Pochopení řešení pro škálování na druhé vrstvě

Technologie blockchainu, ačkoliv je revoluční, čelí významné překážce: škálovatelnosti. Bitcoin a Ethereum, dvě největší kryptoměny, mají potíže se zpracováním velkého objemu transakcí rychle a za dostupnou cenu. Toto omezení brání jejich širšímu přijetí a omezuje typy aplikací, které na nich lze budovat. Řešení pro škálování na druhé vrstvě (Layer 2) se objevila jako slibný přístup k řešení této výzvy. Tento průvodce poskytuje komplexní přehled řešení druhé vrstvy, jejich různých typů, výhod, výzev a jejich dopadu na ekosystém blockchainu z globální perspektivy.

Co je to škálovatelnost blockchainu?

Škálovatelnost blockchainu označuje schopnost blockchainové sítě zpracovat velký počet transakcí za sekundu (TPS) bez kompromisů v oblasti bezpečnosti, decentralizace nebo výkonu. Klíčové výzvy v oblasti škálovatelnosti jsou často označovány jako „blockchainové trilema“, které tvrdí, že je obtížné optimalizovat všechny tři aspekty (škálovatelnost, bezpečnost a decentralizaci) současně. Zvyšování transakční propustnosti často probíhá na úkor bezpečnosti nebo decentralizace.

Tradiční blockchainy jako Bitcoin mají omezený počet TPS, což často vede k pomalým transakčním časům a vysokým transakčním poplatkům, zejména v obdobích vysoké aktivity sítě. Například během špičky se poplatky za gas na Ethereu (transakční náklady) mohou stát neúměrně vysokými, což činí jednoduché transakce neekonomickými. To omezuje dostupnost pro uživatele po celém světě, zejména v regionech s nižšími průměrnými příjmy.

Potřeba řešení druhé vrstvy

Řešení druhé vrstvy (L2) mají za cíl zlepšit škálovatelnost blockchainu zpracováním transakcí mimo hlavní blockchain (první vrstvu, L1), přičemž stále těží z jeho bezpečnosti a decentralizace. Tato řešení v podstatě vytvářejí „dálnice“ vedle hlavní blockchainové „silnice“, což umožňuje rychlejší a levnější transakce.

Hlavní cíle řešení pro škálování na druhé vrstvě jsou:

• Zvýšit transakční propustnost: Zpracovat více transakcí za sekundu a zlepšit tak kapacitu sítě.
• Snížit transakční poplatky: Snížit náklady na transakce a učinit tak blockchainové aplikace dostupnějšími.
• Zlepšit uživatelský zážitek: Nabídnout rychlejší časy potvrzení transakcí a zlepšit tak celkový uživatelský zážitek.

Typy řešení pro škálování druhé vrstvy

Řešení druhé vrstvy lze obecně rozdělit do několika typů, z nichž každý má své silné a slabé stránky:

1. Stavové kanály

Definice: Stavové kanály umožňují dvěma nebo více účastníkům provádět více transakcí mimo řetězec (off-chain), zatímco na hlavní blockchain odesílají pouze dvě transakce: jednu pro otevření kanálu a jednu pro jeho uzavření. Všechny mezilehlé transakce jsou zpracovávány mimo řetězec, což významně snižuje zátěž hlavního blockchainu.

Jak to funguje: Účastníci uzamknou určitou částku prostředků do chytrého kontraktu na hlavním řetězci, aby otevřeli kanál. Poté si mohou mezi sebou vyměňovat transakce mimo řetězec a aktualizovat tak stav kanálu. Jakmile skončí, kanál uzavřou a konečný stav se zaznamená na hlavní řetězec.

Příklady:

• Lightning Network (Bitcoin): Významný příklad stavového kanálu navrženého pro rychlé a levné transakce s Bitcoinem, zejména pro mikroplatby. Umožňuje uživatelům provádět mnoho malých plateb bez vysokých poplatků na řetězci.
• Raiden Network (Ethereum): Podobně jako Lightning Network, Raiden usnadňuje rychlé a levné transakce na Ethereu.

Výhody:

• Vysoká rychlost: Transakce jsou zpracovány téměř okamžitě mimo řetězec.
• Nízké poplatky: Odstraňuje nutnost platit transakční poplatky na řetězci za každou transakci v rámci kanálu.
• Soukromí: Transakce v rámci kanálu nejsou veřejně viditelné na blockchainu.

Omezení:

• Vyžaduje interakci na řetězci: Otevírání a zavírání kanálů vyžaduje transakce na řetězci, které mohou být nákladné v obdobích vysokého přetížení sítě.
• Omezeno na účastníky kanálu: Transakce lze provádět pouze mezi účastníky kanálu.
• Kapitálová efektivita: Prostředky musí být uzamčeny v kanálu, což snižuje kapitálovou efektivitu.

2. Sidechainy

Definice: Sidechainy jsou nezávislé blockchainy, které běží paralelně s hlavním řetězcem a jsou s ním propojeny prostřednictvím obousměrného pegu. Mají vlastní mechanismy konsenzu a parametry bloků a mohou být optimalizovány pro specifické případy použití.

Jak to funguje: Uživatelé mohou přesouvat aktiva z hlavního řetězce na sidechain a zpět pomocí mostu. Transakce jsou poté zpracovávány na sidechainu, který těží z jeho potenciálně vyšší propustnosti a nižších poplatků. Po dokončení lze aktiva přesunout zpět na hlavní řetězec.

Příklady:

• Liquid Network (Bitcoin): Sidechain navržený pro rychlé a důvěrné transakce s Bitcoinem, primárně používaný burzami a obchodníky.
• Polygon (dříve Matic Network): Sidechain Etherea, který nabízí rychlejší a levnější transakce pro DeFi a další aplikace.
• SKALE Network (Ethereum): Modulární síť sidechainů, která poskytuje elastickou škálovatelnost pro aplikace na Ethereu.

Výhody:

• Zvýšená propustnost: Sidechainy mohou být optimalizovány pro vyšší transakční propustnost.
• Přizpůsobitelnost: Sidechainy lze přizpůsobit specifickým případům použití, jako je DeFi nebo hraní her.
• Nižší poplatky: Transakční poplatky na sidechainech jsou obvykle nižší než na hlavním řetězci.

Omezení:

• Bezpečnostní předpoklady: Sidechainy mají vlastní mechanismy konsenzu, které mohou být méně bezpečné než hlavní řetězec. Uživatelé musí důvěřovat bezpečnosti sidechainu.
• Rizika centralizace: Některé sidechainy mohou být centralizovanější než hlavní řetězec.
• Zranitelnosti mostů: Most spojující hlavní řetězec a sidechain může být zranitelný vůči útokům.

3. Rollupy

Definice: Rollupy jsou řešení pro škálování druhé vrstvy, která provádějí transakce mimo řetězec, ale odesílají transakční data na hlavní řetězec. To jim umožňuje zdědit bezpečnost hlavního řetězce a zároveň dosáhnout vyšší propustnosti a nižších poplatků.

Jak to funguje: Transakce jsou sbaleny (rolled up) do jedné transakce a odeslány na hlavní řetězec, což snižuje množství dat, která je třeba zpracovat na řetězci. Rollupy se dělí na dva hlavní typy: Optimistické rollupy a Rollupy s nulovou znalostí (ZK-Rollups).

Typy rollupů:

a) Optimistické rollupy

Mechanismus: Optimistické rollupy předpokládají, že transakce jsou platné, pokud se neprokáže opak. Odesílají transakční data na hlavní řetězec, ale neprovádějí transakce na řetězci. Místo toho umožňují tzv. období pro napadení (challenge period), během kterého může kdokoli zpochybnit platnost transakce. Pokud se prokáže, že transakce je neplatná, rollup se vrátí zpět a podvodná transakce je penalizována.

Příklady:

• Arbitrum (Ethereum): Optimistický rollup, jehož cílem je poskytnout univerzální prováděcí prostředí pro chytré kontrakty na Ethereu.
• Optimism (Ethereum): Další optimistický rollup, který se zaměřuje na poskytování škálovatelného a uživatelsky přívětivého zážitku pro uživatele Etherea.

Výhody:

• Škálovatelnost: Výrazně zvyšuje transakční propustnost.
• Bezpečnost: Dědí bezpečnost hlavního řetězce.
• Kompatibilita s EVM: Může podporovat chytré kontrakty kompatibilní s Ethereum Virtual Machine (EVM).

Omezení:

• Období pro napadení: Výběry mohou trvat relativně dlouho (např. 7 dní) kvůli období pro napadení.
• Důkazy o podvodu: Vyžaduje důkazy o podvodu (fraud proofs) k detekci a nápravě neplatných transakcí.

b) Rollupy s nulovou znalostí (ZK-Rollups)

Mechanismus: ZK-Rollupy používají důkazy s nulovou znalostí k prokázání platnosti transakcí mimo řetězec před jejich odesláním na hlavní řetězec. Generují kryptografický důkaz (SNARK nebo STARK), který ověřuje správnost transakcí, aniž by odhalil jakékoli informace o samotných transakcích. Tento důkaz je poté odeslán na hlavní řetězec, což umožňuje rychlejší a bezpečnější ověření transakcí.

Příklady:

• zkSync (Ethereum): ZK-Rollup, který poskytuje rychlé a levné transakce pro uživatele Etherea.
• StarkWare (Ethereum): ZK-Rollup, který nabízí škálovatelná řešení pro různé aplikace, včetně DeFi a her.
• Loopring (Ethereum): ZK-Rollup navržený pro decentralizované burzy (DEX).

Výhody:

• Škálovatelnost: Poskytuje vysokou transakční propustnost.
• Bezpečnost: Dědí bezpečnost hlavního řetězce.
• Rychlá finalita: Transakce jsou finalizovány rychle díky použití důkazů s nulovou znalostí.
• Soukromí: Důkazy s nulovou znalostí mohou poskytnout zvýšené soukromí pro transakce.

Omezení:

• Složitost: ZK-Rollupy jsou složitější na implementaci než optimistické rollupy.
• Výpočetní náklady: Generování důkazů s nulovou znalostí může být výpočetně náročné.
• Kompatibilita s EVM: Plná kompatibilita s EVM je u některých ZK-Rollupů stále ve vývoji.

4. Validium

Definice: Validium je podobné ZK-Rollupům v tom, že používá důkazy s nulovou znalostí k validaci transakcí mimo řetězec. Na rozdíl od ZK-Rollupů však Validium ukládá transakční data mimo řetězec, obvykle u důvěryhodné třetí strany nebo u decentralizovaného výboru pro dostupnost dat.

Jak to funguje: Transakce jsou zpracovávány mimo řetězec a je generován důkaz s nulovou znalostí k prokázání jejich platnosti. Důkaz je poté odeslán na hlavní řetězec, zatímco transakční data jsou uložena mimo řetězec. Uživatelé mohou načíst transakční data od poskytovatele úložiště mimo řetězec.

Příklady:

• StarkEx (Ethereum): Řešení Validium vyvinuté společností StarkWare, které bylo použito v různých projektech, včetně dYdX pro decentralizované obchodování s deriváty.

Výhody:

• Škálovatelnost: Poskytuje velmi vysokou transakční propustnost.
• Bezpečnost: Spoléhá na důkazy s nulovou znalostí pro validaci transakcí.
• Nižší náklady na řetězci: Snižuje náklady na řetězci ukládáním transakčních dat mimo řetězec.

Omezení:

• Dostupnost dat: Spoléhá na dostupnost úložiště dat mimo řetězec. Pokud data nejsou dostupná, uživatelé nemusí mít přístup ke svým prostředkům.
• Předpoklady důvěry: Zavádí předpoklady důvěry související s poskytovatelem úložiště dat mimo řetězec.

Výběr správného řešení druhé vrstvy

Výběr nejlepšího řešení pro škálování druhé vrstvy závisí na několika faktorech, včetně specifického případu použití, požadované úrovně bezpečnosti, požadované transakční propustnosti a přijatelné úrovně složitosti. Zvažte následující otázky:

• Jaký je primární případ použití? (např. DeFi, hraní her, platby)
• Jaká je požadovaná úroveň bezpečnosti?
• Jaká je požadovaná transakční propustnost?
• Jaký je rozpočet na implementaci a údržbu?
• Je vyžadována kompatibilita s EVM?

Pro aplikace, které vyžadují vysokou bezpečnost a rychlou finalitu, mohou být nejlepší volbou ZK-Rollupy nebo Validium. Pro aplikace, které upřednostňují kompatibilitu s EVM a jsou ochotny akceptovat delší dobu pro výběr, mohou být vhodnější optimistické rollupy. Pro jednoduché platební aplikace mohou být dostačující stavové kanály. Sidechainy nabízejí flexibilitu, ale vyžadují pečlivé zvážení jejich bezpečnostních rizik a rizik centralizace.

Ekosystém druhé vrstvy a interoperabilita

Jak ekosystém druhé vrstvy stále roste, interoperabilita mezi různými řešeními druhé vrstvy se stává stále důležitější. Uživatelé by měli být schopni bez problémů přesouvat aktiva a interagovat s aplikacemi napříč různými sítěmi druhé vrstvy bez výrazných překážek. Probíhá několik iniciativ na zlepšení interoperability druhé vrstvy, včetně:

• Meziřetězcové mosty (Cross-Chain Bridges): Umožňují přenos aktiv mezi různými sítěmi druhé vrstvy.
• Atomické swapy (Atomic Swaps): Umožňují výměnu aktiv mezi různými sítěmi druhé vrstvy bez potřeby důvěryhodného zprostředkovatele.
• Standardizované protokoly pro zasílání zpráv: Usnadňují komunikaci a sdílení dat mezi různými sítěmi druhé vrstvy.

Budoucnost řešení pro škálování druhé vrstvy

Řešení pro škálování druhé vrstvy jsou předurčena hrát klíčovou roli v budoucnosti technologie blockchainu. S rostoucím přijetím blockchainu se potřeba škálovatelných a efektivních řešení stane ještě naléhavější. Řešení druhé vrstvy nabízejí slibnou cestu k dosažení škálovatelnosti potřebné k podpoře široké škály aplikací, od DeFi a her až po platby a řízení dodavatelského řetězce. Jak technologie druhé vrstvy dospívá a interoperabilita se zlepšuje, můžeme očekávat výrazný nárůst přijetí řešení druhé vrstvy a jejich integraci do širšího ekosystému blockchainu.

Vývoj a přijetí řešení pro škálování druhé vrstvy jsou nezbytné pro realizaci plného potenciálu technologie blockchainu a přinesení jejích výhod globálnímu publiku. Od rychlejších transakčních časů po nižší poplatky, řešení druhé vrstvy nabízejí dostupnější a uživatelsky přívětivější zážitek pro uživatele po celém světě. Jak se technologie vyvíjí, bude klíčové zůstat informován o nejnovějších vývojích a osvědčených postupech, aby bylo zajištěno, že řešení druhé vrstvy jsou implementována efektivně a bezpečně.

Globální dopad a přijetí

Dopad řešení druhé vrstvy sahá daleko za pouhá technická vylepšení. Jsou klíčem k tomu, aby se technologie blockchainu stala dostupnou pro širší globální publikum. Zde jsou některé příklady toho, jak formují globální scénu:

• Finanční inkluze: Nižší transakční poplatky činí mikrotransakce a přeshraniční platby životaschopnějšími, zejména pro jednotlivce v rozvojových zemích, kteří nemusí mít přístup k tradičním bankovním službám. Představte si farmáře v jihovýchodní Asii, který může přijímat platby přímo od kupujících v Evropě bez vysokých poplatků.
• Přístup k decentralizovaným financím (DeFi): Řešení pro škálování činí DeFi dostupnější pro průměrného uživatele. Vysoké poplatky za gas na první vrstvě Etherea odradily mnoho potenciálních uživatelů. Řešení druhé vrstvy umožňují více lidem po celém světě podílet se na půjčování, vypůjčování a obchodování.
• Hry a NFT: Druhá vrstva je klíčová pro umožnění her založených na blockchainu a nezaměnitelných tokenů (NFT). Schopnost provádět transakce ve hře rychle a levně zlepšuje uživatelský zážitek a otevírá nové možnosti pro digitální vlastnictví. Představte si hráče v Jižní Americe, kteří bez problémů obchodují herní aktiva s hráči v Severní Americe.
• Přijetí v podnikovém sektoru: Podniky stále více zkoumají blockchain pro řízení dodavatelského řetězce, správu dat a další aplikace. Řešení druhé vrstvy činí tyto aplikace praktičtějšími a nákladově efektivnějšími, což podporuje širší přijetí v podnikovém sektoru napříč různými regiony.

Výzvy a úvahy

Ačkoliv řešení druhé vrstvy nabízejí četné výhody, je nezbytné si být vědom potenciálních výzev:

• Bezpečnostní rizika: Zatímco většina řešení druhé vrstvy využívá bezpečnost první vrstvy, vždy existují potenciální rizika spojená s protokoly mostů a komponenty mimo řetězec.
• Složitost: Implementace a porozumění druhé vrstvě může být složité a vyžaduje, aby se vývojáři a uživatelé naučili nové technologie a koncepty.
• Fragmentovaná likvidita: Likvidita může být roztříštěná napříč různými sítěmi druhé vrstvy, což ztěžuje obchodování s aktivy.
• Obavy z centralizace: Některá řešení druhé vrstvy mohou být centralizovanější než jiná, což vyvolává obavy ohledně odolnosti vůči cenzuře.

Závěr

Řešení pro škálování druhé vrstvy jsou pro budoucnost technologie blockchainu životně důležitá. Tím, že řeší problémy škálovatelnosti blockchainů první vrstvy, činí blockchain dostupnějším, levnějším a uživatelsky přívětivějším pro globální publikum. Ačkoliv výzvy přetrvávají, neustálý vývoj a výzkum neustále zlepšují výkon, bezpečnost a interoperabilitu těchto řešení. Jak se technologie blockchainu dále vyvíjí, řešení pro škálování druhé vrstvy budou bezpochyby hrát klíčovou roli při realizaci jejího transformačního potenciálu.

Ať už jste vývojář, investor, nebo prostě nadšenec do blockchainu, porozumění řešením pro škálování druhé vrstvy je klíčové pro orientaci v neustále se vyvíjejícím světě technologie blockchainu. Tím, že budete informováni o nejnovějších vývojích a osvědčených postupech, můžete přispět k růstu a přijetí blockchainu v globálním měřítku.