Решения второго уровня для блокчейна: более быстрые и дешевые криптотранзакции

Изначальное видение технологии блокчейн включало децентрализованные, безопасные и эффективные транзакции. Однако по мере роста популярности блокчейн-сетей, таких как Bitcoin и Ethereum, они столкнулись со значительными проблемами масштабируемости. Высокие комиссии за транзакции и долгое время подтверждения затруднили их широкое внедрение, особенно для повседневных микротранзакций и децентрализованных приложений (dApps). Именно здесь на помощь приходят решения второго уровня (Layer 2), предлагая перспективный путь для устранения этих ограничений и раскрытия полного потенциала технологии блокчейн для мировой аудитории.

Понимание Layer 1 в сравнении с Layer 2

Чтобы понять решения второго уровня, крайне важно отличать их от блокчейнов первого уровня (L1).

Первый уровень (L1): Это сам базовый блокчейн, такой как Bitcoin, Ethereum или Solana. Решения L1 направлены на улучшение масштабируемости путем изменения основного протокола блокчейна. Примеры включают увеличение размера блока (как в Bitcoin Cash) или внедрение шардинга (Ethereum 2.0). Однако изменения в L1 могут быть сложными, трудоемкими и потенциально вносить новые уязвимости.
Второй уровень (L2): Это протоколы, построенные поверх базового блокчейна (L1). Они обрабатывают транзакции вне основной цепи (off-chain), снижая нагрузку на нее и обеспечивая более быстрые и дешевые транзакции. Решения L2 в конечном итоге рассчитывают транзакции в сети L1, чтобы унаследовать ее безопасность и децентрализацию.

Представьте L1 как основное шоссе, а L2 — как местные скоростные полосы. Скоростные полосы (L2) обрабатывают часть трафика, снимая загруженность с основного шоссе (L1), но при этом остаются связанными с ним для окончательной проверки.

Почему необходимы решения второго уровня

Решения второго уровня решают несколько критических ограничений блокчейнов первого уровня:

Масштабируемость: Решения L2 могут значительно увеличить количество обрабатываемых транзакций в секунду (TPS) по сравнению с базовым уровнем.
Комиссии за транзакции: Обрабатывая транзакции вне основной цепи, решения L2 значительно снижают комиссии, делая технологию блокчейн доступной для более широкого круга приложений.
Скорость транзакций: Решения L2 предлагают гораздо более быстрое время подтверждения транзакций по сравнению с L1, улучшая пользовательский опыт.
Гибкость для разработчиков: Некоторые решения L2 предоставляют разработчикам большую гибкость для создания и развертывания dApps с настраиваемыми функциями.

Типы решений второго уровня

В настоящее время разрабатывается и внедряется несколько решений второго уровня, каждое из которых имеет свои сильные и слабые стороны. Вот некоторые из наиболее известных подходов:

1. Платежные каналы

Платежные каналы — это прямой двусторонний канал связи между двумя сторонами, который позволяет им совершать множество транзакций вне основной цепи, не транслируя каждую транзакцию в основную сеть. В блокчейне L1 записываются только открытие и закрытие канала.

Пример: Сеть Lightning Network на блокчейне Bitcoin является ярким примером сети платежных каналов. Она позволяет пользователям совершать практически мгновенные и дешевые платежи в Bitcoin, создавая каналы с другими пользователями или маршрутизируя платежи через существующие каналы.

Преимущества:

Очень быстрые и дешевые транзакции.
Хорошо подходят для частых, небольших платежей между известными сторонами.

Проблемы:

Требуют от пользователей блокировки средств в канале.
Маршрутизация платежей через несколько каналов может быть сложной.
Не идеально подходят для сложных смарт-контрактов.

2. Сайдчейны

Сайдчейны — это независимые блокчейны, которые работают параллельно с основной цепью и связаны с ней через двустороннюю привязку (two-way peg). У них есть свои собственные механизмы консенсуса и параметры блоков, и они могут обрабатывать большую пропускную способность транзакций, чем основная цепь.

Пример: Polygon (ранее Matic Network) — популярный сайдчейн для Ethereum. Он предоставляет масштабируемую и экономичную платформу для dApps, обрабатывая транзакции в своей собственной цепи и периодически привязывая их к основной сети Ethereum.

Преимущества:

Увеличенная пропускная способность транзакций.
Настраиваемые механизмы консенсуса.
Потенциал для новых функций и возможностей.

Проблемы:

Безопасность зависит от механизма консенсуса сайдчейна, который может быть менее безопасным, чем основная цепь.
Требуются мосты для перевода активов между основной цепью и сайдчейном, что может создавать риски безопасности.

3. Rollups

Rollups объединяют несколько транзакций в одну и отправляют ее в основную цепь. Это снижает нагрузку на основную цепь и позволяет достичь более высокой пропускной способности и низких комиссий. Существует два основных типа Rollups: Optimistic Rollups и ZK-Rollups.

а. Optimistic Rollups

Optimistic Rollups по умолчанию предполагают, что транзакции действительны, и выполняют вычисления в основной цепи только в том случае, если транзакция оспаривается. Если транзакция оспаривается, в основную цепь отправляется доказательство мошенничества (fraud proof), и транзакция выполняется повторно для определения ее действительности.

Примеры: Arbitrum и Optimism — два ведущих решения на базе Optimistic Rollups для Ethereum.

Преимущества:

Относительно просты в реализации.
Высокая пропускная способность транзакций.
Более низкие комиссии за транзакции по сравнению с L1.

Проблемы:

Задержки при выводе средств из-за периода оспаривания (обычно 7 дней).
Требуется механизм стейкинга для стимулирования честных валидаторов.

б. ZK-Rollups (Rollups с нулевым разглашением)

ZK-Rollups используют доказательства с нулевым разглашением для проверки действительности транзакций, не раскрывая их данные. Доказательство действительности (validity proof) отправляется в основную цепь вместе с агрегированными транзакциями, гарантируя, что все транзакции действительны, без необходимости периода оспаривания.

Примеры: StarkWare и zkSync — известные решения на базе ZK-Rollups.

Преимущества:

Высокая безопасность благодаря криптографическим доказательствам.
Более быстрый вывод средств по сравнению с Optimistic Rollups.
Высокая пропускная способность транзакций.

Проблемы:

Более сложны в реализации из-за сложности доказательств с нулевым разглашением.
Требуют больших вычислительных ресурсов.
Могут быть несовместимы со всеми опкодами виртуальной машины Ethereum (EVM).

4. Validium

Validium похож на ZK-Rollups, но хранит данные транзакций вне основной цепи, а не в ней. Доказательство действительности все равно отправляется в основную цепь, обеспечивая валидность транзакций, но доступность данных обеспечивается отдельной стороной.

Пример: StarkEx, разработанный StarkWare, — это решение Validium, используемое несколькими проектами, включая dYdX для их децентрализованной биржи.

Преимущества:

Очень высокая пропускная способность транзакций.
Более низкие затраты на газ по сравнению с ZK-Rollups.

Проблемы:

Доступность данных зависит от третьей стороны, ответственной за их хранение.
Требуется доверие к поставщику доступности данных.

Выбор подходящего решения второго уровня

Лучшее решение второго уровня зависит от конкретного варианта использования и требований. Вот таблица, обобщающая ключевые соображения:

Решение	Скорость транзакций	Стоимость транзакций	Безопасность	Сложность	Сферы применения
Платежные каналы	Очень высокая	Очень низкая	Высокая (внутри канала)	Низкая	Микротранзакции, частые платежи между двумя сторонами
Сайдчейны	Высокая	Низкая	Зависит от механизма консенсуса сайдчейна	Средняя	Масштабируемые dApps, новые функции и возможности
Optimistic Rollups	Высокая	Низкая	Высокая (наследует безопасность L1)	Средняя	dApps общего назначения, приложения DeFi
ZK-Rollups	Высокая	Низкая	Очень высокая (криптографические доказательства)	Высокая	Приложения, требующие высокой безопасности и конфиденциальности, приложения DeFi
Validium	Очень высокая	Очень низкая	Высокая (криптографические доказательства, но зависит от поставщика доступности данных)	Высокая	Приложения, требующие очень высокой пропускной способности, корпоративные решения

Примеры решений второго уровня в действии

Arbitrum (Optimistic Rollup): Используется множеством протоколов DeFi для снижения затрат на транзакции и увеличения пропускной способности в сети Ethereum.
- Пример: SushiSwap использует Arbitrum для обеспечения более быстрой и дешевой торговли для своих пользователей.
Optimism (Optimistic Rollup): Еще одно популярное решение на базе Optimistic Rollup, интегрированное с различными dApps.
- Пример: Synthetix использует Optimism, чтобы предложить торговлю синтетическими активами с более низкими комиссиями и быстрым исполнением.
Polygon (Сайдчейн): Широко используется для масштабирования игр и приложений DeFi на базе Ethereum.
- Пример: Aave, популярный протокол кредитования и заимствования, развернут на Polygon, чтобы предложить своим пользователям более низкие затраты на транзакции.
StarkWare (ZK-Rollup/Validium): Обеспечивает работу нескольких высокопроизводительных приложений, включая dYdX.
- Пример: dYdX, децентрализованная биржа деривативов, использует решение Validium от StarkWare для обеспечения быстрой и масштабируемой торговли.
Lightning Network (Платежные каналы): Обеспечивает микротранзакции на блокчейне Bitcoin.
- Пример: Различные интернет-магазины начинают принимать платежи в Bitcoin через Lightning Network за небольшие покупки.

Будущее решений второго уровня

Решения второго уровня готовы сыграть решающую роль в будущем технологии блокчейн. По мере роста внедрения блокчейна решения L2 будут необходимы для создания масштабируемых, доступных и удобных для пользователя приложений. Мы можем ожидать дальнейших инноваций и разработок в этой области, включая:

Улучшенная совместимость: соединение различных решений L2 для обеспечения беспрепятственного перевода активов и обмена данными.
Гибридные подходы: комбинирование различных техник L2 для оптимизации под конкретные случаи использования.
Повышенная безопасность: разработка новых криптографических методов для улучшения безопасности протоколов L2.
Совместимость с EVM: повышение совместимости решений L2 с виртуальной машиной Ethereum для привлечения разработчиков и существующих dApps.
Расширение внедрения: все больше dApps и предприятий будут интегрировать решения L2 для улучшения пользовательского опыта и снижения затрат.

Проблемы и соображения

Хотя решения второго уровня предлагают значительные преимущества, они также сопряжены с некоторыми проблемами и соображениями:

Сложность: Понимание и внедрение решений L2 может быть сложным, особенно для разработчиков и пользователей, незнакомых с технологией блокчейн.
Риски безопасности: Некоторые решения L2 создают новые риски безопасности, такие как зависимость от сторонних поставщиков доступности данных или уязвимости в протоколах мостов.
Опасения по поводу централизации: Некоторые решения L2 могут быть более централизованными, чем базовый уровень, что вызывает опасения по поводу цензуры и контроля.
Фрагментация ликвидности: Использование различных решений L2 может привести к фрагментации ликвидности по разным сетям, что затрудняет торговлю и управление активами.
Пользовательский опыт: Взаимодействие с решениями L2 может быть сложнее, чем использование базового уровня, требуя от пользователей понимания различных кошельков, мостов и протоколов.

Важно тщательно оценивать компромиссы между различными решениями L2 и выбирать то, которое наилучшим образом соответствует конкретным потребностям и устойчивости к риску приложения или пользователя.

Решения второго уровня и глобальный ландшафт

Влияние решений второго уровня поистине глобально. Рассмотрим следующие примеры:

Денежные переводы: В странах с высокими комиссиями за переводы решения L2, такие как Lightning Network, предлагают значительно более дешевую альтернативу для отправки денег за границу, что выгодно для трудовых мигрантов и их семей. Например, отправка Bitcoin через Lightning Network в Сальвадор значительно дешевле, чем традиционные банковские переводы.
Финансовая доступность: В развивающихся странах с ограниченным доступом к традиционным банковским услугам решения L2 могут предоставить доступ к децентрализованным финансовым услугам (DeFi) для более широких слоев населения, способствуя финансовой доступности и экономическому росту.
Трансграничные платежи: Компании, занимающиеся международной торговлей, могут использовать решения L2 для совершения более быстрых и дешевых трансграничных платежей, снижая транзакционные издержки и повышая эффективность.
Игры: Онлайн-геймеры по всему миру могут воспользоваться более быстрыми и дешевыми внутриигровыми транзакциями с помощью решений L2, что улучшает игровой опыт и открывает новые модели монетизации.
Создание контента: Авторы в странах с ограниченной платежной инфраструктурой могут использовать решения L2 для получения микроплатежей за свой контент, что позволяет им монетизировать свою работу напрямую от своей аудитории.

Заключение

Решения второго уровня необходимы для масштабирования технологии блокчейн и обеспечения ее доступности для мировой аудитории. Устраняя ограничения блокчейнов первого уровня, решения L2 обеспечивают более быстрые, дешевые и масштабируемые транзакции, открывая новые возможности для широкого спектра приложений. По мере развития экосистемы блокчейна решения второго уровня будут играть решающую роль в формировании будущего децентрализованных финансов, децентрализованных приложений и общего внедрения технологии блокчейн во всем мире.

Крайне важно оставаться в курсе последних разработок в технологии второго уровня и тщательно оценивать различные доступные варианты, чтобы сделать наилучший выбор для ваших конкретных потребностей и целей.