Разбор блокчейна: Что такое уровень 2?

Введение

Криптовалюта становится все более популярной с каждым днем. На июнь 2024 года насчитывалось 617 миллионов владельцев криптовалют, а общая рыночная капитализация составила 2,24 триллиона долларов. Но даже с таким огромным ростом технология блокчейн все еще сталкивается с серьезной проблемой: масштабируемостью. Основная сеть Ethereum имеет пропускную способность около 15-30 транзакций в секунду (TPS), что не является фиксированным значением. Оно может немного варьироваться в зависимости от размера блока и активности сети. Кроме того, переход Ethereum на Proof of Stake (PoS) с Ethereum 2.0 улучшит масштабируемость, особенно в сочетании с шардингом.

Думайте о решениях второго уровня (L2) как о турбонаддуве для блокчейна. Это технологии вне цепи, построенные поверх основной блокчейн-сети, уровня 1 (L1), чтобы сделать транзакции быстрее, дешевле и эффективнее. Некоторые L2, такие как Arbitrum, Polygon, Optimism и др., могут обрабатывать 4000 транзакций в секунду. Не то чтобы они делали это ежедневно, но могут, когда это необходимо, что является огромным улучшением по сравнению с обычной скоростью. Эта пропускная способность означает, что мы можем иметь более сложные приложения, такие как DeFi, игры и управление цепочками поставок, работающие плавно на блокчейне.

Одним словом, пока уровень 1 занят большими изменениями, такими как увеличение размеров блоков, уровень 2 использует умные приемы, такие как роллапы и сайдчейны, чтобы ускорить процессы, не жертвуя безопасностью. В этой статье мы подробно рассмотрим уровень 2 и увидим, как он изменит мир блокчейна.

Что такое решение второго уровня?

Решения второго уровня подобны секретному соусу, который выводит технологии блокчейна на новый уровень, решая основные проблемы, с которыми традиционные блокчейны первого уровня, такие как Биткойн и Эфириум, не всегда могут справиться. Конечно, блокчейны первого уровня выполняют основную работу — они обрабатывают транзакции и обеспечивают безопасность с помощью методов консенсуса, таких как Доказательство работы (PoW) или Доказательство доли (PoS). Но они часто сталкиваются с проблемами, когда дело доходит до масштабирования. Эта проблема является частью "триады блокчейна", которая утверждает, что сложно одновременно достичь масштабируемости, безопасности и децентрализации. Из-за этого сети первого уровня могут замедляться, что приводит к более длительным ожиданиям и более высоким комиссиям, особенно когда нагрузка возрастает. Решения второго уровня вступают в действие, чтобы поддерживать бесперебойную работу, даже когда сеть находится под давлением.

Например, сеть Lightning является одним из нескольких решений второго уровня для Биткойна, а не единственным, делая транзакции быстрее и дешевле, временно выводя их за пределы основного блокчейна. Представьте, что вы и ваш друг открываете частный платежный канал, который похож на цифровую книгу учета только между вами двумя. И хотя транзакции происходят вне цепи в сети Lightning, они все равно поддерживаются моделью безопасности первого уровня Биткойна через контракты с хеш-таймлоком (HTLC), которые обеспечивают безопасное завершение средств на основной цепи в случае спора. Интересно, что вам нужно обновить блокчейн всего дважды: один раз, когда вы открываете канал, и один раз, когда вы его закрываете. Таким образом, блокчейн не перегружается каждой отдельной транзакцией, что делает весь процесс быстрее и дешевле. Роллапсы Эфириума — оптимистичные роллапсы и роллапсы с нулевым знанием (ZK) — работают немного иначе, но с той же целью уменьшить нагрузку на основной блокчейн. Итак, какие решения для масштабирования существуют?

Масштабирование второго уровня Эфириума

Роллапсы

Роллапсы — это программные протоколы, которые работают поверх основной цепи, упрощая транзакции и уменьшая загруженность. Оптимистичные роллапсы, такие как Base, Arbitrum, Optimism, Boba Network, объединяют несколько транзакций в пакет и отправляют этот сжатый пакет в качестве данных вызова на основную цепь Эфириума. Вот где становится интересно: эти роллапсы предполагают, что транзакции действительны, и отправляют данные транзакций на основную цепь, не выполняя вычисления в цепи. Если возникает спор, транзакции могут быть проверены через механизм оспаривания, который обеспечивает их действительность. Однако, если кто-то подозревает, что есть ошибка или мошенническая транзакция, он может инициировать доказательство мошенничества в течение окна оспаривания. Если доказательство успешно, пакет откатывается, и отправитель может потерять депозит. Доказательства мошенничества в оптимистичных роллапсах работают, оспаривая потенциально недействительные переходы состояния, что затем вызывает проверку в цепи. Эта система уменьшает объем вычислений, которые основной цепи необходимо выполнить, делая все быстрее и дешевле, но она все равно безопасна благодаря этому механизму оспаривания.

С другой стороны, ZK Rollups используют другой подход. Вместо того чтобы предполагать, что всё в порядке, пока не будет доказано обратное, ZK Rollups используют криптографические доказательства, в частности, доказательства с нулевым разглашением, краткие неинтерактивные аргументы знания (zk-SNARKs) или zk-STARKs для проверки пакета транзакций вне цепочки. Они генерируют то, что называется «кратким доказательством» (часто SNARK или STARK) для каждого пакета транзакций. Это доказательство является суперэффективным способом доказать, что все транзакции в пакете действительны, не проходя через каждую из них индивидуально в основной цепочке Ethereum. Основная цепочка просто проверяет это доказательство, что действительно быстро, а затем она может с уверенностью принять весь пакет транзакций. Этот метод очень безопасен и эффективен, хотя он немного более сложен с технической точки зрения.

Сторонние цепочки

Другой вид решения для масштабирования. Сторонние цепочки почти как параллельные вселенные, работающие как отдельные блокчейны наряду с основной цепочкой. Binance Smart Chain (теперь известная как BNB Smart Chain) и Avalanche являются блокчейнами уровня 1 с собственными моделями консенсуса, а не строго сторонними цепочками уровня 2 для Ethereum. Polygon функционирует как сторонняя цепочка Proof of Stake и агрегатор решений уровня 2, имея собственный набор валидаторов и механизмов консенсуса, что означает, что они могут обрабатывать транзакции самостоятельно, не полагаясь на основную цепочку во всем. Интересная часть заключается в том, что сторонние цепочки обычно полагаются на мосты (например, мосты Plasma или смарт-контракты) для облегчения передачи активов, которые могут не всегда функционировать как истинный двусторонний пег, как в сети Liquid Bitcoin. Это позволяет вам передавать активы между основной цепочкой и сторонней цепочкой, что особенно популярно среди пользователей, стремящихся воспользоваться уникальными особенностями различных сетей или более низкими комиссиями за транзакции. Сторонние цепочки часто используют мосты для реализации этого, позволяя осуществлять плавное взаимодействие и передачу активов между двумя цепочками, даже если их механизмы консенсуса могут быть совершенно разными.

Государственные каналы

Еще один продукт масштабирования - это государственные каналы. Государственные каналы - это механизмы вне цепи, которые позволяют пользователям выполнять несколько транзакций приватно, не транслируя каждую транзакцию в блокчейн. Только открывающие и закрывающие транзакции записываются в цепь, что снижает загруженность и ускоряет взаимодействия. Государственные каналы - это механизмы вне цепи, которые позволяют участникам напрямую взаимодействовать друг с другом, не записывая каждое взаимодействие в основной цепи. Только окончательное состояние фиксируется в цепи.

Представьте, как вы и ваши друзья можете общаться приватно. Вместо того чтобы выкрикивать каждое сообщение на весь мир, вы просто отслеживаете свой разговор и сообщаете всем только конечный результат. Вот как работают каналы состояния. Каналы состояния требуют первоначальной настройки канала и окончательного расчета на блокчейне, используя мультиподписной кошелек, чтобы гарантировать, что оффлайн-транзакции согласованы участниками. Также обратите внимание, что каналы состояния в первую очередь полезны для повторяющихся транзакций небольшой стоимости (микроплатежей), а не для сложных взаимодействий со смарт-контрактами. Это очень эффективно для таких вещей, как игры или мелкие платежи

Плазма

Плазма совершенно отличается тем, что это структура, которая хостит семью меньших блокчейнов, связанных с основным блокчейном. Эти меньшие блокчейны, часто называемые дочерними цепочками, работают по своим собственным правилам и валидаторам, но полагаются на периодические обязательства к основному блокчейну для обеспечения безопасности. Хотя Плазма предоставляет преимущества масштабирования, она сталкивается с проблемами, такими как медленная финализация и потенциальные проблемы с доступностью данных. Плазма столкнулась с уменьшением принятия из-за своих ограничений в безопасности и финализации, так как пользователям приходится ждать длительные периоды выхода (часто 7-14 дней), чтобы вывести средства обратно в Ethereum. Важно отметить, что Плазма была в некотором роде обойдена роллапами, которые более эффективны и безопасны, и одной из первых и самых известных реализаций Плазмы является OMG Network.

Периодически отправляя конечные состояния транзакций обратно в Ethereum для валидации, обеспечивая безопасность и окончательность, Plasma-цепи обрабатывают большой объем транзакций вне цепи, но они ограничены в поддержке сложных смарт-контрактов и наблюдают за снижением уровня принятия из-за медленных сроков вывода. Их основные случаи использования изначально были направлены на приложения, требующие простых переводов, хотя новые решения обошли Plasma.

Снижая нагрузку на основную сеть Ethereum, Plasma снижает комиссии и ускоряет транзакции. Однако вывод средств из Plasma-цепей в Ethereum может занять до 7 дней, так как этот период необходим для разрешения любых потенциальных споров или обнаружения мошенничества, прежде чем средства станут полностью доступными в основной цепи.

Примеры решений второго уровня

Несколько решений второго уровня были успешно реализованы в различных блокчейн-сетях. Вот некоторые примечательные примеры:

1. Optimism

• Тип: Оптимистичный Роллап
• Описание: Optimism — это решение второго уровня для Ethereum, которое использует оптимистичные роллапы для увеличения пропускной способности транзакций. Оно предполагает, что транзакции действительны, и выполняет вычислительную проверку только в случае возникновения спора. Optimism снижает вычисления, необходимые в цепи, с помощью доказательств мошенничества, при этом отправляя минимальные данные о транзакциях (сжатые) в уровень 1, значительно снижая газовые сборы и увеличивая скорость транзакций.
• Случаи использования: DApps, протоколы DeFi и любые проекты на базе Ethereum, нуждающиеся в масштабируемости.

2. Arbitrum

• Тип: Оптимистичный Роллап
• Описание: Arbitrum — это еще одно решение второго уровня, основанное на технологии оптимистичного роллапа. Оно улучшает масштабируемость Ethereum, перемещая большую часть обработки транзакций вне цепи, сохраняя при этом безопасность основной сети Ethereum. Arbitrum известен своей совместимостью с существующими смарт-контрактами Ethereum, что облегчает разработчикам миграцию их приложений.
• Случаи использования: DeFi, игры и другие приложения с высоким объемом транзакций.

3. Polygon (ранее Matic)

• Описание: Polygon — это многоцепочечное решение второго уровня, которое предоставляет структуру для создания взаимосвязанных блокчейн-сетей. Оно сочетает в себе побочные цепи Proof-of-Stake (PoS) и технологию Plasma, чтобы предложить масштабируемое решение с быстрой обработкой транзакций и низкими сборами. Цепь PoS Polygon работает параллельно с Ethereum и поддерживает широкий спектр децентрализованных приложений.
• Случаи использования: NFT, DeFi, игры и различные DApps.

4. zkSync

• Тип: Роллап с нулевым знанием (zk-Rollup)
• Описание: zkSync — это решение второго уровня, использующее роллап с нулевым знанием, которые используют криптографические доказательства для валидации транзакций. Это позволяет осуществлять высокоэффективную и безопасную обработку транзакций вне цепи, при этом действительность этих транзакций подтверждается в цепи с помощью сжатых криптографических доказательств. zk-Rollups наследуют полную безопасность уровня 1, в отличие от оптимистичных роллапов, которые полагаются на механизм оспаривания для обеспечения безопасности.
• Случаи использования: Платежные системы, приложения DeFi и переводы токенов.

5. Loopring

• Тип: Роллап с нулевым знанием (zk-Rollup)
• Описание: Loopring — это протокол децентрализованной биржи (DEX), который использует роллап с нулевым знанием для облегчения высокопроизводительной, недорогой торговли на Ethereum. Объединяя транзакции вне цепи и проверяя их с помощью доказательств zk, Loopring позволяет пользователям торговать активами с минимальными сборами и быстрой реализацией.
• Случаи использования: Децентрализованные биржи, платежные решения и DeFi.

6. Immutable X

• Тип: Роллап с нулевым знанием (zk-Rollup)
• Описание: Immutable X — это решение второго уровня, специально разработанное для NFT на Ethereum. Оно использует zk-Rollups для обеспечения быстрой и безгазовой чеканки, покупки и продажи NFT. Immutable X стремится к углеродной нейтральности через масштабирование второго уровня, снижая потребление энергии по сравнению с транзакциями уровня 1 Ethereum, что делает его экологически чистым вариантом для платформ NFT.
• Случаи использования: Рынки NFT, игровые платформы и цифровое искусство.

7. StarkNet

• Тип: Роллап с нулевым знанием (zk-Rollup)
• Описание: StarkNet — это децентрализованный zk-Rollup, который позволяет любому децентрализованному приложению (DApp) достигать неограниченной масштабируемости, не жертвуя совместимостью и безопасностью Ethereum. Он использует STARKs (Масштабируемые Прозрачные Аргументы Знания) для обеспечения действительности транзакций вне цепи, что делает его высокозащищенным и масштабируемым.
• Случаи использования: Сложные DApps, DeFi, игры и многое другое.

Преимущества второго уровня

Продукты второго уровня помогают блокчейнам решать некоторые из их самых больших проблем, особенно масштабируемость, стоимость, скорость и конфиденциальность. Обрабатывая транзакции вне основной цепи, уровня 1, они делают блокчейн-сети гораздо более способными, чтобы они могли обслуживать больше пользователей и обрабатывать больше транзакций, не жертвуя безопасностью или децентрализацией. Это означает более низкие затраты на транзакции, делая блокчейн более доступным для всех, и быстрее, что имеет решающее значение для приложений в реальном времени, таких как игры и финансы. А некоторые L2 даже предлагают лучшую конфиденциальность, сохраняя больше деталей транзакций вне публичной цепи.

Масштабируемость

Как дорожный полицейский, L2 устраняют заторы и позволяют таким сетям, как Ethereum и Bitcoin, обрабатывать гораздо больше транзакций. Без них это похоже на попытку проехать по шоссе в час пик — медленно и раздражающе! Решения второго уровня расширяют емкость блокчейна, позволяя более высокую пропускную способность и меньшую задержку, что критично для приложений с высоким объемом транзакций.

Низкие затраты

Протоколы второго уровня также делают транзакции гораздо дешевле, снимая часть нагрузки с основной сети. Это важно для загруженных областей, таких как DeFi и игры, где высокие сборы являются серьезной проблемой.

Быстрые транзакции

Скорость имеет ключевое значение в блокчейне, и L2 обеспечивают почти мгновенные подтверждения транзакций. Обрабатывая транзакции вне цепи и записывая только конечное состояние в основной цепи, сети второго уровня избегают задержек, связанных с подтверждениями блоков уровня 1.

Больше конфиденциальности

Конфиденциальность становится все более важной с каждым днем, и некоторые L2, такие как роллап с нулевым знанием (ZK), предлагают больше функций конфиденциальности. Обрабатывая транзакции вне цепи, эти решения сохраняют большинство деталей транзакций вне публичного блокчейна, скрывая идентичности пользователей и конфиденциальную информацию.

Будущее второго уровня

По мере роста блокчейна потребность в масштабируемых, эффективных и удобных для пользователя продуктах будет только увеличиваться. Будущие разработки будут сосредоточены на бесшовной интеграции с блокчейнами уровня 1, расширении случаев использования в различных отраслях и взаимодействии между различными сетями L2. Это поможет блокчейну масштабироваться глобально, не жертвуя безопасностью или децентрализацией, делая второй уровень ключевым игроком в будущем блокчейна. Ознакомьтесь с этим.

Интеграция уровня 1

Одна из главных целей для L2 — сделать их совместимыми с блокчейнами уровня 1. По мере развития этих технологий связь между основной цепью и ее расширениями L2 должна стать более бесшовной и удобной для пользователя. Представьте себе переключение между различными уровнями без каких-либо проблем — это означает, что ваш опыт будет гораздо более плавным, и вам не придется иметь дело со сложными процессами. Мы можем увидеть новые инструменты и функции, которые автоматически перемещают транзакции в L2, когда L1 становится загруженной, или которые упрощают использование этих технологий без необходимости понимать все детали. Это сделает блокчейн-сети более стабильными и безопасными и способными обрабатывать больше трафика без замедления.

Расширение случаев использования

L2 довольно универсальны, и их использование выходит далеко за рамки простого масштабирования и экономии затрат в DeFi и играх. В будущем мы можем увидеть их использование в самых разных отраслях. Например, в управлении цепочками поставок они могут помочь эффективно отслеживать товары через границы, обрабатывая много данных с легкостью. Даже не блокчейн-отрасли, такие как здравоохранение и телекоммуникации, могут начать использовать решения L2 для управления конфиденциальной информацией. Скорость, экономия затрат и масштабируемость L2 делают его отличным выбором для любой отрасли, нуждающейся в высокопроизводительном децентрализованном управлении данными. По мере развития технологий мы увидим, как L2 будет использоваться новыми и инновационными способами для решения проблем отрасли.

Заключение

L2 станут ключом к решению больших проблем блокчейн-мира, таких как масштабируемость, стоимость и удобство использования, которые сдерживали массовое принятие децентрализованных сетей. По мере продвижения этих технологий они сделают блокчейн-платформы более эффективными, смогут обслуживать больше пользователей и транзакций по всему миру и при этом оставаться безопасными и децентрализованными. Будущее выглядит многообещающе для L2, есть на что надеяться. Мы увидим лучшую интеграцию с блокчейнами уровня 1, новые случаи использования в различных отраслях и взаимодействие между сетями. Это не только сделает текущие блокчейн-системы более эффективными, но и откроет новые возможности для децентрализованных приложений в различных отраслях, формируя будущее блокчейна.