Понимание решений для масштабирования второго уровня

Технология блокчейн, несмотря на свою революционность, сталкивается со значительным препятствием: масштабируемостью. Биткоин и Ethereum, две крупнейшие криптовалюты, с трудом справляются с быстрой и доступной обработкой большого объема транзакций. Это ограничение мешает их широкому распространению и сужает спектр приложений, которые можно на них создавать. Решения для масштабирования второго уровня (Layer 2) стали многообещающим подходом к решению этой проблемы. В этом руководстве представлен всесторонний обзор решений Layer 2, их различных типов, преимуществ, проблем и их влияния на экосистему блокчейна с глобальной точки зрения.

Что такое масштабируемость блокчейна?

Масштабируемость блокчейна — это способность сети обрабатывать большое количество транзакций в секунду (TPS) без ущерба для безопасности, децентрализации или производительности. Основные проблемы масштабируемости часто называют «трилеммой блокчейна», которая гласит, что трудно одновременно оптимизировать все три аспекта (масштабируемость, безопасность и децентрализация). Увеличение пропускной способности транзакций часто достигается за счет снижения безопасности или децентрализации.

Традиционные блокчейны, такие как Биткоин, имеют ограниченную пропускную способность (TPS), что часто приводит к медленным транзакциям и высоким комиссиям, особенно в периоды высокой сетевой активности. Например, в пиковые периоды плата за газ (стоимость транзакций) в сети Ethereum может стать запредельно высокой, делая простые транзакции неэкономичными. Это ограничивает доступность для пользователей по всему миру, особенно в регионах с более низким средним доходом.

Необходимость в решениях второго уровня

Решения второго уровня (Layer 2) направлены на улучшение масштабируемости блокчейна путем обработки транзакций вне основной сети (Layer 1), при этом пользуясь ее безопасностью и децентрализацией. Эти решения фактически создают «скоростные шоссе» параллельно основной «дороге» блокчейна, обеспечивая более быстрые и дешевые транзакции.

Основные цели решений для масштабирования второго уровня:

• Увеличение пропускной способности транзакций: Обрабатывать больше транзакций в секунду, повышая емкость сети.
• Снижение комиссий за транзакции: Уменьшить стоимость транзакций, делая блокчейн-приложения более доступными.
• Улучшение пользовательского опыта: Обеспечить более быстрое подтверждение транзакций, улучшая общее впечатление пользователей.

Типы решений для масштабирования второго уровня

Решения второго уровня можно условно разделить на несколько типов, каждый из которых имеет свои сильные и слабые стороны:

1. Каналы состояний (State Channels)

Определение: Каналы состояний позволяют двум или более участникам проводить множество транзакций вне сети (off-chain), при этом отправляя в основную сеть всего две транзакции: одну для открытия канала и одну для его закрытия. Все промежуточные транзакции обрабатываются вне сети, что значительно снижает нагрузку на основной блокчейн.

Как это работает: Стороны блокируют определенную сумму средств в смарт-контракте в основной сети, чтобы открыть канал. Затем они могут обмениваться транзакциями между собой вне сети, обновляя состояние канала. По завершении они закрывают канал, и конечное состояние записывается в основную сеть.

Примеры:

• Lightning Network (Bitcoin): Яркий пример канала состояний, предназначенного для быстрых и дешевых транзакций в сети Биткоин, особенно для микроплатежей. Он позволяет пользователям совершать множество небольших платежей, не неся высоких комиссий в основной сети.
• Raiden Network (Ethereum): Подобно Lightning Network, Raiden обеспечивает быстрые и дешевые транзакции в сети Ethereum.

Преимущества:

• Высокая скорость: Транзакции обрабатываются почти мгновенно вне сети.
• Низкие комиссии: Устраняется необходимость платить комиссию в основной сети за каждую транзакцию внутри канала.
• Конфиденциальность: Транзакции внутри канала не видны публично в блокчейне.

Недостатки:

• Требуется взаимодействие с основной сетью: Открытие и закрытие каналов требуют транзакций в основной сети, что может быть дорогостоящим в периоды высокой загруженности сети.
• Ограничено участниками канала: Транзакции могут проводиться только между участниками канала.
• Эффективность капитала: Средства должны быть заблокированы в канале, что снижает эффективность использования капитала.

2. Сайдчейны (Sidechains)

Определение: Сайдчейны — это независимые блокчейны, которые работают параллельно основной сети и связаны с ней двусторонним мостом (two-way peg). У них есть собственные механизмы консенсуса и параметры блоков, и они могут быть оптимизированы для конкретных случаев использования.

Как это работает: Пользователи могут перемещать активы из основной сети в сайдчейн и обратно с помощью моста. Транзакции затем обрабатываются в сайдчейне, пользуясь его потенциально более высокой пропускной способностью и низкими комиссиями. По завершении активы можно вернуть в основную сеть.

Примеры:

• Liquid Network (Bitcoin): Сайдчейн, предназначенный для быстрых и конфиденциальных транзакций с Биткоином, в основном используемый биржами и трейдерами.
• Polygon (ранее Matic Network): Сайдчейн для Ethereum, который предлагает более быстрые и дешевые транзакции для DeFi и других приложений.
• SKALE Network (Ethereum): Модульная сеть сайдчейнов, которая обеспечивает эластичную масштабируемость для приложений на Ethereum.

Преимущества:

• Увеличенная пропускная способность: Сайдчейны могут быть оптимизированы для более высокой пропускной способности транзакций.
• Настраиваемость: Сайдчейны могут быть адаптированы для конкретных случаев использования, таких как DeFi или игры.
• Низкие комиссии: Комиссии за транзакции в сайдчейнах обычно ниже, чем в основной сети.

Недостатки:

• Предположения о безопасности: У сайдчейнов есть собственные механизмы консенсуса, которые могут быть менее безопасными, чем у основной сети. Пользователи должны доверять безопасности сайдчейна.
• Риски централизации: Некоторые сайдчейны могут быть более централизованными, чем основная сеть.
• Уязвимости мостов: Мост, соединяющий основную сеть и сайдчейн, может быть уязвим для атак.

3. Роллапы (Rollups)

Определение: Роллапы — это решения для масштабирования второго уровня, которые выполняют транзакции вне сети, но публикуют данные о транзакциях в основной сети. Это позволяет им наследовать безопасность основной сети, достигая при этом более высокой пропускной способности и низких комиссий.

Как это работает: Транзакции объединяются (сворачиваются в «ролл») в одну транзакцию и отправляются в основную сеть, что уменьшает объем данных, которые необходимо обрабатывать в сети. Роллапы бывают двух основных видов: оптимистичные роллапы и роллапы с нулевым разглашением (ZK-Rollups).

Типы роллапов:

а) Оптимистичные роллапы (Optimistic Rollups)

Механизм: Оптимистичные роллапы предполагают, что транзакции действительны, если не доказано обратное. Они публикуют данные о транзакциях в основной сети, но не выполняют их в ней. Вместо этого они предоставляют период для оспаривания, в течение которого любой может оспорить действительность транзакции. Если транзакция признается недействительной, роллап откатывается, а мошенническая транзакция наказывается.

Примеры:

• Arbitrum (Ethereum): Оптимистичный роллап, целью которого является предоставление универсальной среды выполнения для смарт-контрактов Ethereum.
• Optimism (Ethereum): Еще один оптимистичный роллап, который фокусируется на обеспечении масштабируемого и удобного опыта для пользователей Ethereum.

Преимущества:

• Масштабируемость: Значительно увеличивает пропускную способность транзакций.
• Безопасность: Наследует безопасность основной сети.
• Совместимость с EVM: Может поддерживать смарт-контракты, совместимые с виртуальной машиной Ethereum (EVM).

Недостатки:

• Период оспаривания: Вывод средств может занимать относительно много времени (например, 7 дней) из-за периода оспаривания.
• Доказательства мошенничества: Требуются доказательства мошенничества для обнаружения и исправления недействительных транзакций.

б) Роллапы с нулевым разглашением (ZK-Rollups)

Механизм: ZK-роллапы используют доказательства с нулевым разглашением для подтверждения действительности транзакций вне сети перед их отправкой в основную сеть. Они генерируют криптографическое доказательство (SNARK или STARK), которое подтверждает корректность транзакций, не раскрывая никакой информации о самих транзакциях. Это доказательство затем публикуется в основной сети, что позволяет проводить более быструю и безопасную проверку транзакций.

Примеры:

• zkSync (Ethereum): ZK-роллап, который обеспечивает быстрые и дешевые транзакции для пользователей Ethereum.
• StarkWare (Ethereum): ZK-роллап, предлагающий масштабируемые решения для различных приложений, включая DeFi и игры.
• Loopring (Ethereum): ZK-роллап, разработанный для децентрализованных бирж (DEX).

Преимущества:

• Масштабируемость: Обеспечивает высокую пропускную способность транзакций.
• Безопасность: Наследует безопасность основной сети.
• Быстрая финализация: Транзакции финализируются быстро благодаря использованию доказательств с нулевым разглашением.
• Конфиденциальность: Доказательства с нулевым разглашением могут обеспечивать повышенную конфиденциальность транзакций.

Недостатки:

• Сложность: ZK-роллапы сложнее в реализации, чем оптимистичные роллапы.
• Вычислительные затраты: Генерация доказательств с нулевым разглашением может быть вычислительно дорогостоящей.
• Совместимость с EVM: Полная совместимость с EVM все еще находится в разработке для некоторых ZK-роллапов.

4. Валидиум (Validium)

Определение: Валидиум похож на ZK-роллапы в том, что использует доказательства с нулевым разглашением для проверки транзакций вне сети. Однако, в отличие от ZK-роллапов, валидиум хранит данные о транзакциях вне сети, обычно у доверенной третьей стороны или в децентрализованном комитете по доступности данных.

Как это работает: Транзакции обрабатываются вне сети, и генерируется доказательство с нулевым разглашением для подтверждения их действительности. Доказательство затем отправляется в основную сеть, в то время как данные о транзакциях хранятся вне сети. Пользователи могут получить данные о транзакциях от провайдера хранения данных вне сети.

Примеры:

• StarkEx (Ethereum): Решение Validium, разработанное StarkWare, которое используется различными проектами, включая dYdX для торговли децентрализованными деривативами.

Преимущества:

• Масштабируемость: Обеспечивает очень высокую пропускную способность транзакций.
• Безопасность: Опирается на доказательства с нулевым разглашением для проверки транзакций.
• Более низкие затраты в основной сети: Снижает затраты в основной сети за счет хранения данных о транзакциях вне сети.

Недостатки:

• Доступность данных: Зависит от доступности хранилища данных вне сети. Если данные недоступны, пользователи могут не получить доступ к своим средствам.
• Предположения о доверии: Вводит предположения о доверии, связанные с провайдером хранения данных вне сети.

Выбор подходящего решения второго уровня

Выбор лучшего решения для масштабирования второго уровня зависит от нескольких факторов, включая конкретный случай использования, желаемый уровень безопасности, требуемую пропускную способность транзакций и допустимый уровень сложности. Рассмотрите следующие вопросы:

• Каков основной случай использования? (например, DeFi, игры, платежи)
• Какой требуется уровень безопасности?
• Какова желаемая пропускная способность транзакций?
• Каков бюджет на внедрение и обслуживание?
• Требуется ли совместимость с EVM?

Для приложений, требующих высокой безопасности и быстрой финализации, лучшим выбором могут быть ZK-роллапы или Validium. Для приложений, которые отдают приоритет совместимости с EVM и готовы смириться с более длительным временем вывода средств, могут больше подойти оптимистичные роллапы. Для простых платежных приложений может быть достаточно каналов состояний. Сайдчейны предлагают гибкость, но требуют тщательного рассмотрения рисков безопасности и централизации.

Экосистема и совместимость решений второго уровня

По мере роста экосистемы второго уровня совместимость между различными решениями Layer 2 становится все более важной. Пользователи должны иметь возможность беспрепятственно перемещать активы и взаимодействовать с приложениями в разных сетях второго уровня без значительных трудностей. В настоящее время реализуется несколько инициатив по улучшению совместимости Layer 2, в том числе:

• Межсетевые мосты (Cross-Chain Bridges): Обеспечивают передачу активов между различными сетями второго уровня.
• Атомарные свопы (Atomic Swaps): Позволяют обмениваться активами между различными сетями второго уровня без необходимости в доверенном посреднике.
• Стандартизированные протоколы обмена сообщениями: Облегчают коммуникацию и обмен данными между различными сетями второго уровня.

Будущее решений для масштабирования второго уровня

Решения для масштабирования второго уровня призваны сыграть решающую роль в будущем технологии блокчейн. По мере роста внедрения блокчейна потребность в масштабируемых и эффективных решениях станет еще более острой. Решения второго уровня предлагают многообещающий путь к достижению масштабируемости, необходимой для поддержки широкого спектра приложений, от DeFi и игр до платежей и управления цепочками поставок. По мере созревания технологии Layer 2 и улучшения совместимости можно ожидать значительного роста внедрения решений второго уровня и их интеграции в более широкую экосистему блокчейна.

Разработка и внедрение решений для масштабирования второго уровня необходимы для реализации полного потенциала технологии блокчейн и донесения ее преимуществ до глобальной аудитории. От более быстрых транзакций до более низких комиссий — решения второго уровня предлагают более доступный и удобный опыт для пользователей по всему миру. По мере развития технологии будет крайне важно оставаться в курсе последних разработок и лучших практик, чтобы обеспечить эффективное и безопасное внедрение решений Layer 2.

Глобальное влияние и внедрение

Влияние решений второго уровня выходит далеко за рамки чисто технических улучшений. Они являются ключом к тому, чтобы сделать технологию блокчейн доступной для более широкой глобальной аудитории. Вот несколько примеров того, как они формируют глобальный ландшафт:

• Финансовая инклюзивность: Более низкие комиссии за транзакции делают микротранзакции и трансграничные платежи более жизнеспособными, особенно для людей в развивающихся странах, у которых может не быть доступа к традиционным банковским услугам. Представьте себе фермера в Юго-Восточной Азии, который может получать платежи напрямую от покупателей в Европе, не неся непомерных комиссий.
• Доступ к децентрализованным финансам (DeFi): Решения для масштабирования делают DeFi более доступными для обычного пользователя. Высокие комиссии за газ на первом уровне Ethereum отпугнули многих потенциальных пользователей. Решения второго уровня позволяют большему количеству людей по всему миру участвовать в кредитовании, заимствовании и торговле.
• Игры и NFT: Второй уровень имеет решающее значение для создания игр на основе блокчейна и невзаимозаменяемых токенов (NFT). Возможность быстро и дешево совершать внутриигровые транзакции улучшает пользовательский опыт и открывает новые возможности для цифровой собственности. Подумайте о геймерах в Южной Америке, которые беспрепятственно торгуют внутриигровыми активами с игроками в Северной Америке.
• Внедрение в бизнесе: Компании все чаще изучают блокчейн для управления цепочками поставок, управления данными и других приложений. Решения второго уровня делают эти приложения более практичными и экономически эффективными, стимулируя более широкое внедрение в бизнесе в разных регионах.

Проблемы и соображения

Хотя решения второго уровня предлагают множество преимуществ, важно осознавать потенциальные проблемы:

• Риски безопасности: Хотя большинство решений второго уровня используют безопасность первого уровня, всегда существуют потенциальные риски, связанные с протоколами мостов и компонентами вне сети.
• Сложность: Внедрение и понимание второго уровня может быть сложным, требуя от разработчиков и пользователей изучения новых технологий и концепций.
• Фрагментированная ликвидность: Ликвидность может быть фрагментирована между различными сетями второго уровня, что затрудняет торговлю активами.
• Проблемы централизации: Некоторые решения второго уровня могут быть более централизованными, чем другие, что вызывает опасения по поводу устойчивости к цензуре.

Заключение

Решения для масштабирования второго уровня жизненно важны для будущего технологии блокчейн. Решая проблемы масштабируемости блокчейнов первого уровня, они делают блокчейн более доступным, недорогим и удобным для глобальной аудитории. Хотя проблемы остаются, постоянные разработки и исследования постоянно улучшают производительность, безопасность и совместимость этих решений. По мере развития технологии блокчейн решения для масштабирования второго уровня, несомненно, будут играть ключевую роль в реализации ее трансформационного потенциала.

Независимо от того, являетесь ли вы разработчиком, инвестором или просто энтузиастом блокчейна, понимание решений для масштабирования второго уровня имеет решающее значение для навигации в постоянно развивающемся мире технологии блокчейн. Оставаясь в курсе последних разработок и лучших практик, вы можете внести свой вклад в рост и внедрение блокчейна в глобальном масштабе.