективно създават "магистрали" успоредно на основния блокчейн "път", което позволява по-бързи и по-евтини трансакции.

Основните цели на Layer 2 решенията за мащабиране са:

• Увеличаване на пропускателната способност на трансакциите: Обработване на повече трансакции в секунда, подобрявайки капацитета на мрежата.
• Намаляване на таксите за трансакции: Намаляване на разходите за трансакции, правейки блокчейн приложенията по-достъпни.
• Подобряване на потребителското изживяване: Предлагане на по-бързо време за потвърждение на трансакциите, подобрявайки цялостното потребителско изживяване.

Видове Layer 2 решения за мащабиране

Layer 2 решенията могат да бъдат най-общо категоризирани в няколко вида, всеки със своите силни и слаби страни:

1. Държавни канали (State Channels)

Дефиниция: Държавните канали позволяват на двама или повече участници да извършват множество трансакции извън веригата (off-chain), като подават само две трансакции към основния блокчейн: една за отваряне на канала и една за затварянето му. Всички междинни трансакции се обработват извън веригата, което значително намалява натоварването на основния блокчейн.

Как работи: Страните заключват определена сума средства в умен договор на основната верига, за да отворят канала. След това те могат да обменят трансакции помежду си извън веригата, актуализирайки състоянието на канала. Когато приключат, те затварят канала и крайното състояние се записва в основната верига.

Примери:

• Lightning Network (Bitcoin): Виден пример за държавен канал, предназначен за бързи и евтини Bitcoin трансакции, особено микроплащания. Той позволява на потребителите да правят множество малки плащания, без да плащат високи такси във веригата (on-chain).
• Raiden Network (Ethereum): Подобно на Lightning Network, Raiden улеснява бързи и евтини Ethereum трансакции.

Предимства:

• Висока скорост: Трансакциите се обработват почти моментално извън веригата.
• Ниски такси: Елиминира нуждата от плащане на такси за трансакции във веригата за всяка трансакция в рамките на канала.
• Поверителност: Трансакциите в рамките на канала не са публично видими в блокчейна.

Ограничения:

• Изисква взаимодействие във веригата: Отварянето и затварянето на канали изисква трансакции във веригата, което може да бъде скъпо по време на периоди на висока мрежова натовареност.
• Ограничено до участниците в канала: Трансакциите могат да се извършват само между участниците в канала.
• Капиталова ефективност: Средствата трябва да бъдат заключени в канала, което намалява капиталовата ефективност.

2. Странични вериги (Sidechains)

Дефиниция: Страничните вериги са независими блокчейни, които работят успоредно на основната верига и са свързани с нея чрез двупосочно обвързване (two-way peg). Те имат свои собствени консенсусни механизми и параметри на блоковете и могат да бъдат оптимизирани за конкретни случаи на употреба.

Как работи: Потребителите могат да преместват активи от основната верига към страничната верига и обратно, използвайки мост (bridge). След това трансакциите се обработват на страничната верига, възползвайки се от нейната потенциално по-висока пропускателна способност и по-ниски такси. Когато приключат, активите могат да бъдат преместени обратно в основната верига.

Примери:

• Liquid Network (Bitcoin): Странична верига, предназначена за бързи и поверителни Bitcoin трансакции, използвана предимно от борси и търговци.
• Polygon (по-рано Matic Network): Странична верига на Ethereum, която предлага по-бързи и по-евтини трансакции за DeFi и други приложения.
• SKALE Network (Ethereum): Модулна мрежа от странични вериги, която осигурява еластична мащабируемост за приложения на Ethereum.

Предимства:

• Увеличена пропускателна способност: Страничните вериги могат да бъдат оптимизирани за по-висока пропускателна способност на трансакциите.
• Възможност за персонализиране: Страничните вериги могат да бъдат пригодени за конкретни случаи на употреба, като DeFi или игри.
• По-ниски такси: Таксите за трансакции на страничните вериги обикновено са по-ниски от тези на основната верига.

Ограничения:

• Предположения за сигурност: Страничните вериги имат свои собствени консенсусни механизми, които може да са по-малко сигурни от основната верига. Потребителите трябва да се доверят на сигурността на страничната верига.
• Рискове от централизация: Някои странични вериги може да са по-централизирани от основната верига.
• Уязвимости на моста: Мостът, свързващ основната верига и страничната верига, може да бъде уязвим на атаки.

3. Rollups

Дефиниция: Rollups са Layer 2 решения за мащабиране, които изпълняват трансакции извън веригата, но публикуват данните за трансакциите в основната верига. Това им позволява да наследят сигурността на основната верига, като същевременно постигат по-висока пропускателна способност и по-ниски такси.

Как работи: Трансакциите се групират (roll up) в една-единствена трансакция и се подават към основната верига, намалявайки количеството данни, които трябва да се обработват във веригата. Rollups се предлагат в два основни варианта: Optimistic Rollups и Zero-Knowledge Rollups (ZK-Rollups).

Видове Rollups:

a) Optimistic Rollups

Механизъм: Optimistic Rollups приемат, че трансакциите са валидни, освен ако не се докаже противното. Те публикуват данни за трансакциите в основната верига, но не изпълняват трансакциите във веригата. Вместо това те позволяват период на оспорване (challenge period), през който всеки може да оспори валидността на дадена трансакция. Ако се докаже, че трансакцията е невалидна, rollup-ът се връща назад, а измамната трансакция се наказва.

Примери:

• Arbitrum (Ethereum): Optimistic Rollup, който има за цел да предостави среда за изпълнение с общо предназначение за умните договори на Ethereum.
• Optimism (Ethereum): Друг Optimistic Rollup, който се фокусира върху предоставянето на мащабируемо и удобно за потребителя изживяване за потребителите на Ethereum.

Предимства:

• Мащабируемост: Значително увеличава пропускателната способност на трансакциите.
• Сигурност: Наследява сигурността на основната верига.
• Съвместимост с EVM: Може да поддържа умни договори, съвместими с виртуалната машина на Ethereum (EVM).

Ограничения:

• Период на оспорване: Тегленията могат да отнемат сравнително дълго време (напр. 7 дни) поради периода на оспорване.
• Доказателства за измама (Fraud proofs): Изисква доказателства за измама за откриване и коригиране на невалидни трансакции.

б) Zero-Knowledge Rollups (ZK-Rollups)

Механизъм: ZK-Rollups използват доказателства с нулево знание (zero-knowledge proofs), за да докажат валидността на трансакциите извън веригата, преди да ги подадат към основната верига. Те генерират криптографско доказателство (SNARK или STARK), което потвърждава коректността на трансакциите, без да разкрива никаква информация за самите трансакции. След това това доказателство се публикува в основната верига, което позволява по-бърза и по-сигурна проверка на трансакциите.

Примери:

• zkSync (Ethereum): ZK-Rollup, който осигурява бързи и евтини трансакции за потребителите на Ethereum.
• StarkWare (Ethereum): ZK-Rollup, който предлага мащабируеми решения за различни приложения, включително DeFi и игри.
• Loopring (Ethereum): ZK-Rollup, предназначен за децентрализирани борси (DEXs).

Предимства:

• Мащабируемост: Осигурява висока пропускателна способност на трансакциите.
• Сигурност: Наследява сигурността на основната верига.
• Бърза окончателност: Трансакциите се финализират бързо благодарение на използването на доказателства с нулево знание.
• Поверителност: Доказателствата с нулево знание могат да осигурят подобрена поверителност за трансакциите.

Ограничения:

• Сложност: ZK-Rollups са по-сложни за внедряване от Optimistic Rollups.
• Изчислителни разходи: Генерирането на доказателства с нулево знание може да бъде изчислително скъпо.
• Съвместимост с EVM: Пълната съвместимост с EVM все още е в процес на разработка за някои ZK-Rollups.

4. Validium

Дефиниция: Validium е подобен на ZK-Rollups по това, че използва доказателства с нулево знание за валидиране на трансакции извън веригата. Въпреки това, за разлика от ZK-Rollups, Validium съхранява данните за трансакциите извън веригата, обикновено при доверена трета страна или децентрализиран комитет за наличност на данни.

Как работи: Трансакциите се обработват извън веригата и се генерира доказателство с нулево знание, за да се докаже тяхната валидност. След това доказателството се подава към основната верига, докато данните за трансакциите се съхраняват извън веригата. Потребителите могат да изтеглят данните за трансакциите от доставчика на хранилище извън веригата.

Примери:

• StarkEx (Ethereum): Validium решение, разработено от StarkWare, което се използва от различни проекти, включително dYdX за търговия с децентрализирани деривати.

Предимства:

• Мащабируемост: Осигурява много висока пропускателна способност на трансакциите.
• Сигурност: Разчита на доказателства с нулево знание за валидиране на трансакциите.
• По-ниски разходи във веригата: Намалява разходите във веригата чрез съхраняване на данни за трансакции извън веригата.

Ограничения:

• Наличност на данни: Разчита на наличността на хранилище за данни извън веригата. Ако данните не са налични, потребителите може да не успеят да получат достъп до средствата си.
• Предположения за доверие: Въвежда предположения за доверие, свързани с доставчика на хранилище за данни извън веригата.

Избор на правилното Layer 2 решение

Изборът на най-доброто Layer 2 решение за мащабиране зависи от няколко фактора, включително конкретния случай на употреба, желаното ниво на сигурност, необходимата пропускателна способност на трансакциите и приемливото ниво на сложност. Обмислете следните въпроси:

• Какъв е основният случай на употреба? (напр. DeFi, игри, плащания)
• Какво е необходимото ниво на сигурност?
• Каква е желаната пропускателна способност на трансакциите?
• Какъв е бюджетът за внедряване и поддръжка?
• Необходима ли е съвместимост с EVM?

За приложения, които изискват висока сигурност и бърза окончателност, ZK-Rollups или Validium може да са най-добрият избор. За приложения, които дават приоритет на съвместимостта с EVM и са готови да приемат по-дълго време за теглене, Optimistic Rollups може да са по-подходящи. За прости платежни приложения, държавните канали може да са достатъчни. Страничните вериги предлагат гъвкавост, но изискват внимателно обмисляне на техните рискове за сигурността и централизацията.

Layer 2 екосистема и оперативна съвместимост

Тъй като екосистемата на Layer 2 продължава да расте, оперативната съвместимост между различните Layer 2 решения става все по-важна. Потребителите трябва да могат безпроблемно да преместват активи и да взаимодействат с приложения в различни Layer 2 мрежи, без да срещат значителни затруднения. В ход са няколко инициативи за подобряване на оперативната съвместимост на Layer 2, включително:

• Мостове между вериги (Cross-Chain Bridges): Позволяват прехвърлянето на активи между различни Layer 2 мрежи.
• Атомни суапове (Atomic Swaps): Позволяват обмяната на активи между различни Layer 2 мрежи без нуждата от доверен посредник.
• Стандартизирани протоколи за съобщения: Улесняват комуникацията и споделянето на данни между различни Layer 2 мрежи.

Бъдещето на Layer 2 решенията за мащабиране

Layer 2 решенията за мащабиране са готови да играят критична роля в бъдещето на блокчейн технологията. С нарастването на възприемането на блокчейн, нуждата от мащабируеми и ефективни решения ще стане още по-належаща. Layer 2 решенията предлагат обещаващ път към постигане на мащабируемостта, необходима за поддръжка на широк спектър от приложения, от DeFi и игри до плащания и управление на веригата за доставки. С узряването на Layer 2 технологията и подобряването на оперативната съвместимост можем да очакваме значително увеличение на възприемането на Layer 2 решения и тяхната интеграция в по-широката блокчейн екосистема.

Развитието и възприемането на Layer 2 решенията за мащабиране са от съществено значение за реализирането на пълния потенциал на блокчейн технологията и предоставянето на нейните предимства на глобална аудитория. От по-бързо време за трансакции до по-ниски такси, Layer 2 решенията предлагат по-достъпно и удобно за потребителя изживяване за потребителите по целия свят. С развитието на технологията ще бъде от решаващо значение да бъдем информирани за най-новите разработки и най-добри практики, за да се гарантира, че Layer 2 решенията се внедряват ефективно и сигурно.

Глобално въздействие и възприемане

Въздействието на Layer 2 решенията се простира далеч отвъд чисто техническите подобрения. Те са ключови за превръщането на блокчейн технологията в достъпна за по-широка глобална аудитория. Ето няколко примера за това как те оформят глобалния пейзаж:

• Финансово включване: По-ниските такси за трансакции правят микротрансакциите и трансграничните плащания по-жизнеспособни, особено за хора в развиващите се страни, които може да нямат достъп до традиционни банкови услуги. Представете си фермер в Югоизточна Азия, който може да получава плащания директно от купувачи в Европа, без да плаща прекомерно високи такси.
• Достъп до децентрализирани финанси (DeFi): Решенията за мащабиране правят DeFi по-достъпни за обикновения потребител. Високите такси за газ на Layer 1 Ethereum са отказали много потенциални потребители. Layer 2 решенията позволяват на повече хора по света да участват в кредитиране, заемане и търговия.
• Игри и NFT: Layer 2 е от решаващо значение за позволяването на базирани на блокчейн игри и незаменими токени (NFT). Възможността за извършване на трансакции в играта бързо и евтино подобрява потребителското изживяване и отваря нови възможности за дигитална собственост. Помислете за геймъри в Южна Америка, които безпроблемно търгуват активи в играта с играчи в Северна Америка.
• Възприемане от предприятия: Бизнесът все повече проучва блокчейн за управление на веригата за доставки, управление на данни и други приложения. Layer 2 решенията правят тези приложения по-практични и рентабилни, насърчавайки по-широкото им възприемане от предприятия в различни региони.

Предизвикателства и съображения

Въпреки че Layer 2 решенията предлагат множество предимства, е важно да сме наясно с потенциалните предизвикателства:

• Рискове за сигурността: Въпреки че повечето Layer 2 решения използват сигурността на Layer 1, винаги съществуват потенциални рискове, свързани с протоколите на мостовете и компонентите извън веригата.
• Сложност: Внедряването и разбирането на Layer 2 може да бъде сложно, изисквайки от разработчиците и потребителите да научат нови технологии и концепции.
• Фрагментирана ликвидност: Ликвидността може да бъде фрагментирана в различните Layer 2 мрежи, което затруднява търговията с активи.
• Притеснения относно централизацията: Някои Layer 2 решения може да са по-централизирани от други, което поражда опасения относно устойчивостта на цензура.

Заключение

Layer 2 решенията за мащабиране са жизненоважни за бъдещето на блокчейн технологията. Като се справят с предизвикателствата на мащабируемостта на Layer 1 блокчейните, те правят блокчейна по-достъпен, по-евтин и по-лесен за използване от глобална аудитория. Въпреки че предизвикателствата остават, текущите разработки и изследвания непрекъснато подобряват производителността, сигурността и оперативната съвместимост на тези решения. С развитието на блокчейн технологията, Layer 2 решенията за мащабиране несъмнено ще играят ключова роля в реализирането на нейния трансформативен потенциал.

Независимо дали сте разработчик, инвеститор или просто блокчейн ентусиаст, разбирането на Layer 2 решенията за мащабиране е от решаващо значение за навигирането в постоянно развиващия се свят на блокчейн технологията. Като сте информирани за най-новите разработки и най-добри практики, можете да допринесете за растежа и възприемането на блокчейн в глобален мащаб.