Rozbicie Blockchain: Czym jest warstwa 2?

Wprowadzenie

Kryptowaluty rosną z dnia na dzień. W czerwcu 2024 roku było 617 milionów właścicieli kryptowalut, a całkowita kapitalizacja rynku wynosiła 2,24 biliona dolarów. Mimo tego ogromnego wzrostu technologia blockchain wciąż ma poważny problem: skalowalność. Główna sieć Ethereum ma przepustowość wynoszącą około 15-30 transakcji na sekundę (TPS), co nie jest stałe. Może się nieznacznie różnić w zależności od rozmiaru bloku i aktywności sieci. Ponadto przejście Ethereum na Proof of Stake (PoS) z Ethereum 2.0 poprawi skalowalność, szczególnie w połączeniu z shardingiem.

Myśl o rozwiązaniach Layer 2 (L2) jako o turbo doładowaniu dla blockchaina. To technologie off-chain zbudowane na głównym blockchainie, Layer 1 (L1), aby przyspieszyć transakcje, uczynić je tańszymi i bardziej efektywnymi. Niektóre L2, takie jak Arbitrum, Polygon, Optimism itp., mogą obsługiwać 4 000 transakcji na sekundę. Nie oznacza to, że robią to codziennie, ale mogą, gdy zajdzie taka potrzeba, co stanowi ogromny postęp w porównaniu do zwykłej prędkości. Ta przepustowość oznacza, że możemy mieć bardziej złożone aplikacje, takie jak DeFi, gry i zarządzanie łańcuchem dostaw, działające płynnie na blockchainie.

Krótko mówiąc, podczas gdy Layer 1 zajmuje się dużymi zmianami, takimi jak zwiększanie rozmiarów bloków, Layer 2 wykorzystuje sprytne sztuczki, takie jak rollupy i sidechainy, aby przyspieszyć procesy bez poświęcania bezpieczeństwa. W tym artykule zagłębimy się w Layer 2 i zobaczymy, jak zmieni on świat blockchaina.

Co to jest rozwiązanie warstwy 2?

Rozwiązania warstwy 2 są jak tajny sos, który przenosi technologię blockchain na wyższy poziom, rozwiązując główne problemy, z którymi tradycyjne blockchainy warstwy 1, takie jak Bitcoin i Ethereum, nie zawsze sobie radzą. Oczywiście, blockchainy warstwy 1 wykonują ciężką pracę — przetwarzają transakcje i zapewniają bezpieczeństwo za pomocą metod konsensusu, takich jak Proof of Work (PoW) lub Proof of Stake (PoS). Jednak często napotykają problemy, gdy chodzi o skalowanie. Ten problem jest częścią "trylematu blockchainowego", który mówi, że trudno jest jednocześnie osiągnąć skalowalność, bezpieczeństwo i decentralizację. Z tego powodu sieci warstwy 1 mogą zwalniać, co prowadzi do dłuższych czasów oczekiwania i wyższych opłat, szczególnie gdy sytuacja staje się intensywna. Rozwiązania warstwy 2 wkraczają, aby wszystko działało płynnie, nawet gdy sieć jest pod presją.

Na przykład, sieć Lightning jest jednym z kilku rozwiązań warstwy 2 dla Bitcoina, nie jedynym, przyspieszającym i obniżającym koszty transakcji, przenosząc je na chwilę z głównego blockchaina. Wyobraź sobie, że ty i twój przyjaciel otwieracie prywatny kanał płatności, który jest jak cyfrowa księga tylko między wami. I chociaż transakcje odbywają się poza łańcuchem w sieci Lightning, są one nadal zabezpieczone modelem bezpieczeństwa warstwy 1 Bitcoina za pomocą kontraktów hash timelock (HTLC), które zapewniają, że środki są bezpiecznie rozliczane na głównym łańcuchu w przypadku sporu. Fajną częścią jest to, że musisz zaktualizować blockchain tylko dwa razy: raz, gdy otwierasz kanał, i raz, gdy go zamykasz. W ten sposób blockchain nie jest obciążany każdą pojedynczą transakcją, co przyspiesza i obniża koszty całego procesu. Rollupy Ethereum — Optimistic Rollups i Zero-Knowledge (ZK) Rollups — działają nieco inaczej, ale z tym samym celem zmniejszenia obciążenia głównego blockchaina. Więc jakie rozwiązania skalujące istnieją tam na zewnątrz?

Skalowanie warstwy 2 Ethereum

Rollupy

Rollupy to protokoły oprogramowania, które działają na szczycie głównego łańcucha, usprawniając transakcje i redukując zatory. Optimistic Rollups, takie jak Base, Arbitrum, Optimism, Boba Network, łączą wiele transakcji w paczkę i przesyłają tę skompresowaną paczkę jako dane wywołania do głównego łańcucha Ethereum. Oto gdzie robi się interesująco: te rollupy zakładają, że transakcje są ważne i przesyłają dane transakcji do głównego łańcucha bez wykonywania obliczeń na łańcuchu. Jeśli pojawi się spór, transakcje mogą być weryfikowane za pomocą mechanizmu wyzwań, który zapewnia ich ważność. Jednak jeśli ktoś podejrzewa, że wystąpił błąd lub oszukańcza transakcja, może zainicjować dowód oszustwa w trakcie okna wyzwań. Jeśli dowód jest skuteczny, paczka jest wycofywana, a nadawca może stracić depozyt. Dowody oszustwa w Optimistic Rollups działają poprzez kwestionowanie potencjalnie nieważnych przejść stanu, co następnie wyzwala weryfikację na łańcuchu. Ten system zmniejsza ilość obliczeń, które musi wykonać główny łańcuch, co przyspiesza i obniża koszty, ale nadal jest bezpieczny dzięki temu mechanizmowi wyzwań.

ZK Rollups, z drugiej strony, przyjmują inne podejście. Zamiast zakładać, że wszystko jest w porządku, dopóki nie udowodni się inaczej, ZK Rollups wykorzystują dowody kryptograficzne, a konkretnie argumenty wiedzy o zerowej wiedzy, zwięzłe i nieinteraktywne (zk-SNARKs) lub zk-STARKs do walidacji partii transakcji poza łańcuchem. Generują tzw. 'zwięzły dowód' (często SNARK lub STARK) dla każdej partii transakcji." Ten dowód jest superwydajnym sposobem na udowodnienie, że wszystkie transakcje w partii są ważne, bez konieczności przeglądania każdej z nich indywidualnie na głównym łańcuchu Ethereum. Główny łańcuch po prostu weryfikuje ten dowód, co jest naprawdę szybkie, a następnie może z pewnością zaakceptować całą partię transakcji. Ta metoda jest superbezpieczna i wydajna, chociaż jest nieco bardziej skomplikowana technicznie.

Łańcuchy boczne

Inny rodzaj rozwiązania skalującego. łańcuchy boczne są prawie jak równoległe wszechświaty, działające jako oddzielne łańcuchy bloków obok głównego łańcucha. Binance Smart Chain (obecnie znany jako BNB Smart Chain) i Avalanche to łańcuchy bloków warstwy 1 z własnymi modelami konsensusu, a nie ściśle łańcuchami bocznymi warstwy 2 do Ethereum. Polygon działa zarówno jako łańcuch boczny Proof of Stake, jak i agregator rozwiązań warstwy 2, mając własny zestaw walidatorów i mechanizmów konsensusu, co oznacza, że mogą obsługiwać transakcje samodzielnie, bez polegania na głównym łańcuchu we wszystkim. Fajną częścią jest to, że łańcuchy boczne zazwyczaj polegają na mostach (np. mosty Plasma lub inteligentne kontrakty) w celu ułatwienia transferów aktywów, które nie zawsze mogą działać jako prawdziwy dwukierunkowy peg, jak w sieci Liquid Bitcoina. To pozwala na transfer aktywów między głównym łańcuchem a łańcuchem bocznym, co jest szczególnie popularne wśród użytkowników, którzy chcą skorzystać z unikalnych funkcji różnych sieci lub niższych opłat transakcyjnych. Łańcuchy boczne często wykorzystują mosty, aby to umożliwić, co pozwala na płynną komunikację i transfery aktywów między dwoma łańcuchami, nawet jeśli ich mechanizmy konsensusu mogą być całkowicie różne.

Kanały stanu

Kolejnym produktem skalującym są kanały stanu. Kanały stanu to mechanizmy off-chain, które pozwalają użytkownikom na przeprowadzanie wielu transakcji prywatnie, bez ogłaszania każdej transakcji w blockchainie. Tylko transakcje otwierające i zamykające są rejestrowane na łańcuchu, co zmniejsza zator i przyspiesza interakcje. Kanały stanu to mechanizmy off-chain, które pozwalają uczestnikom na bezpośrednie transakcje ze sobą, bez potrzeby rejestrowania każdej interakcji na głównym łańcuchu. Tylko ostateczny stan jest rozliczany na łańcuchu.

Wyobraź sobie, jak ty i twoi przyjaciele możecie rozmawiać prywatnie. Zamiast krzyczeć każdą wiadomość do całego świata, po prostu śledzisz swoją rozmowę i mówisz wszystkim tylko ostateczny wynik. Tak działają kanały stanu. Kanały stanu wymagają początkowego ustawienia kanału i ostatecznego rozliczenia na łańcuchu, wykorzystując portfel wielo-podpisowy, aby zapewnić, że transakcje off-chain są wzajemnie uzgodnione przez uczestników. Zauważ również, że kanały stanu są przede wszystkim przydatne do powtarzających się, małych transakcji (mikropłatności), a nie do złożonych interakcji z inteligentnymi kontraktami. To jest super efektywne w przypadku takich rzeczy jak gry czy drobne płatności

Plazma

Plazma jest całkowicie inna w tym sensie, że jest ramą, która hostuje rodzinę mniejszych blockchainów połączonych z głównym blockchainem. Te mniejsze blockchainy, często nazywane łańcuchami podrzędnymi, działają według własnych zasad i walidatorów, ale polegają na okresowych zobowiązaniach do głównego łańcucha dla bezpieczeństwa. Chociaż Plazma zapewnia korzyści w zakresie skalowania, napotyka wyzwania, takie jak wolna finalność i potencjalne problemy z dostępnością danych. Plazma odnotowała zmniejszoną adopcję z powodu swoich ograniczeń w zakresie bezpieczeństwa i finalności, ponieważ użytkownicy muszą czekać przez długie okresy wyjścia (często 7-14 dni), aby wypłacić środki z powrotem do Ethereum. Ważne jest, aby zauważyć, że Plazma została w pewnym sensie wyprzedzona przez rollupy, które są bardziej efektywne i bezpieczne, a jednym z najwcześniejszych i najbardziej znanych wdrożeń Plazmy jest OMG Network.

Okresowe przesyłanie końcowych stanów transakcji z powrotem do Ethereum w celu walidacji, zapewniając bezpieczeństwo i ostateczność, łańcuchy Plasma obsługują dużą liczbę transakcji poza łańcuchem, ale są ograniczone w obsłudze złożonych inteligentnych kontraktów i odnotowały zmniejszoną adopcję z powodu wolnych czasów wypłat. Ich główne przypadki użycia początkowo były skierowane do aplikacji wymagających prostych transferów, chociaż nowsze rozwiązania wyprzedziły Plasma.

Poprzez zmniejszenie obciążenia głównej sieci Ethereum, Plasma obniża opłaty i przyspiesza transakcje. Jednak wypłata środków z łańcuchów Plasma do Ethereum może zająć do 7 dni, ponieważ ten okres jest niezbędny, aby umożliwić rozwiązanie wszelkich potencjalnych sporów lub wykrycie oszustw przed pełną dostępnością środków na głównym łańcuchu.

Przykłady rozwiązań Layer 2

Kilka rozwiązań Layer 2 zostało pomyślnie wdrożonych w różnych sieciach blockchain. Oto niektóre z nich:

1. Optymizm

• Typ: Optymistyczny Rollup
• Opis: Optymizm to rozwiązanie Layer 2 dla Ethereum, które wykorzystuje optymistyczne rollupy do zwiększenia przepustowości transakcji. Zakłada, że transakcje są ważne i wykonuje kontrolę obliczeniową tylko w przypadku zgłoszenia wyzwania. Optymizm zmniejsza obciążenie obliczeniowe na łańcuchu dzięki wykorzystaniu dowodów oszustwa, jednocześnie przesyłając minimalne dane transakcyjne (skompresowane) do Layer 1, znacznie obniżając opłaty gazowe i zwiększając prędkość transakcji.
• Przypadki użycia: DApps, protokoły DeFi i wszelkie projekty oparte na Ethereum potrzebujące skalowalności.

2. Arbitrum

• Typ: Optymistyczny Rollup
• Opis: Arbitrum to kolejne rozwiązanie Layer 2 oparte na technologii optymistycznego rollupu. Zwiększa skalowalność Ethereum, przenosząc większość przetwarzania transakcji poza łańcuch, jednocześnie zachowując bezpieczeństwo głównej sieci Ethereum. Arbitrum jest znane ze swojej kompatybilności z istniejącymi inteligentnymi kontraktami Ethereum, co ułatwia programistom migrację ich aplikacji.
• Przypadki użycia: DeFi, gry i inne aplikacje o wysokiej liczbie transakcji.

3. Polygon (dawniej Matic)

• Opis: Polygon to wielołańcuchowe rozwiązanie Layer 2, które zapewnia ramy do budowania połączonych sieci blockchain. Łączy łańcuchy boczne Proof-of-Stake (PoS) i technologię Plasma, aby zaoferować skalowalne rozwiązanie z szybkim przetwarzaniem transakcji i niskimi opłatami. Łańcuch PoS Polygon działa równolegle z Ethereum i obsługuje szeroki zakres zdecentralizowanych aplikacji.
• Przypadki użycia: NFT, DeFi, gry i różne DApps.

4. zkSync

• Typ: Zero-Knowledge Rollup (zk-Rollup)
• Opis: zkSync to rozwiązanie Layer 2 wykorzystujące Zero-Knowledge Rollups, które używają dowodów kryptograficznych do walidacji transakcji. Umożliwia to bardzo efektywne i bezpieczne przetwarzanie transakcji poza łańcuchem, przy czym ważność tych transakcji jest udowadniana na łańcuchu za pomocą zwięzłych dowodów kryptograficznych. zk-Rollupy dziedziczą pełne bezpieczeństwo Layer 1, w przeciwieństwie do optymistycznych rollupów, które polegają na mechanizmie wyzwań dla bezpieczeństwa.
• Przypadki użycia: Systemy płatności, aplikacje DeFi i transfery tokenów.

5. Loopring

• Typ: Zero-Knowledge Rollup (zk-Rollup)
• Opis: Loopring to protokół zdecentralizowanej giełdy (DEX), który wykorzystuje Zero-Knowledge Rollups do ułatwienia handlu o wysokiej przepustowości i niskich kosztach na Ethereum. Poprzez grupowanie transakcji poza łańcuchem i weryfikację ich za pomocą dowodów zk, Loopring pozwala użytkownikom handlować aktywami z minimalnymi opłatami i szybkim wykonaniem.
• Przypadki użycia: Zdecentralizowane giełdy, rozwiązania płatnicze i DeFi.

6. Immutable X

• Typ: Zero-Knowledge Rollup (zk-Rollup)
• Opis: Immutable X to rozwiązanie Layer 2 zaprojektowane specjalnie dla NFT na Ethereum. Używa zk-Rollups, aby umożliwić szybkie i bezgazowe tworzenie, kupowanie i sprzedawanie NFT. Immutable X dąży do neutralności węglowej poprzez skalowanie Layer 2, zmniejszając zużycie energii w porównaniu do transakcji Layer 1 Ethereum, co czyni go ekologiczną opcją dla platform NFT.
• Przypadki użycia: Rynki NFT, platformy gier i sztuka cyfrowa.

7. StarkNet

• Typ: Zero-Knowledge Rollup (zk-Rollup)
• Opis: StarkNet to zdecentralizowany zk-Rollup, który pozwala każdej zdecentralizowanej aplikacji (DApp) osiągnąć nieograniczoną skalowalność bez kompromisów w zakresie kompozycji i bezpieczeństwa Ethereum. Używa STARKów (Skalowalne Przejrzyste Argumenty Wiedzy), aby zapewnić ważność transakcji poza łańcuchem, co czyni go wysoce bezpiecznym i skalowalnym.
• Przypadki użycia: Złożone DApps, DeFi, gry i inne.

Korzyści z Layer 2

Produkty Layer 2 pomagają blockchainom rozwiązać niektóre z ich największych problemów, szczególnie skalowalności, kosztów, prędkości i prywatności. Obsługując transakcje poza głównym łańcuchem, Layer 1, sprawiają, że sieci blockchain są znacznie bardziej wydajne, dzięki czemu mogą obsługiwać więcej użytkowników i przetwarzać więcej transakcji bez kompromisów w zakresie bezpieczeństwa lub decentralizacji. Oznacza to niższe koszty transakcji, co czyni blockchain bardziej dostępnym dla wszystkich, oraz szybsze, co jest kluczowe dla aplikacji w czasie rzeczywistym, takich jak gry i finanse. A niektóre L2 oferują nawet lepszą prywatność, przechowując więcej szczegółów transakcji poza publicznym łańcuchem.

Skalowalność

Jak policjant ruchu, L2 rozładowują zatory i pozwalają sieciom takim jak Ethereum i Bitcoin obsługiwać znacznie więcej transakcji. Bez nich jest jak próba jazdy po autostradzie w godzinach szczytu — wolno i frustrująco! Rozwiązania Layer 2 zwiększają pojemność blockchaina, umożliwiając wyższą przepustowość i niższe opóźnienia, co jest krytyczne dla aplikacji o wysokiej liczbie transakcji.

Niższe koszty

Protokoły Layer 2 również znacznie obniżają koszty transakcji, odciążając główną sieć. To jest istotne w ruchliwych obszarach, takich jak DeFi i gry, gdzie wysokie opłaty są dużym problemem.

Szybsze transakcje

Prędkość jest kluczowa w blockchainie, a L2 dostarczają niemal natychmiastowe potwierdzenia transakcji. Obsługując transakcje poza łańcuchem i rejestrując tylko końcowy stan na głównym łańcuchu, sieci Layer 2 unikają opóźnień związanych z potwierdzeniami bloków Layer 1.

Większa prywatność

Prywatność staje się coraz ważniejsza każdego dnia, a niektóre L2, takie jak Zero-Knowledge (ZK) Rollups, oferują więcej funkcji prywatności. Przetwarzając transakcje poza łańcuchem, te rozwiązania utrzymują większość szczegółów transakcji poza publicznym blockchainem, ukrywając tożsamości użytkowników i wrażliwe informacje.

Layer 2 w przyszłości

W miarę jak blockchain rośnie, potrzeba skalowalnych, wydajnych i przyjaznych dla użytkownika produktów będzie tylko rosła. Przyszłe rozwój skoncentruje się na bezproblemowej integracji z łańcuchami bloków Layer 1, rozszerzając przypadki użycia w różnych branżach oraz interoperacyjność między różnymi sieciami L2. To pomoże blockchainowi skalować się globalnie bez poświęcania bezpieczeństwa lub decentralizacji, czyniąc Layer 2 kluczowym graczem w przyszłości blockchaina. Sprawdź to.

Integracja Layer 1

Jednym z głównych celów L2 jest sprawienie, aby działały z łańcuchami bloków Layer 1. W miarę jak te technologie ewoluują, połączenie między głównym łańcuchem a jego rozszerzeniami L2 będzie musiało stać się bardziej bezproblemowe i przyjazne dla użytkownika. Wyobraź sobie przełączanie się między różnymi warstwami bez żadnych problemów — to oznacza, że twoje doświadczenie będzie znacznie płynniejsze i nie będziesz musiał radzić sobie z skomplikowanymi procesami. Możemy zobaczyć nowe narzędzia i funkcje, które automatycznie przenoszą transakcje do L2, gdy L1 jest zatłoczone, lub które ułatwiają korzystanie z tych technologii bez konieczności rozumienia wszystkich szczegółów. To sprawi, że sieci blockchain będą bardziej stabilne i bezpieczne oraz będą w stanie obsługiwać większy ruch bez spowolnienia.

Rozszerzanie przypadków użycia

L2 są dość wszechstronne, a ich zastosowanie wykracza daleko poza skalowanie i oszczędności kosztów w DeFi i grach. W przyszłości możemy zobaczyć ich zastosowanie w wielu różnych branżach. Na przykład w zarządzaniu łańcuchem dostaw mogą pomóc w efektywnym śledzeniu towarów przez granice, radząc sobie z dużą ilością danych z łatwością. Nawet branże niezwiązane z blockchainem, takie jak opieka zdrowotna i telekomunikacja, mogą zacząć korzystać z rozwiązań L2 do zarządzania wrażliwymi informacjami. Prędkość, oszczędności kosztów i skalowalność L2 sprawiają, że jest to doskonałe rozwiązanie dla każdej branży, która potrzebuje wydajnego zarządzania danymi w sposób zdecentralizowany. W miarę jak technologia się rozwija, zobaczymy, jak L2 będzie wykorzystywane w nowych i innowacyjnych sposobach rozwiązywania problemów branżowych.

Podsumowanie

L2 będą kluczem do rozwiązania przez świat blockchaina dużych problemów ze skalowalnością, kosztami i użytecznością, które powstrzymywały masową adopcję zdecentralizowanych sieci. W miarę jak te technologie się rozwijają, sprawią, że platformy blockchain będą działać lepiej, obsługiwać więcej użytkowników i transakcji na całym świecie, a jednocześnie pozostaną bezpieczne i zdecentralizowane. Przyszłość wygląda obiecująco dla L2, jest wiele do oczekiwania. Zobaczymy lepszą integrację z łańcuchami bloków Layer 1, nowe przypadki użycia w różnych branżach oraz interoperacyjność między sieciami. To nie tylko uczyni obecne systemy blockchain bardziej wydajnymi, ale także otworzy nowe możliwości dla zdecentralizowanych aplikacji w różnych branżach, kształtując przyszłość blockchaina.