Web3 и Blockchain: Что такое Layer-1 и Layer-2 решения для масштабирования?

Web3 и блокчейн — технологии, покорившие мир благодаря важным возможностям, а одна из ключевых характеристик — децентрализация: способность системы или процесса управляться распределённой сетью, без необходимости в централизованном органе.

По мере развития блокчейна растёт и его внедрение, что порождает множество протоколов и проектов. Однако есть важное препятствие, которое блокчейну нужно преодолеть для массового внедрения, и здесь на помощь приходят решения для масштабирования. 

В этой статье рассматриваются два основных подхода к масштабированию блокчейна: решения уровня 1 и уровня 2. Что означают решения для масштабирования блокчейна, что они делают и как способствуют цели сделать Web3 безопаснее и удобнее? Давайте разберёмся!

Что такое масштабируемость блокчейна?

Представьте оживлённое шоссе, где машины мчатся с предельной разрешённой скоростью, но все водители замедляются и останавливаются у светофоров. Это показывает, что машины быстро едут по шоссе, но замедляются при приближении к светофорам, — так работает и блокчейн! 

Но нет, блокчейн не имеет дела с автомобилями, он переносит информацию (транзакции). Блокчейн-транзакции быстры, безопасны и прозрачны, но когда в сети слишком большой трафик, всё резко замедляется, и здесь на сцену выходит масштабируемость.

Масштабируемость блокчейна — это способность сети эффективно обрабатывать растущее число транзакций. По сути, она отвечает на вопрос, насколько хорошо блокчейн сохраняет быструю обработку транзакций и низкие комиссии по мере роста числа пользователей и объёма транзакций.

Почему масштабируемость важна?

Ограниченная масштабируемость создаёт серьёзную проблему для внедрения блокчейна. Вот почему:

Медленные транзакции

Когда блокчейн достигает пределов своей ёмкости, время подтверждения транзакций может становиться мучительно долгим. Это может раздражать пользователей и мешать реальным приложениям.

Высокие комиссии

При росте перегруженности комиссии за транзакции могут резко вырасти. Это может отбить у пользователей желание участвовать в сети.

Ограниченная применимость

Блокчейны с плохой масштабируемостью с трудом поддерживают сложные приложения, требующие большого объёма транзакций. К счастью, разработчики постоянно внедряют инновации, чтобы решить проблемы масштабируемости. Поэтому есть два основных подхода: решения уровня 1 и уровня 2.

Что такое решения для масштабирования уровня 1 и уровня 2?

Чтобы решить эти проблемы масштабируемости, разработаны различные решения для масштабирования, которые делятся главным образом на решения уровня 1 и уровня 2. Эти решения призваны разными способами повысить производительность и масштабируемость блокчейн-сетей.

Решение для масштабирования уровня 1

Чтобы повысить масштабируемость и скорость блокчейна, решения для масштабирования уровня 1 требуют существенных изменений исходного протокола. Это включает изменения архитектуры блокчейна и механизмов консенсуса.

Эти изменения напрямую встраиваются в базовый уровень блокчейна, чтобы обрабатывать больше транзакций в секунду (TPS) и повышать общую эффективность. Оптимизируя базовый уровень, решения уровня 1 стремятся увеличить пропускную способность блокчейна без опоры на внешние системы или уровни.

Решение для масштабирования уровня 2

Решения для масштабирования уровня 2 работают поверх существующего блокчейна, создавая дополнительный уровень для обработки транзакций. Эти решения призваны повысить масштабируемость блокчейна, разгружая основную цепочку от транзакций, тем самым снижая перегруженность и повышая скорость. 

Решения уровня 2 обрабатывают транзакции вне основного блокчейна и периодически фиксируют их в нём, сохраняя безопасность и децентрализацию. Такой подход позволяет увеличить пропускную способность транзакций и снизить комиссии без изменения базового протокола блокчейна.

Как работают решения для масштабирования уровня 1?

Решения для масштабирования уровня 1 предполагают фундаментальные изменения базового протокола блокчейна, чтобы повысить его масштабируемость и производительность. Эти решения призваны увеличить пропускную способность блокчейна за счёт улучшения его основных функций и операций. 

Основной упор делается на оптимизацию архитектуры блокчейна и механизмов консенсуса, чтобы обрабатывать больше транзакций в секунду (TPS) и повышать общую эффективность.

Примеры решений для масштабирования уровня 1

Увеличенный размер блока

Этот простой подход увеличивает объём данных, который может вместить каждый блок, позволяя обрабатывать больше транзакций на блок. Например, у Bitcoin лимит размера блока составляет 1 МБ, а Bitcoin Cash увеличил его до 32 МБ. Однако чрезмерное увеличение размера блока может привести к централизации, поскольку для проверки блоков нужны более мощные компьютеры.

Proof-of-Stake (PoS)

Переход от Proof-of-Work (PoW), механизма консенсуса, используемого Bitcoin, к Proof-of-Stake может повысить масштабируемость. В PoW майнеры соревнуются в решении сложных задач, чтобы проверять транзакции и получать вознаграждения. PoS, напротив, проверяет транзакции на основе количества монет, которыми владеет пользователь (его доли). Это устраняет интенсивные вычислительные мощности, необходимые в PoW, что ускоряет обработку транзакций.

Шардинг

Этот метод разбивает блокчейн на несколько шардов, каждый из которых обрабатывает транзакции независимо. Это значительно увеличивает пропускную способность, так как несколько шардов могут проверять транзакции одновременно. Однако шардинг может усложнить систему и создать потенциальные риски безопасности, так как требует связи и координации между шардами.

Преимущества и ограничения решений для масштабирования уровня 1

Преимущества решений для масштабирования уровня 1:

Увеличенная пропускная способность транзакций

Решения уровня 1 могут значительно увеличить число транзакций, обрабатываемых блокчейном в секунду, делая сеть эффективнее и способной выдерживать более высокие нагрузки.

Повышенная безопасность и децентрализация

Улучшая базовый протокол, решения уровня 1 часто сохраняют или усиливают присущие блокчейну свойства безопасности и децентрализации, обеспечивая надёжную работу без необходимости доверия.

Долгосрочная устойчивость

Фундаментальные улучшения архитектуры блокчейна могут давать долговременные выгоды, закладывая прочную основу для будущего повышения масштабируемости и производительности без необходимости в постоянных решениях вне блокчейна.

Меньшая перегруженность и более низкие комиссии

При более эффективной обработке транзакций сеть меньше перегружена, что приводит к более низким комиссиям и более быстрому подтверждению для пользователей.

Ограничения решений для масштабирования уровня 1

Сложная реализация

Внедрение изменений уровня 1 может быть технически сложным и требовать значительных времени и ресурсов. Такие изменения часто требуют консенсуса сообщества и разработчиков, которого бывает непросто достичь.

Риск хардфорков

Крупные изменения протокола блокчейна могут привести к хардфоркам, когда блокчейн раскалывается на две отдельные сети. Это может вызывать путаницу, риски безопасности и фрагментацию сообщества.

Компромиссы масштабируемости

Некоторые решения уровня 1 могут предполагать компромиссы, например жертвуя определённой степенью децентрализации или безопасности ради большей масштабируемости. Баланс между этими компромиссами — важная задача.

Ограниченное немедленное влияние

Хотя решения уровня 1 дают долгосрочные выгоды, их немедленное влияние может быть ограниченным по сравнению с решениями уровня 2, которые часто обеспечивают более быстрое улучшение масштабируемости, работая поверх существующего блокчейна.

Как работают решения для масштабирования уровня 2?

Решения для масштабирования уровня 2 работают поверх существующего блокчейна, создавая дополнительный уровень, который обрабатывает транзакции эффективнее. Эти решения призваны снизить нагрузку на основной блокчейн, разгружая его от транзакций и обрабатывая их вне блокчейна или во вторичных сетях. 

Результаты этих транзакций затем периодически фиксируются в основном блокчейне, обеспечивая безопасность и целостность всей системы. Благодаря этому решения уровня 2 могут значительно повысить масштабируемость и скорость блокчейн-сетей без фундаментальных изменений базового протокола.

Примеры решений для масштабирования уровня 2

Каналы состояния

Они позволяют проводить несколько транзакций между сторонами вне основного блокчейна. Когда транзакции завершены, итоговое состояние записывается в основном блокчейне, что сводит к минимуму объём on-chain транзакций.

Сайдчейны

Это отдельные блокчейны, которые работают параллельно с основной цепочкой и связаны с ней. Транзакции можно обрабатывать в сайдчейне, а затем периодически фиксировать в основной цепочке, снижая её нагрузку.

Роллапы

Они объединяют несколько транзакций в одну, которая затем публикуется в основной цепочке. Optimistic Rollups и Zero-Knowledge (ZK) Rollups — два основных типа rollups. Оба обрабатывают транзакции вне основного блокчейна, а затем отправляют в него сводку. Этот метод призван эффективно увеличить пропускную способность транзакций.

Преимущества и ограничения решений для масштабирования уровня 2

Преимущества решений для масштабирования уровня 2:

Улучшенная масштабируемость

Обрабатывая транзакции вне основного блокчейна или на дополнительных уровнях, решения уровня 2 значительно увеличивают пропускную способность транзакций и снижают нагрузку на основной блокчейн.

Более низкие комиссии за транзакции

Разгружая основную цепочку от транзакций, решения уровня 2 помогают снизить перегруженность сети, что ведёт к более низким комиссиям для пользователей.

Более высокая скорость транзакций

Транзакции, обработанные решениями уровня 2, подтверждаются намного быстрее, чем в основной цепочке, что улучшает пользовательский опыт.

Сохранение безопасности основной цепочки

Поскольку решения уровня 2 в итоге фиксируют результаты в основном блокчейне, они наследуют преимущества безопасности и децентрализации базового протокола уровня 1.

Ограничения решений уровня 2 

Сложность

Внедрение и управление решениями уровня 2 может быть технически сложным и требовать продвинутой инфраструктуры и протоколов, чтобы обеспечить плавную интеграцию с основной цепочкой.

Допущения о доверии

Некоторые решения уровня 2 могут вводить дополнительные допущения о доверии, потенциально нарушая принцип отсутствия доверия в блокчейн-транзакциях.

Зависимость от основной цепочки

Разгружая транзакции, решения уровня 2 всё же полагаются на основную цепочку для окончательных расчётов, а значит, не могут полностью устранить узкие места основной цепочки.

Принятие пользователями

Чтобы решения уровня 2 были эффективными, необходимы широкое принятие пользователями и поддержка более широкой экосистемы (например, кошельков и бирж).

Сравнение решений для масштабирования уровня 1 и уровня 2

Вот прямое сравнение решений для масштабирования уровня 1 и уровня 2:

Подход

Решения уровня 1 изменяют базовый уровень блокчейна. Решения уровня 2, напротив, работают поверх существующего блокчейна.

Реализация

Решения уровня 1 предполагают прямые изменения протокола и архитектуры блокчейна, тогда как решения уровня 2 создают вторичные уровни или сети для обработки транзакций.

масштабируемость

Решения уровня 1 повышают масштабируемость, увеличивая собственную ёмкость блокчейна. Решения уровня 2, напротив, разгружают основную цепочку от транзакций, значительно улучшая пропускную способность.

Безопасность и децентрализация

Решения уровня 1 обычно сохраняют или усиливают эти свойства, но могут предполагать компромиссы. Решения уровня 2 тем временем полагаются на основную цепочку для окончательных расчётов, сохраняя безопасность, но могут вводить дополнительные допущения о доверии.

Сложность и риск

Решения уровня 1 влекут высокую сложность и риск, включая возможные хардфорки и трудности с консенсусом. Решения уровня 2, напротив, технически сложны, но не меняют базовый протокол. Их успех зависит от принятия пользователями и поддержки экосистемы.

Заключение

В стремлении сделать технологию блокчейн масштабируемой и эффективной важную роль играют и решения уровня 1, и решения уровня 2. Решения уровня 1 предполагают фундаментальные изменения базового протокола блокчейна, напрямую повышая его ёмкость и производительность. 

Решения уровня 2 тем временем работают поверх существующего блокчейна, перенося транзакции на вторичные уровни, чтобы снизить перегруженность и повысить скорость. 

У каждого подхода есть свои преимущества и ограничения, а их совместное использование необходимо для создания надёжных, масштабируемых блокчейн-сетей, способных справляться с растущим спросом и обеспечивать удобный пользовательский опыт.

Zypto: повышаем масштабируемость блокчейна с помощью решений уровня 1 и уровня 2

Zypto стремится преобразить технологию блокчейн с помощью продвинутых решений для масштабирования. Мы верим в потенциал блокчейна для повседневного использования, и наши инновационные инструменты делают это реальностью. Zypto стремится повышать масштабируемость и эффективность приложений Web3.

Готовы испытать будущее блокчейна? Загляните на наш сайт, чтобы узнать, как Zypto использует решения и уровня 1, и уровня 2 для оптимизации ваших блокчейн-операций.