Розбір блокчейну: Що таке Layer 2?

Вступ

Криптовалюта стає все більшою з кожним днем. Станом на червень 2024 року було 617 мільйонів власників криптовалюти, а загальна капіталізація ринку становила 2,24 трильйона доларів. Але навіть з таким величезним зростанням технологія блокчейн все ще має серйозну проблему: масштабованість. Основна мережа Ethereum має пропускну здатність близько 15-30 транзакцій на секунду (TPS), що не є фіксованим. Вона може трохи варіюватися в залежності від розміру блоку та активності мережі. Крім того, перехід Ethereum на Proof of Stake (PoS) з Ethereum 2.0 покращить масштабованість, особливо в поєднанні з шардінгом.

Думайте про рішення Layer 2 (L2) як про турбонаддув для блокчейну. Це технології поза ланцюгом, побудовані поверх основного блокчейну, Layer 1 (L1), щоб зробити транзакції швидшими, дешевшими та ефективнішими. Деякі L2, такі як Arbitrum, Polygon, Optimism тощо, можуть обробляти 4000 транзакцій на секунду. Не те щоб вони робили це щодня, але можуть, коли це потрібно, що є величезним оновленням у порівнянні з звичайною швидкістю. Ця пропускна здатність означає, що ми можемо мати більш складні додатки, такі як DeFi, ігри та ланцюги постачання, які працюють безперебійно на блокчейні.

Одним словом, поки Layer 1 зайнятий великими змінами, такими як збільшення розмірів блоків, Layer 2 використовує хитрі трюки, такі як роллапи та сайдчейни, щоб прискорити процеси, не жертвуючи безпекою. У цій статті ми глибоко зануримось у Layer 2 і побачимо, як це змінить світ блокчейну.

Що таке рішення другого рівня?

Рішення другого рівня схожі на секретний соус, який підносить технологію блокчейн на новий рівень, вирішуючи основні проблеми, з якими традиційні блокчейни першого рівня, такі як Біткойн та Ефір, не завжди можуть впоратися. Звісно, блокчейни першого рівня виконують важку роботу — вони обробляють транзакції та забезпечують безпеку за допомогою методів консенсусу, таких як Proof of Work (PoW) або Proof of Stake (PoS). Але вони часто стикаються з проблемами, коли йдеться про масштабування. Ця проблема є частиною "триєдності блокчейну", яка говорить, що важко досягти масштабованості, безпеки та децентралізації одночасно. Через це мережі першого рівня можуть сповільнюватися, що призводить до довших часів очікування та вищих зборів, особливо коли навантаження зростає. Рішення другого рівня вступають у гру, щоб підтримувати все в роботі, навіть коли мережа під тиском.

Наприклад, Lightning Network є одним із кількох рішень другого рівня для Біткойна, а не єдиним, роблячи транзакції швидшими та дешевшими, виводячи їх з основного блокчейну на деякий час. Уявіть, що ви та ваш друг відкриваєте приватний платіжний канал, який є як цифровий реєстр лише між вами двома. І все ж, хоча транзакції відбуваються поза ланцюгом у Lightning Network, вони все ще підтримуються моделлю безпеки Біткойна першого рівня через контракти з хеш-таймлоком (HTLC), які забезпечують безпечне врегулювання коштів на основному ланцюзі у разі суперечки. Класна частина полягає в тому, що вам потрібно оновити блокчейн лише двічі: один раз, коли ви відкриваєте канал, і один раз, коли закриваєте його. Таким чином, блокчейн не перевантажується кожною окремою транзакцією, що робить весь процес швидшим і дешевшим. Ролапи Ефіру — оптимістичні ролапи та ролапи з нульовими знаннями (ZK) — працюють трохи інакше, але з тією ж метою зменшити навантаження на основний блокчейн. Отже, які рішення для масштабування існують?

Масштабування другого рівня Ефіру

Ролапи

Ролапи — це програмні протоколи, які працюють поверх основного ланцюга, спрощуючи транзакції та зменшуючи затори. Оптимістичні ролапи, такі як Base, Arbitrum, Optimism, Boba Network, об'єднують кілька транзакцій в один пакет і подають цей стиснутий пакет як дані виклику до основного ланцюга Ефіру. Ось де стає цікаво: ці ролапи вважають, що транзакції є дійсними, і подають дані транзакцій до основного ланцюга без виконання обчислень на ланцюзі. Якщо виникає суперечка, транзакції можна перевірити через механізм оскарження, який забезпечує їхню дійсність. Однак, якщо хтось підозрює, що є помилка або шахрайська транзакція, вони можуть ініціювати доказ шахрайства під час вікна оскарження. Якщо доказ успішний, пакет скасовується, і подавач може втратити депозит. Докази шахрайства в оптимістичних ролапах працюють, оскаржуючи потенційно недійсні переходи стану, що потім викликає перевірку на ланцюзі. Ця система зменшує обсяг обчислень, які основний ланцюг повинен виконати, роблячи все швидшим і дешевшим, але вона все ще безпечна завдяки цьому механізму оскарження.

ZK Rollups, з іншого боку, використовують інший підхід. Замість того, щоб вважати, що все в порядку, поки не буде доведено протилежне, ZK Rollups використовують криптографічні докази, зокрема нульові знання стислі неінтерактивні аргументи знань (zk-SNARKs) або zk-STARKs для валідації партії транзакцій поза ланцюгом. Вони генерують те, що називається «стислим доказом» (часто SNARK або STARK) для кожної партії транзакцій." Цей доказ є надзвичайно ефективним способом довести, що всі транзакції в партії є дійсними, не проходячи через кожну з них окремо на основному ланцюзі Ethereum. Основний ланцюг просто перевіряє цей доказ, що дійсно швидко, а потім може впевнено прийняти всю партію транзакцій. Цей метод є надзвичайно безпечним і ефективним, хоча технічно він трохи складніший.

Бічні ланцюги

Ще один вид рішення для масштабування. бічні ланцюги майже як паралельні всесвіти, що функціонують як окремі блокчейни поряд з основним ланцюгом. Binance Smart Chain (тепер відомий як BNB Smart Chain) та Avalanche є блокчейнами рівня 1 з власними моделями консенсусу, а не строго бічними ланцюгами рівня 2 для Ethereum. Polygon функціонує як бічний ланцюг Proof of Stake та агрегатор рішень рівня 2, має власний набір валідаторів і механізмів консенсусу, що означає, що вони можуть обробляти транзакції самостійно, не покладаючись на основний ланцюг для всього. Класна частина полягає в тому, що бічні ланцюги зазвичай покладаються на мости (наприклад, мости Plasma або смарт-контракти) для полегшення передачі активів, які можуть не завжди функціонувати як справжній двосторонній зв'язок, як у мережі Liquid Bitcoin. Це дозволяє вам передавати активи між основним ланцюгом і бічним ланцюгом, що особливо популярно серед користувачів, які хочуть скористатися унікальними функціями різних мереж або нижчими комісіями за транзакції. Бічні ланцюги часто використовують мости, щоб це сталося, дозволяючи плавну комунікацію та передачу активів між двома ланцюгами, навіть якщо їх механізми консенсусу можуть бути абсолютно різними.

Державні канали

Ще один продукт масштабування - це державні канали. Державні канали - це механізми поза ланцюгом, які дозволяють користувачам виконувати кілька транзакцій приватно, не транслюючи кожну транзакцію в блокчейн. Лише відкриті та закриті транзакції записуються в ланцюг, що зменшує затори та прискорює взаємодії. Державні канали - це механізми поза ланцюгом, які дозволяють учасникам безпосередньо взаємодіяти один з одним, не потребуючи записувати кожну взаємодію в основному ланцюгу. Лише фінальний стан фіксується в ланцюгу.

Уявіть, як ви та ваші друзі можете спілкуватися приватно. Замість того, щоб кричати кожне повідомлення на весь світ, ви просто відстежуєте свою розмову і лише повідомляєте всім остаточний результат. Ось як працюють державні канали. Державні канали вимагають початкової налаштування каналу та остаточного врегулювання на ланцюгу, використовуючи мультипідписний гаманець, щоб забезпечити, що транзакції поза ланцюгом узгоджені учасниками. Також зверніть увагу, що державні канали в основному корисні для повторюваних, малих транзакцій (мікроплатежів) і не для складних взаємодій смарт-контрактів. Це надзвичайно ефективно для таких речей, як ігри або маленькі платежі

Плазма

Плазма абсолютно відрізняється тим, що це структура, яка містить сімейство менших блокчейнів, підключених до основного блокчейну. Ці менші блокчейни, які часто називають дочірніми ланцюгами, працюють за своїми власними правилами та валідаторами, але покладаються на періодичні зобов'язання до основного ланцюга для безпеки. Хоча Плазма забезпечує переваги масштабування, вона стикається з такими викликами, як повільна остаточність і потенційні проблеми з доступністю даних. Плазма зазнала зменшення прийняття через свої обмеження в безпеці та остаточності, оскільки користувачі повинні чекати тривалі періоди виходу (часто 7-14 днів), щоб вивести кошти назад до Ethereum. Важливо зазначити, що Плазма була частково перевершена роллапами, які є більш ефективними та безпечними, і однією з найперших і найвідоміших реалізацій Плазми є OMG Network.

Періодично надсилаючи остаточні стани транзакцій назад до Ethereum для валідації, забезпечуючи безпеку та остаточність, Plasma-ланцюги обробляють великий обсяг транзакцій поза ланцюгом, але вони обмежені в підтримці складних смарт-контрактів і зазнали зменшення впровадження через повільний час виведення. Їх основні випадки використання спочатку були спрямовані на додатки, які потребують простих переказів, хоча новіші рішення обійшли Plasma.

Зменшуючи навантаження на основну мережу Ethereum, Plasma знижує комісії та прискорює транзакції. Однак виведення коштів з Plasma-ланцюгів до Ethereum може зайняти до 7 днів, оскільки цей період необхідний для вирішення можливих суперечок або виявлення шахрайства перед тим, як кошти стануть повністю доступними на основному ланцюзі.

Приклади рішень другого рівня

Кілька рішень другого рівня були успішно реалізовані в різних блокчейн-мережах. Ось деякі помітні приклади:

1. Optimism

• Тип: Оптимістичний роллап
• Опис: Optimism - це рішення другого рівня для Ethereum, яке використовує оптимістичні роллапи для збільшення пропускної спроможності транзакцій. Воно припускає, що транзакції є дійсними і виконує обчислювальну перевірку лише у разі виникнення виклику. Optimism зменшує обчислення, необхідні в ланцюзі, за допомогою використання доказів шахрайства, одночасно надсилаючи мінімальні дані транзакцій (стиснуті) до першого рівня, значно знижуючи газові збори та збільшуючи швидкість транзакцій.
• Випадки використання: DApps, DeFi-протоколи та будь-які проекти на базі Ethereum, які потребують масштабованості.

2. Arbitrum

• Тип: Оптимістичний роллап
• Опис: Arbitrum - це ще одне рішення другого рівня, засноване на технології оптимістичного роллапу. Воно покращує масштабованість Ethereum, переміщаючи більшість обробки транзакцій поза ланцюгом, зберігаючи при цьому безпеку основної мережі Ethereum. Arbitrum відомий своєю сумісністю з існуючими смарт-контрактами Ethereum, що полегшує розробникам міграцію своїх додатків.
• Випадки використання: DeFi, ігри та інші додатки з високими транзакціями.

3. Polygon (раніше Matic)

• Опис: Polygon - це багатоланцюгове рішення другого рівня, яке надає структуру для створення взаємопов'язаних блокчейн-мереж. Воно поєднує бокові ланцюги Proof-of-Stake (PoS) та технологію Plasma, щоб запропонувати масштабоване рішення з швидкою обробкою транзакцій та низькими комісіями. Ланцюг PoS Polygon працює паралельно з Ethereum і підтримує широкий спектр децентралізованих додатків.
• Випадки використання: NFT, DeFi, ігри та різні DApps.

4. zkSync

• Тип: Роллап з нульовими знаннями (zk-роллап)
• Опис: zkSync - це рішення другого рівня, яке використовує роллапи з нульовими знаннями, які використовують криптографічні докази для валідації транзакцій. Це дозволяє здійснювати надзвичайно ефективну та безпечну обробку транзакцій поза ланцюгом, при цьому дійсність цих транзакцій підтверджується в ланцюзі через стислі криптографічні докази. zk-роллапи успадковують повну безпеку першого рівня, на відміну від оптимістичних роллапів, які покладаються на механізм виклику для забезпечення безпеки.
• Випадки використання: Платіжні системи, DeFi-додатки та перекази токенів.

5. Loopring

• Тип: Роллап з нульовими знаннями (zk-роллап)
• Опис: Loopring - це протокол децентралізованої біржі (DEX), який використовує роллапи з нульовими знаннями для сприяння високопродуктивній, низьковитратній торгівлі на Ethereum. Об'єднуючи транзакції поза ланцюгом і перевіряючи їх за допомогою доказів zk, Loopring дозволяє користувачам торгувати активами з мінімальними комісіями та швидким виконанням.
• Випадки використання: Децентралізовані біржі, платіжні рішення та DeFi.

6. Immutable X

• Тип: Роллап з нульовими знаннями (zk-роллап)
• Опис: Immutable X - це рішення другого рівня, спеціально розроблене для NFT на Ethereum. Воно використовує zk-роллапи для швидкого та безкоштовного створення, купівлі та продажу NFT. Immutable X прагне до вуглецевої нейтральності через масштабування другого рівня, зменшуючи споживання енергії в порівнянні з транзакціями першого рівня Ethereum, що робить його екологічно чистим варіантом для платформ NFT.
• Випадки використання: Ринки NFT, ігрові платформи та цифрове мистецтво.

7. StarkNet

• Тип: Роллап з нульовими знаннями (zk-роллап)
• Опис: StarkNet - це децентралізований zk-роллап, який дозволяє будь-якому децентралізованому додатку (DApp) досягати безмежної масштабованості без компромісу в композабельності та безпеці Ethereum. Він використовує STARKs (Scalable Transparent ARguments of Knowledge), щоб забезпечити дійсність транзакцій поза ланцюгом, роблячи його надзвичайно безпечним і масштабованим.
• Випадки використання: Складні DApps, DeFi, ігри та інше.

Переваги другого рівня

Продукти другого рівня допомагають блокчейнам вирішувати деякі з їхніх найбільших проблем, особливо масштабування, витрати, швидкість і конфіденційність. Обробляючи транзакції поза основним ланцюгом, перший рівень, вони роблять блокчейн-мережі набагато більш здатними, щоб вони могли обслуговувати більше користувачів і обробляти більше транзакцій без компромісу в безпеці або децентралізації. Це означає нижчі витрати на транзакції, роблячи блокчейн більш доступним для всіх, і швидше, що є критично важливим для реальних додатків, таких як ігри та фінанси. І деякі L2 навіть пропонують кращу конфіденційність, зберігаючи більше деталей транзакцій поза публічним ланцюгом.

Масштабованість

Як дорожній поліцейський, L2 усувають затори і дозволяють таким мережам, як Ethereum і Bitcoin, обробляти набагато більше транзакцій. Без них це як намагатися їхати по шосе під час години пік — повільно і розчаровуюче! Рішення другого рівня розширюють ємність блокчейну, забезпечуючи вищу пропускну здатність і нижчу затримку, що є критично важливим для додатків з високим обсягом транзакцій.

Нижчі витрати

Протоколи другого рівня також роблять транзакції набагато дешевшими, зменшуючи навантаження на основну мережу. Це важливо для завантажених областей, таких як DeFi та ігри, де високі комісії є великою проблемою.

Швидші транзакції

Швидкість є ключовою в блокчейні, і L2 забезпечують майже миттєві підтвердження транзакцій. Обробляючи транзакції поза ланцюгом і лише записуючи остаточний стан на основному ланцюзі, мережі другого рівня уникають затримок, які виникають з підтвердженнями блоків першого рівня.

Більша конфіденційність

Конфіденційність стає все важливішою з кожним днем, і деякі L2, такі як роллапи з нульовими знаннями (ZK), пропонують більше функцій конфіденційності. Обробляючи транзакції поза ланцюгом, ці рішення зберігають більшість деталей транзакцій поза публічним блокчейном, приховуючи особи користувачів та чутливу інформацію.

Другий рівень у майбутньому

Оскільки блокчейн розвивається, потреба в масштабованих, ефективних і зручних для користувача продуктах лише зростатиме. Майбутні розробки зосередяться на безшовній інтеграції з блокчейнами першого рівня, розширюючи випадки використання в різних галузях та взаємодію між різними мережами L2. Це допоможе блокчейну масштабуватися глобально без жертвування безпекою або децентралізацією, роблячи другий рівень ключовим гравцем у майбутньому блокчейну. Перевірте це.

Інтеграція з першим рівнем

Однією з великих цілей для L2 є зробити їх сумісними з блокчейнами першого рівня. Оскільки ці технології розвиваються, зв'язок між основним ланцюгом і його розширеннями L2 повинен стати більш безшовним і зручним для користувача. Уявіть собі, що ви перемикаєтеся між різними шарами без жодних труднощів — це означає, що ваш досвід буде набагато плавнішим, і вам не доведеться мати справу зі складними процесами. Ми можемо побачити нові інструменти та функції, які автоматично переміщують транзакції до L2, коли L1 переповнений, або які полегшують використання цих технологій без необхідності розуміти всі деталі. Це зробить блокчейн-мережі більш стабільними та безпечними, здатними обробляти більше трафіку без уповільнення.

Розширення випадків використання

L2 досить універсальні, і їх використання виходить далеко за межі простого масштабування та економії витрат у DeFi та іграх. У майбутньому ми можемо побачити їх використання в багатьох різних галузях. Наприклад, у управлінні ланцюгами постачання вони можуть допомогти ефективно відстежувати товари через кордони, обробляючи велику кількість даних з легкістю. Навіть не блокчейн-галузі, такі як охорона здоров'я та телекомунікації, можуть почати використовувати рішення L2 для управління чутливою інформацією. Швидкість, економія витрат і масштабованість L2 роблять його відмінним варіантом для будь-якої галузі, яка потребує високопродуктивного децентралізованого управління даними. Оскільки технології розвиваються, ми побачимо, як L2 використовуються новими та інноваційними способами для вирішення проблем галузі.

Висновок

L2 стануть ключем до світу блокчейну, вирішуючи великі проблеми масштабування, витрат і зручності, які стримували масове впровадження децентралізованих мереж. Оскільки ці технології розвиваються, вони покращать роботу блокчейн-платформ, зможуть обслуговувати більше користувачів і транзакцій у глобальному масштабі та залишаться безпечними та децентралізованими. Майбутнє виглядає багатообіцяючим для L2, є багато чого, на що можна чекати. Ми побачимо кращу інтеграцію з блокчейнами першого рівня, нові випадки використання в різних галузях та взаємодію між мережами. Це не лише зробить поточні блокчейн-системи більш ефективними, але й відкриє нові можливості для децентралізованих додатків у різних галузях, формуючи майбутнє блокчейну.