Розуміння рішень для масштабування другого рівня

Технологія блокчейн, хоч і є революційною, стикається зі значною перешкодою: масштабованістю. Bitcoin та Ethereum, дві найбільші криптовалюти, мають труднощі з швидкою та доступною обробкою великого обсягу транзакцій. Це обмеження перешкоджає їхньому широкому впровадженню та обмежує типи застосунків, які можна на них створювати. Рішення для масштабування другого рівня (Layer 2) з'явилися як перспективний підхід до вирішення цієї проблеми. Цей посібник надає всебічний огляд рішень другого рівня, їхніх різних типів, переваг, викликів та їхнього впливу на екосистему блокчейну з глобальної точки зору.

Що таке масштабованість блокчейну?

Масштабованість блокчейну — це здатність блокчейн-мережі обробляти велику кількість транзакцій за секунду (TPS), не компрометуючи безпеку, децентралізацію чи продуктивність. Основні виклики масштабованості часто називають «Трилемою блокчейну», яка стверджує, що важко одночасно оптимізувати всі три аспекти (масштабованість, безпеку та децентралізацію). Збільшення пропускної здатності транзакцій часто відбувається за рахунок безпеки або децентралізації.

Традиційні блокчейни, такі як Bitcoin, мають обмежену кількість TPS, що часто призводить до повільних транзакцій та високих комісій, особливо в періоди високої активності мережі. Наприклад, під час пікових періодів плата за газ в Ethereum (вартість транзакцій) може стати непомірно високою, роблячи прості транзакції неекономічними. Це обмежує доступність для користувачів у всьому світі, особливо в регіонах з нижчим середнім доходом.

Потреба в рішеннях другого рівня

Рішення другого рівня спрямовані на покращення масштабованості блокчейну шляхом обробки транзакцій поза основним блокчейном (Рівень 1), водночас користуючись його безпекою та децентралізацією. Ці рішення фактично створюють «швидкісні магістралі» поруч з основною «дорогою» блокчейну, дозволяючи проводити швидші та дешевші транзакції.

Основні цілі рішень для масштабування другого рівня:

• Збільшення пропускної здатності транзакцій: Обробка більшої кількості транзакцій за секунду, покращення пропускної здатності мережі.
• Зменшення комісій за транзакції: Зниження вартості транзакцій, роблячи блокчейн-застосунки більш доступними.
• Покращення користувацького досвіду: Забезпечення швидшого часу підтвердження транзакцій, покращуючи загальний досвід користувача.

Типи рішень для масштабування другого рівня

Рішення другого рівня можна умовно поділити на кілька типів, кожен з яких має свої сильні та слабкі сторони:

1. Канали стану

Визначення: Канали стану дозволяють двом або більше учасникам проводити численні транзакції поза ланцюгом, при цьому надсилаючи лише дві транзакції до основного блокчейну: одну для відкриття каналу та одну для його закриття. Усі проміжні транзакції обробляються поза ланцюгом, що значно зменшує навантаження на основний блокчейн.

Як це працює: Сторони блокують певну суму коштів у смарт-контракті на основному ланцюзі, щоб відкрити канал. Потім вони можуть обмінюватися транзакціями між собою поза ланцюгом, оновлюючи стан каналу. Коли вони закінчують, вони закривають канал, і кінцевий стан записується в основний ланцюг.

Приклади:

• Lightning Network (Bitcoin): Видатний приклад каналу стану, розробленого для швидких та дешевих транзакцій Bitcoin, особливо мікроплатежів. Він дозволяє користувачам робити численні невеликі платежі без високих комісій на ланцюзі.
• Raiden Network (Ethereum): Подібно до Lightning Network, Raiden забезпечує швидкі та дешеві транзакції в Ethereum.

Переваги:

• Висока швидкість: Транзакції обробляються майже миттєво поза ланцюгом.
• Низькі комісії: Усуває необхідність сплачувати комісії за кожну транзакцію в каналі.
• Приватність: Транзакції всередині каналу не є публічно видимими на блокчейні.

Обмеження:

• Потребує взаємодії з ланцюгом: Відкриття та закриття каналів вимагають транзакцій на ланцюзі, які можуть бути дорогими в періоди високого навантаження на мережу.
• Обмежено учасниками каналу: Транзакції можуть проводитися лише між учасниками каналу.
• Ефективність капіталу: Кошти повинні бути заблоковані в каналі, що зменшує ефективність капіталу.

2. Сайдчейни

Визначення: Сайдчейни — це незалежні блокчейни, які працюють паралельно з основним ланцюгом і з'єднані з ним за допомогою двостороннього зв'язку (two-way peg). Вони мають власні механізми консенсусу та параметри блоків і можуть бути оптимізовані для конкретних випадків використання.

Як це працює: Користувачі можуть переміщувати активи з основного ланцюга на сайдчейн і назад за допомогою моста. Транзакції обробляються на сайдчейні, користуючись його потенційно вищою пропускною здатністю та нижчими комісіями. По завершенню, активи можна повернути на основний ланцюг.

Приклади:

• Liquid Network (Bitcoin): Сайдчейн, розроблений для швидких та конфіденційних транзакцій Bitcoin, який переважно використовується біржами та трейдерами.
• Polygon (раніше Matic Network): Сайдчейн Ethereum, який пропонує швидші та дешевші транзакції для DeFi та інших застосунків.
• SKALE Network (Ethereum): Модульна мережа сайдчейнів, яка забезпечує еластичну масштабованість для застосунків Ethereum.

Переваги:

• Збільшена пропускна здатність: Сайдчейни можуть бути оптимізовані для вищої пропускної здатності транзакцій.
• Налаштовуваність: Сайдчейни можна адаптувати до конкретних випадків використання, таких як DeFi або ігри.
• Нижчі комісії: Комісії за транзакції на сайдчейнах зазвичай нижчі, ніж на основному ланцюзі.

Обмеження:

• Припущення щодо безпеки: Сайдчейни мають власні механізми консенсусу, які можуть бути менш безпечними, ніж основний ланцюг. Користувачі повинні довіряти безпеці сайдчейну.
• Ризики централізації: Деякі сайдчейни можуть бути більш централізованими, ніж основний ланцюг.
• Вразливості мостів: Міст, що з'єднує основний ланцюг і сайдчейн, може бути вразливим до атак.

3. Ролапи

Визначення: Ролапи — це рішення для масштабування другого рівня, які виконують транзакції поза ланцюгом, але публікують дані про транзакції на основному ланцюзі. Це дозволяє їм успадковувати безпеку основного ланцюга, досягаючи при цьому вищої пропускної здатності та нижчих комісій.

Як це працює: Транзакції збираються (згортаються) в одну транзакцію та надсилаються на основний ланцюг, що зменшує кількість даних, які потрібно обробляти на ланцюзі. Існує два основних типи ролапів: оптимістичні ролапи та ролапи з нульовим розголошенням (ZK-Rollups).

Типи ролапів:

а) Оптимістичні ролапи

Механізм: Оптимістичні ролапи припускають, що транзакції є дійсними, якщо не доведено протилежне. Вони публікують дані транзакцій на основному ланцюзі, але не виконують транзакції на ньому. Натомість вони надають період для оскарження, протягом якого будь-хто може заперечити дійсність транзакції. Якщо транзакція виявляється недійсною, ролап відкочується, а шахрайська транзакція карається.

Приклади:

• Arbitrum (Ethereum): Оптимістичний ролап, метою якого є надання універсального середовища виконання для смарт-контрактів Ethereum.
• Optimism (Ethereum): Ще один оптимістичний ролап, який фокусується на наданні масштабованого та зручного досвіду для користувачів Ethereum.

Переваги:

• Масштабованість: Значно збільшує пропускну здатність транзакцій.
• Безпека: Успадковує безпеку основного ланцюга.
• Сумісність з EVM: Може підтримувати смарт-контракти, сумісні з віртуальною машиною Ethereum (EVM).

Обмеження:

• Період оскарження: Виведення коштів може зайняти відносно тривалий час (наприклад, 7 днів) через період оскарження.
• Докази шахрайства: Вимагає доказів шахрайства для виявлення та виправлення недійсних транзакцій.

б) Ролапи з нульовим розголошенням (ZK-Rollups)

Механізм: ZK-Rollups використовують докази з нульовим розголошенням для підтвердження дійсності транзакцій поза ланцюгом перед їх поданням на основний ланцюг. Вони генерують криптографічний доказ (SNARK або STARK), який перевіряє правильність транзакцій, не розкриваючи жодної інформації про самі транзакції. Цей доказ потім публікується на основному ланцюзі, що дозволяє швидше та безпечніше перевіряти транзакції.

Приклади:

• zkSync (Ethereum): ZK-Rollup, який забезпечує швидкі та дешеві транзакції для користувачів Ethereum.
• StarkWare (Ethereum): ZK-Rollup, що пропонує масштабовані рішення для різних застосунків, включаючи DeFi та ігри.
• Loopring (Ethereum): ZK-Rollup, розроблений для децентралізованих бірж (DEX).

Переваги:

• Масштабованість: Забезпечує високу пропускну здатність транзакцій.
• Безпека: Успадковує безпеку основного ланцюга.
• Швидка фіналізація: Транзакції фіналізуються швидко завдяки використанню доказів з нульовим розголошенням.
• Приватність: Докази з нульовим розголошенням можуть забезпечити підвищену приватність транзакцій.

Обмеження:

• Складність: ZK-Rollups складніші у впровадженні, ніж оптимістичні ролапи.
• Обчислювальні витрати: Генерація доказів з нульовим розголошенням може бути обчислювально затратною.
• Сумісність з EVM: Повна сумісність з EVM все ще знаходиться в розробці для деяких ZK-Rollups.

4. Validium

Визначення: Validium схожий на ZK-Rollups тим, що використовує докази з нульовим розголошенням для перевірки транзакцій поза ланцюгом. Однак, на відміну від ZK-Rollups, Validium зберігає дані транзакцій поза ланцюгом, зазвичай у довіреної третьої сторони або децентралізованого комітету доступності даних.

Як це працює: Транзакції обробляються поза ланцюгом, і генерується доказ з нульовим розголошенням для підтвердження їхньої дійсності. Доказ потім подається на основний ланцюг, а дані транзакцій зберігаються поза ланцюгом. Користувачі можуть отримати дані транзакцій від провайдера зберігання поза ланцюгом.

Приклади:

• StarkEx (Ethereum): Рішення Validium, розроблене StarkWare, яке використовувалося різними проектами, включаючи dYdX для децентралізованої торгівлі деривативами.

Переваги:

• Масштабованість: Забезпечує дуже високу пропускну здатність транзакцій.
• Безпека: Покладається на докази з нульовим розголошенням для перевірки транзакцій.
• Нижчі витрати на ланцюзі: Зменшує витрати на ланцюзі, зберігаючи дані транзакцій поза ним.

Обмеження:

• Доступність даних: Покладається на доступність сховища даних поза ланцюгом. Якщо дані недоступні, користувачі можуть не мати доступу до своїх коштів.
• Припущення щодо довіри: Вводить припущення щодо довіри, пов'язані з провайдером зберігання даних поза ланцюгом.

Вибір правильного рішення другого рівня

Вибір найкращого рішення для масштабування другого рівня залежить від кількох факторів, включаючи конкретний випадок використання, бажаний рівень безпеки, необхідну пропускну здатність транзакцій та прийнятний рівень складності. Розгляньте наступні питання:

• Який основний випадок використання? (напр., DeFi, ігри, платежі)
• Який необхідний рівень безпеки?
• Яка бажана пропускна здатність транзакцій?
• Який бюджет на впровадження та обслуговування?
• Чи потрібна сумісність з EVM?

Для застосунків, що вимагають високої безпеки та швидкої фіналізації, ZK-Rollups або Validium можуть бути найкращим вибором. Для застосунків, які пріоритезують сумісність з EVM і готові прийняти довший час виведення коштів, оптимістичні ролапи можуть бути більш доречними. Для простих платіжних застосунків можуть бути достатніми канали стану. Сайдчейни пропонують гнучкість, але вимагають ретельного розгляду їхніх ризиків безпеки та централізації.

Екосистема другого рівня та інтероперабельність

У міру того, як екосистема другого рівня продовжує зростати, інтероперабельність між різними рішеннями другого рівня стає все більш важливою. Користувачі повинні мати можливість безперешкодно переміщувати активи та взаємодіяти з застосунками на різних мережах другого рівня без значних перешкод. Наразі існує кілька ініціатив для покращення інтероперабельності другого рівня, зокрема:

• Міжланцюгові мости: Дозволяють передачу активів між різними мережами другого рівня.
• Атомарні свопи: Дозволяють обмін активами між різними мережами другого рівня без потреби в довіреному посереднику.
• Стандартизовані протоколи обміну повідомленнями: Сприяють комунікації та обміну даними між різними мережами другого рівня.

Майбутнє рішень для масштабування другого рівня

Рішення для масштабування другого рівня відіграватимуть вирішальну роль у майбутньому технології блокчейн. Зі зростанням впровадження блокчейну потреба в масштабованих та ефективних рішеннях стане ще більш нагальною. Рішення другого рівня пропонують перспективний шлях до досягнення масштабованості, необхідної для підтримки широкого спектра застосунків, від DeFi та ігор до платежів та управління ланцюгами поставок. У міру того, як технологія другого рівня дозріває та покращується інтероперабельність, ми можемо очікувати значного зростання впровадження рішень другого рівня та їхньої інтеграції в ширшу екосистему блокчейну.

Розвиток та впровадження рішень для масштабування другого рівня є важливими для реалізації повного потенціалу технології блокчейн та донесення її переваг до глобальної аудиторії. Від швидшого часу транзакцій до нижчих комісій, рішення другого рівня пропонують більш доступний та зручний досвід для користувачів у всьому світі. У міру еволюції технології важливо залишатися в курсі останніх розробок та найкращих практик, щоб забезпечити ефективне та безпечне впровадження рішень другого рівня.

Глобальний вплив та впровадження

Вплив рішень другого рівня виходить далеко за межі лише технічних покращень. Вони є ключовими для того, щоб зробити технологію блокчейн доступною для ширшої глобальної аудиторії. Ось кілька прикладів того, як вони формують глобальний ландшафт:

• Фінансова інклюзія: Нижчі комісії за транзакції роблять мікротранзакції та міжнародні платежі більш життєздатними, особливо для людей у країнах, що розвиваються, які можуть не мати доступу до традиційних банківських послуг. Уявіть фермера в Південно-Східній Азії, який може отримувати платежі безпосередньо від покупців у Європі без надмірних комісій.
• Доступ до децентралізованих фінансів (DeFi): Рішення для масштабування роблять DeFi більш доступними для звичайного користувача. Високі комісії за газ на першому рівні Ethereum витіснили багатьох потенційних користувачів. Рішення другого рівня дозволяють більшій кількості людей у світі брати участь у кредитуванні, запозиченні та торгівлі.
• Ігри та NFT: Рівень 2 є вирішальним для функціонування ігор на основі блокчейну та невзаємозамінних токенів (NFT). Можливість швидко та дешево здійснювати транзакції в грі покращує досвід користувача та відкриває нові можливості для цифрової власності. Уявіть собі геймерів у Південній Америці, які безперешкодно торгують ігровими активами з гравцями в Північній Америці.
• Впровадження в бізнесі: Компанії все частіше досліджують блокчейн для управління ланцюгами поставок, управління даними та інших застосувань. Рішення другого рівня роблять ці застосунки більш практичними та економічно ефективними, заохочуючи ширше впровадження в бізнесі в різних регіонах.

Виклики та міркування

Хоча рішення другого рівня пропонують численні переваги, важливо усвідомлювати потенційні виклики:

• Ризики безпеки: Хоча більшість рішень другого рівня використовують безпеку першого рівня, завжди існують потенційні ризики, пов'язані з протоколами мостів та компонентами поза ланцюгом.
• Складність: Впровадження та розуміння другого рівня може бути складним, вимагаючи від розробників та користувачів вивчення нових технологій та концепцій.
• Фрагментована ліквідність: Ліквідність може бути фрагментована між різними мережами другого рівня, що ускладнює торгівлю активами.
• Занепокоєння щодо централізації: Деякі рішення другого рівня можуть бути більш централізованими, ніж інші, що викликає занепокоєння щодо стійкості до цензури.

Висновок

Рішення для масштабування другого рівня є життєво важливими для майбутнього технології блокчейн. Вирішуючи проблеми масштабованості блокчейнів першого рівня, вони роблять блокчейн більш доступним, дешевим та зручним для глобальної аудиторії. Хоча виклики залишаються, постійний розвиток та дослідження постійно покращують продуктивність, безпеку та інтероперабельність цих рішень. У міру того, як технологія блокчейн продовжує розвиватися, рішення для масштабування другого рівня, безсумнівно, відіграватимуть ключову роль у реалізації її трансформаційного потенціалу.

Незалежно від того, чи є ви розробником, інвестором чи просто ентузіастом блокчейну, розуміння рішень для масштабування другого рівня є вирішальним для навігації у світі технології блокчейн, що постійно змінюється. Залишаючись в курсі останніх розробок та найкращих практик, ви можете сприяти зростанню та впровадженню блокчейну в глобальному масштабі.