Zrozumienie rozwiązań skalowania warstwy 2

Technologia blockchain, choć rewolucyjna, stoi w obliczu poważnej przeszkody: skalowalności. Bitcoin i Ethereum, dwie największe kryptowaluty, zmagają się z szybkim i opłacalnym przetwarzaniem dużej liczby transakcji. To ograniczenie utrudnia ich powszechne przyjęcie i ogranicza rodzaje aplikacji, które można na nich budować. Rozwiązania skalowania warstwy 2 pojawiły się jako obiecujące podejście do rozwiązania tego problemu. Niniejszy przewodnik zawiera kompleksowy przegląd rozwiązań warstwy 2, ich różnych typów, korzyści, wyzwań i wpływu na ekosystem blockchain, widziany z globalnej perspektywy.

Czym jest skalowalność Blockchain?

Skalowalność blockchain odnosi się do zdolności sieci blockchain do obsługi dużej liczby transakcji na sekundę (TPS) bez uszczerbku dla bezpieczeństwa, decentralizacji lub wydajności. Główne wyzwania dla skalowalności są często określane jako „Trylemat Blockchain”, który zakłada, że ​​trudno jest jednocześnie zoptymalizować wszystkie trzy aspekty (skalowalność, bezpieczeństwo i decentralizację). Zwiększenie przepustowości transakcji często odbywa się kosztem bezpieczeństwa lub decentralizacji.

Tradycyjne blockchainy, takie jak Bitcoin, mają ograniczoną liczbę TPS, co często skutkuje powolnym czasem transakcji i wysokimi opłatami transakcyjnymi, zwłaszcza w okresach dużej aktywności sieci. Na przykład w okresach szczytu opłaty za gaz Ethereum (koszty transakcji) mogą stać się zabójczo drogie, co sprawia, że proste transakcje są nieekonomiczne. Ogranicza to dostępność dla użytkowników na całym świecie, zwłaszcza w regionach o niższych średnich dochodach.

Potrzeba rozwiązań warstwy 2

Rozwiązania warstwy 2 mają na celu poprawę skalowalności blockchain poprzez przetwarzanie transakcji poza głównym blockchainem (warstwa 1), jednocześnie korzystając z jego bezpieczeństwa i decentralizacji. Rozwiązania te skutecznie tworzą „autostrady” obok „drogi” głównego blockchaina, umożliwiając szybsze i tańsze transakcje.

Głównymi celami rozwiązań skalowania warstwy 2 są:

• Zwiększenie przepustowości transakcji: Przetwarzaj więcej transakcji na sekundę, poprawiając przepustowość sieci.
• Zmniejszenie opłat transakcyjnych: Obniżenie kosztów transakcji, co zwiększa dostępność aplikacji blockchain.
• Poprawa doświadczenia użytkownika: Oferowanie szybszych czasów potwierdzania transakcji, poprawiając ogólne wrażenia użytkownika.

Rodzaje rozwiązań skalowania warstwy 2

Rozwiązania warstwy 2 można podzielić na kilka typów, z których każdy ma swoje mocne i słabe strony:

1. Kanały stanów

Definicja: Kanały stanów umożliwiają dwóm lub więcej uczestnikom przeprowadzanie wielu transakcji poza łańcuchem, jednocześnie przesyłając tylko dwie transakcje do głównego łańcucha bloków: jedną w celu otwarcia kanału i jedną w celu jego zamknięcia. Wszystkie transakcje pośrednie są przetwarzane poza łańcuchem, co znacznie zmniejsza obciążenie głównego łańcucha bloków.

Jak to działa: Strony blokują określoną ilość środków w inteligentnym kontrakcie w głównym łańcuchu, aby otworzyć kanał. Mogą następnie wymieniać transakcje między sobą poza łańcuchem, aktualizując stan kanału. Po zakończeniu zamykają kanał, a ostateczny stan jest rejestrowany w głównym łańcuchu.

Przykłady:

• Lightning Network (Bitcoin): Wybitny przykład kanału stanów przeznaczonego do szybkich i tanich transakcji Bitcoin, w szczególności mikropłatności. Umożliwia użytkownikom dokonywanie wielu małych płatności bez ponoszenia wysokich opłat w łańcuchu.
• Raiden Network (Ethereum): Podobnie jak Lightning Network, Raiden ułatwia szybkie i tanie transakcje Ethereum.

Korzyści:

• Duża prędkość: Transakcje są przetwarzane prawie natychmiast poza łańcuchem.
• Niskie opłaty: Eliminuje konieczność uiszczania opłat za transakcje w łańcuchu dla każdej transakcji w kanale.
• Prywatność: Transakcje w kanale nie są publicznie widoczne w łańcuchu bloków.

Ograniczenia:

• Wymaga interakcji w łańcuchu: Otwieranie i zamykanie kanałów wymaga transakcji w łańcuchu, co może być kosztowne w okresach dużego przeciążenia sieci.
• Ograniczone do uczestników kanału: Transakcje mogą być przeprowadzane tylko między uczestnikami kanału.
• Efektywność kapitałowa: Środki muszą być zablokowane w kanale, co zmniejsza efektywność kapitałową.

2. Sidechainy

Definicja: Sidechainy to niezależne blockchainy, które działają równolegle do głównego łańcucha i są z nim połączone za pomocą dwukierunkowego peg. Mają własne mechanizmy konsensusu i parametry bloków i mogą być zoptymalizowane pod kątem określonych przypadków użycia.

Jak to działa: Użytkownicy mogą przenosić aktywa z głównego łańcucha do sidechaina i z powrotem za pomocą mostu. Transakcje są następnie przetwarzane na sidechainie, korzystając z potencjalnie wyższej przepustowości i niższych opłat. Po zakończeniu aktywa można przenieść z powrotem do głównego łańcucha.

Przykłady:

• Liquid Network (Bitcoin): Sidechain przeznaczony do szybkich i poufnych transakcji Bitcoin, używany głównie przez giełdy i traderów.
• Polygon (dawniej Matic Network): Sidechain Ethereum, który oferuje szybsze i tańsze transakcje dla DeFi i innych aplikacji.
• SKALE Network (Ethereum): Modułowa sieć sidechain, która zapewnia elastyczną skalowalność dla aplikacji Ethereum.

Korzyści:

• Zwiększona przepustowość: Sidechainy można zoptymalizować pod kątem wyższej przepustowości transakcji.
• Konfigurowalny: Sidechainy można dostosować do konkretnych przypadków użycia, takich jak DeFi lub gry.
• Niższe opłaty: Opłaty transakcyjne na sidechainach są zazwyczaj niższe niż na głównym łańcuchu.

Ograniczenia:

• Założenia bezpieczeństwa: Sidechainy mają własne mechanizmy konsensusu, które mogą być mniej bezpieczne niż główny łańcuch. Użytkownicy muszą ufać bezpieczeństwu sidechaina.
• Ryzyko centralizacji: Niektóre sidechainy mogą być bardziej scentralizowane niż główny łańcuch.
• Luki w zabezpieczeniach mostu: Most łączący główny łańcuch i sidechain może być podatny na ataki.

3. Rollupy

Definicja: Rollupy to rozwiązania skalowania warstwy 2, które wykonują transakcje poza łańcuchem, ale publikują dane transakcji w głównym łańcuchu. Umożliwia to im odziedziczenie bezpieczeństwa głównego łańcucha, jednocześnie osiągając wyższą przepustowość i niższe opłaty.

Jak to działa: Transakcje są grupowane (rolowane) w jedną transakcję i przesyłane do głównego łańcucha, zmniejszając ilość danych, które należy przetworzyć w łańcuchu. Rollupy występują w dwóch głównych wariantach: Optimistic Rollups i Zero-Knowledge Rollups (ZK-Rollups).

Rodzaje rollupów:

a) Optimistic Rollups

Mechanizm: Optimistic Rollups zakładają, że transakcje są ważne, chyba że udowodniono inaczej. Publikują dane transakcji w głównym łańcuchu, ale nie wykonują transakcji w łańcuchu. Zamiast tego zezwalają na okres wyzwania, podczas którego każdy może zakwestionować ważność transakcji. Jeśli okaże się, że transakcja jest nieprawidłowa, rollup zostaje wycofany, a oszukańcza transakcja jest karana.

Przykłady:

• Arbitrum (Ethereum): Optimistic Rollup, który ma na celu zapewnienie uniwersalnego środowiska wykonawczego dla inteligentnych kontraktów Ethereum.
• Optimism (Ethereum): Kolejny Optimistic Rollup, który koncentruje się na zapewnieniu skalowalnych i przyjaznych dla użytkownika wrażeń użytkownikom Ethereum.

Korzyści:

• Skalowalność: Znacząco zwiększa przepustowość transakcji.
• Bezpieczeństwo: Dziedziczy bezpieczeństwo głównego łańcucha.
• Zgodność z EVM: Może obsługiwać inteligentne kontrakty zgodne z maszyną wirtualną Ethereum (EVM).

Ograniczenia:

• Okres wyzwania: Wypłaty mogą zająć stosunkowo dużo czasu (np. 7 dni) ze względu na okres wyzwania.
• Dowody oszustwa: Wymaga dowodów oszustwa w celu wykrycia i poprawienia nieprawidłowych transakcji.

b) Zero-Knowledge Rollups (ZK-Rollups)

Mechanizm: ZK-Rollups używają dowodów zerowej wiedzy, aby udowodnić ważność transakcji poza łańcuchem przed przesłaniem ich do głównego łańcucha. Generują dowód kryptograficzny (SNARK lub STARK), który weryfikuje poprawność transakcji bez ujawniania żadnych informacji o samych transakcjach. Ten dowód jest następnie publikowany w głównym łańcuchu, co pozwala na szybszą i bezpieczniejszą weryfikację transakcji.

Przykłady:

• zkSync (Ethereum): ZK-Rollup, który zapewnia szybkie i tanie transakcje dla użytkowników Ethereum.
• StarkWare (Ethereum): ZK-Rollup, który oferuje skalowalne rozwiązania dla różnych aplikacji, w tym DeFi i gier.
• Loopring (Ethereum): ZK-Rollup przeznaczony do zdecentralizowanych giełd (DEX).

Korzyści:

• Skalowalność: Zapewnia wysoką przepustowość transakcji.
• Bezpieczeństwo: Dziedziczy bezpieczeństwo głównego łańcucha.
• Szybka ostateczność: Transakcje są finalizowane szybko dzięki wykorzystaniu dowodów zerowej wiedzy.
• Prywatność: Dowody zerowej wiedzy mogą zapewnić większą prywatność transakcji.

Ograniczenia:

• Złożoność: ZK-Rollups są trudniejsze w implementacji niż Optimistic Rollups.
• Koszty obliczeniowe: Generowanie dowodów zerowej wiedzy może być kosztowne obliczeniowo.
• Zgodność z EVM: Pełna zgodność z EVM jest wciąż w fazie rozwoju dla niektórych ZK-Rollups.

4. Validium

Definicja: Validium jest podobny do ZK-Rollups, ponieważ używa dowodów zerowej wiedzy do walidacji transakcji poza łańcuchem. Jednak w przeciwieństwie do ZK-Rollups, Validium przechowuje dane transakcji poza łańcuchem, zazwyczaj z zaufaną stroną trzecią lub zdecentralizowanym komitetem dostępności danych.

Jak to działa: Transakcje są przetwarzane poza łańcuchem, a dowód zerowej wiedzy jest generowany w celu udowodnienia ich ważności. Dowód jest następnie przesyłany do głównego łańcucha, podczas gdy dane transakcji są przechowywane poza łańcuchem. Użytkownicy mogą pobrać dane transakcji od zewnętrznego dostawcy pamięci masowej.

Przykłady:

• StarkEx (Ethereum): Rozwiązanie Validium opracowane przez StarkWare, które było wykorzystywane przez różne projekty, w tym dYdX do zdecentralizowanego handlu pochodnymi.

Korzyści:

• Skalowalność: Zapewnia bardzo wysoką przepustowość transakcji.
• Bezpieczeństwo: Opiera się na dowodach zerowej wiedzy w celu walidacji transakcji.
• Niższe koszty w łańcuchu: Redukuje koszty w łańcuchu, przechowując dane transakcji poza łańcuchem.

Ograniczenia:

• Dostępność danych: Opiera się na dostępności zewnętrznej pamięci masowej danych. Jeśli dane są niedostępne, użytkownicy mogą nie mieć dostępu do swoich środków.
• Założenia zaufania: Wprowadza założenia zaufania związane z zewnętrznym dostawcą pamięci masowej danych.

Wybór odpowiedniego rozwiązania warstwy 2

Wybór najlepszego rozwiązania skalowania warstwy 2 zależy od kilku czynników, w tym konkretnego przypadku użycia, pożądanego poziomu bezpieczeństwa, wymaganej przepustowości transakcji i akceptowalnego poziomu złożoności. Rozważ następujące pytania:

• Jaki jest główny przypadek użycia? (np. DeFi, gry, płatności)
• Jaki jest wymagany poziom bezpieczeństwa?
• Jaka jest pożądana przepustowość transakcji?
• Jaki jest budżet na wdrożenie i utrzymanie?
• Czy wymagana jest zgodność z EVM?

W przypadku aplikacji, które wymagają wysokiego bezpieczeństwa i szybkiej finalności, ZK-Rollups lub Validium mogą być najlepszym wyborem. W przypadku aplikacji, które priorytetowo traktują zgodność z EVM i są gotowe zaakceptować dłuższy czas wypłaty, bardziej odpowiednie mogą być Optimistic Rollups. W przypadku prostych aplikacji płatniczych kanały stanów mogą być wystarczające. Sidechainy oferują elastyczność, ale wymagają starannego rozważenia ryzyka związanego z bezpieczeństwem i centralizacją.

Ekosystem warstwy 2 i interoperacyjność

W miarę rozwoju ekosystemu warstwy 2, interoperacyjność między różnymi rozwiązaniami warstwy 2 staje się coraz ważniejsza. Użytkownicy powinni mieć możliwość bezproblemowego przenoszenia aktywów i interakcji z aplikacjami w różnych sieciach warstwy 2 bez napotykania znacznych tarć. Podejmowanych jest kilka inicjatyw w celu poprawy interoperacyjności warstwy 2, w tym:

• Mosty między łańcuchami: Umożliwiają transfer aktywów między różnymi sieciami warstwy 2.
• Transakcje atomowe: Umożliwiają wymianę aktywów między różnymi sieciami warstwy 2 bez potrzeby zaufanego pośrednika.
• Znormalizowane protokoły przesyłania wiadomości: Ułatwiają komunikację i udostępnianie danych między różnymi sieciami warstwy 2.

Przyszłość rozwiązań skalowania warstwy 2

Rozwiązania skalowania warstwy 2 mają odegrać kluczową rolę w przyszłości technologii blockchain. W miarę dalszego wzrostu adopcji blockchain, zapotrzebowanie na skalowalne i wydajne rozwiązania będzie coraz większe. Rozwiązania warstwy 2 oferują obiecującą ścieżkę do osiągnięcia skalowalności wymaganej do obsługi szerokiej gamy aplikacji, od DeFi i gier po płatności i zarządzanie łańcuchem dostaw. W miarę dojrzewania technologii warstwy 2 i poprawy interoperacyjności możemy spodziewać się znacznego wzrostu adopcji rozwiązań warstwy 2 i ich integracji z szerszym ekosystemem blockchain.

Rozwój i przyjęcie rozwiązań skalowania warstwy 2 ma zasadnicze znaczenie dla realizacji pełnego potencjału technologii blockchain i zapewnienia jej korzyści globalnej publiczności. Od krótszego czasu transakcji po niższe opłaty, rozwiązania warstwy 2 oferują bardziej dostępny i przyjazny dla użytkownika sposób na użytkowników na całym świecie. W miarę ewolucji technologii konieczne będzie na bieżąco informowanie się o najnowszych osiągnięciach i najlepszych praktykach, aby zapewnić skuteczne i bezpieczne wdrażanie rozwiązań warstwy 2.

Globalny wpływ i adopcja

Wpływ rozwiązań warstwy 2 wykracza daleko poza same ulepszenia techniczne. Są one kluczem do udostępnienia technologii blockchain szerszej globalnej publiczności. Oto kilka przykładów, jak kształtują globalny krajobraz:

• Włączenie finansowe: Niższe opłaty transakcyjne sprawiają, że mikrokrajowe płatności i płatności transgraniczne są bardziej opłacalne, szczególnie dla osób w krajach rozwijających się, które mogą nie mieć dostępu do tradycyjnych usług bankowych. Wyobraź sobie rolnika w Azji Południowo-Wschodniej, który może otrzymywać płatności bezpośrednio od kupujących w Europie bez ponoszenia wygórowanych opłat.
• Dostęp do zdecentralizowanych finansów (DeFi): Rozwiązania skalowalności sprawiają, że DeFi jest bardziej dostępny dla przeciętnego użytkownika. Wysokie opłaty za gaz na warstwie 1 Ethereum wykluczyły wielu potencjalnych użytkowników. Rozwiązania warstwy 2 pozwalają większej liczbie osób na całym świecie uczestniczyć w pożyczkach, pożyczkach i obrocie.
• Gry i NFT: Warstwa 2 ma kluczowe znaczenie dla umożliwienia gier opartych na blockchainie i tokenów niewymiennych (NFT). Możliwość szybkiego i taniego przeprowadzania transakcji w grze zwiększa komfort użytkowania i otwiera nowe możliwości cyfrowej własności. Pomyśl o graczach w Ameryce Południowej bezproblemowo handlujących zasobami w grze z graczami w Ameryce Północnej.
• Adopcja przez przedsiębiorstwa: Firmy coraz częściej eksplorują blockchain w zakresie zarządzania łańcuchem dostaw, zarządzania danymi i innych zastosowań. Rozwiązania warstwy 2 sprawiają, że te aplikacje są bardziej praktyczne i opłacalne, zachęcając do szerszego przyjęcia przez przedsiębiorstwa w różnych regionach.

Wyzwania i uwagi

Chociaż rozwiązania warstwy 2 oferują liczne korzyści, ważne jest, aby być świadomym potencjalnych wyzwań:

• Ryzyko bezpieczeństwa: Chociaż większość rozwiązań warstwy 2 wykorzystuje bezpieczeństwo warstwy 1, zawsze istnieją potencjalne zagrożenia związane z protokołami mostowymi i komponentami poza łańcuchem.
• Złożoność: Wdrażanie i zrozumienie warstwy 2 może być skomplikowane, wymagając od programistów i użytkowników poznania nowych technologii i koncepcji.
• Fragmentacja płynności: Płynność może być podzielona na różne sieci warstwy 2, co utrudnia handel aktywami.
• Obawy dotyczące centralizacji: Niektóre rozwiązania warstwy 2 mogą być bardziej scentralizowane niż inne, co budzi obawy dotyczące odporności na cenzurę.

Podsumowanie

Rozwiązania skalowania warstwy 2 są niezbędne dla przyszłości technologii blockchain. Rozwiązując wyzwania związane ze skalowalnością blockchainów warstwy 1, sprawiają, że blockchain jest bardziej dostępny, niedrogi i przyjazny dla użytkownika dla globalnej publiczności. Chociaż wyzwania pozostają, ciągły rozwój i badania nieustannie poprawiają wydajność, bezpieczeństwo i interoperacyjność tych rozwiązań. W miarę ewolucji technologii blockchain, rozwiązania skalowania warstwy 2 bez wątpienia odegrają kluczową rolę w urzeczywistnianiu jej transformacyjnego potencjału.

Niezależnie od tego, czy jesteś deweloperem, inwestorem, czy po prostu entuzjastą blockchain, zrozumienie rozwiązań skalowania warstwy 2 ma kluczowe znaczenie dla poruszania się w stale rozwijającym się świecie technologii blockchain. Będąc na bieżąco z najnowszymi osiągnięciami i najlepszymi praktykami, możesz przyczynić się do wzrostu i adopcji blockchain na skalę globalną.