Комплексний аналіз Layer 1 та Layer 2 – оновлений гайд

Ключові тези

Зі зростанням впровадження блокчейну масштабованість стає ключовою проблемою. Підвищення швидкості обробки даних дозволяє блокчейнам підтримувати нові застосунки та ефективно справлятися зі зростаючим обсягом транзакцій. Для вирішення цих викликів сформувалися два основних підходи: рішення Layer 1 та Layer 2.

• Layer 1 безпосередньо вдосконалює основний протокол блокчейну, підвищуючи масштабованість, у той час як Layer 2 використовує зовнішні рішення для зниження навантаження на основний ланцюг.
• Ключові стратегії Layer 1 охоплюють зміну механізму консенсусу, регулювання розміру блоку й інтервалу створення блоків, а також впровадження шардингу. Ці методи спрямовані на базове підвищення продуктивності.
• До рішень Layer 2 входять rollup-технології, вкладені блокчейни, state channels і сайдчейни. Ці підходи розподіляють навантаження та підвищують ефективність мережі.
• Трилема блокчейну підкреслює головне обмеження: блокчейни не можуть досягти ідеальної безпеки, децентралізації та масштабованості водночас. Цей виклик є ключовим для архітектури блокчейну.

Масштабування Layer 1

Layer 1 — це основний протокол мережі. Всі транзакції й дані проходять через цей рівень. Рішення для масштабування Layer 1 спрямовані на підвищення масштабованості шляхом безпосереднього вдосконалення базового протоколу.

Layer 1 фокусується на зміні протоколу для збільшення пропускної здатності. Такі оновлення, які часто реалізують через хардфорки або софтфорки, зазвичай потребують широкого схвалення в мережі.

Технології масштабування Layer 1

Регулювання розміру блоку та інтервалу створення блоків

Зміна розміру блоку та часу між блоками — один із найочевидніших способів масштабування Layer 1. Такі зміни збільшують кількість транзакцій, які обробляються щосекунди.

• Збільшення розміру блоку: Розширення місткості блоку дозволяє обробляти більше транзакцій у кожному блоці. Наприклад, Bitcoin Cash збільшив розмір блоку Bitcoin, щоб підвищити пропускну здатність. Водночас надмірне зростання розміру блоку підвищує вимоги до зберігання й пропускної здатності, що може вплинути на децентралізацію.

• Скорочення інтервалу між блоками: Зменшення часу між блоками прискорює підтвердження транзакцій і збільшує пропускну здатність. Однак надто короткі інтервали можуть знижувати безпеку мережі, тому потрібне ретельне налаштування.

Оновлення механізму консенсусу

Механізм консенсусу визначає порядок підтвердження транзакцій і створення нових блоків у блокчейні. Перехід до більш ефективного протоколу консенсусу може значно пришвидшити обробку та підвищити енергоефективність.

• Перехід із Proof of Work на Proof of Stake: PoS надає право створювати блоки користувачам, які розміщують у стеці значні суми нативних токенів. Порівняно з PoW, PoS енергоефективніший і забезпечує швидшу обробку транзакцій. Перехід Ethereum із PoW на PoS — яскравий приклад покращення масштабованості та екологічності.

Шардинг

Шардинг розподіляє стан блокчейну на менші сегменти (“шарди”), кожен з яких обробляє транзакції паралельно. Ця технологія, запозичена із розподілених баз даних, може значно підвищити пропускну здатність мережі.

Завдяки шардингу кожен вузол зберігає та обробляє лише частину блокчейну, що знижує експлуатаційне навантаження і сприяє децентралізації. Впровадження шардингу в Ethereum 2.0 має примножити пропускну здатність у тисячі разів.

Типи блокчейнів Layer 1

Різні Layer 1-блокчейни вирішують питання масштабованості власними підходами, впроваджуючи різні технології та архітектури.

• Ethereum: Провідна платформа смартконтрактів, нещодавно перейшла на Proof of Stake. Оновлення Ethereum 2.0 підвищує масштабованість, безпеку і стійкість.

• Cardano, Solana, Avalanche: Ці Layer 1-мережі спроектовані з урахуванням масштабованості. Кожна використовує власний механізм консенсусу й архітектуру для досягнення високої пропускної здатності та низьких комісій.

• Bitcoin: Оригінальний блокчейн, оптимізований для децентралізації й безпеки, але має обмежену пропускну здатність. Його дизайн зосереджений на стабільності та довірі.

• Sui: Блокчейн нового покоління Layer 1, розроблений для масштабованості, низьких витрат і високої швидкості. Інноваційна модель даних, орієнтована на об’єкти, максимізує паралельну обробку.

Переваги

Layer 1-рішення кардинально покращують продуктивність блокчейну й мають кілька ключових переваг.

• Найвагоміша — масштабованість. Оновлення протоколу безпосередньо підвищує пропускну здатність мережі.

• Оновлення Layer 1 забезпечують децентралізацію та безпеку при високій масштабованості й ефективності. Зміни впроваджуються на всій мережі, гарантують рівні умови безпеки й продуктивності для всіх користувачів.

• Вони сприяють розвитку екосистеми. Покращена інфраструктура надає розробникам основу для складніших і інноваційних застосунків.

Недоліки

Layer 1-рішення мають і певні обмеження.

• Оновлення потребують широкої підтримки мережі, що ускладнює й уповільнює процес впровадження. Хардфорки можуть призводити до розколу спільноти.

• Багато мереж Layer 1 старого покоління мають фундаментальні межі масштабованості, особливо якщо початковий дизайн не був орієнтований на масштабування.

Масштабування Layer 2

Рішення Layer 2 виносять обробку транзакцій за межі основного блокчейну в позаланцюгові архітектури. Це дозволяє суттєво підвищити масштабованість без змін основного ланцюга.

Основний принцип Layer 2: більшість транзакцій обробляється поза основним ланцюгом, а на Layer 1 записуються лише кінцеві результати. Це знижує навантаження на основний ланцюг без втрати безпеки.

Типи проектів Layer 2

Багато проектів Layer 2 використовують різні технології для масштабування.

• zkSync, Starknet: Обидва застосовують ZK-Rollup (rollup на нульових знаннях), використовуючи криптографічні докази для підтвердження транзакцій і забезпечення високої пропускної здатності.

• Lightning Network: Провідне Layer 2-рішення для Bitcoin, що забезпечує миттєві й дешеві транзакції через платіжні канали.

• Optimism & Arbitrum: Лідери серед рішень для масштабування Ethereum, які застосовують optimistic rollup й активно впроваджені в екосистемі Ethereum.

Переваги

Layer 2-рішення мають низку практичних переваг.

• Не впливають на продуктивність чи функціонал базового ланцюга — впроваджуються досить швидко й просто, оскільки основний ланцюг не змінюється.

• Дозволяють швидкі мікротранзакції з мінімальними комісіями, відкриваючи можливості для мікроплатежів.

• Успадковують безпеку основного ланцюга, забезпечуючи вищу пропускну здатність і створюючи баланс між безпекою та масштабованістю.

Недоліки

Layer 2 також має певні обмеження.

• Може обмежувати взаємодію між блокчейнами — переміщення активів між різними Layer 2-рішеннями може бути складним.

• Безпека й конфіденційність не завжди відповідають рівню основного ланцюга; деякі рішення вимагають додаткової довіри.

• Виведення на основний ланцюг може супроводжуватися затримками, особливо у випадку optimistic rollup.

Як Layer 2 вирішує масштабованість

Layer 2 використовує різні технічні підходи, кожен із власними перевагами, недоліками й сценаріями застосування.

Rollup

Rollup об’єднують декілька транзакцій в один доказ, який надсилається на Layer 1. Це забезпечує ефективне використання ресурсів основного ланцюга й високу пропускну здатність.

• ZK Rollup: Використовує докази з нульовим розголошенням для верифікації транзакцій. Це забезпечує миттєве підтвердження й швидке виведення, але процес створення доказів технічно складний.

• Optimistic Rollup: Вважає всі транзакції дійсними, якщо немає оскарження. Підхід простий у впровадженні й добре сумісний з Ethereum, але для виведення коштів потрібен період очікування.

Вкладені блокчейни

Вкладені блокчейни — це блокчейни, що функціонують усередині чи поверх інших блокчейнів. Головний ланцюг забезпечує безпеку й розрахунки, а підланцюги обробляють транзакції, підвищуючи масштабованість і гнучкість.

Автономність підланцюгів робить цю модель зручною для складної логіки й спеціалізованих застосунків.

State channels

State channels забезпечують двосторонню комунікацію між блокчейном і позаланцюговими каналами, підвищуючи пропускну здатність і швидкість. Учасники взаємодіють із основним ланцюгом тільки для відкриття чи закриття каналів; всі інші транзакції відбуваються миттєво поза ланцюгом.

State channels ідеальні для частих повторюваних транзакцій, наприклад, у геймінгу або мікроплатежах.

Сайдчейни

Сайдчейни — це незалежні ланцюги транзакцій, пов’язані з основним блокчейном, які зазвичай обробляють великий обсяг операцій. Вони мають власний механізм консенсусу й обмінюються активами з основним ланцюгом через двосторонній peg.

Сайдчейни можна адаптувати під конкретні задачі, підтримуючи індивідуальні рішення для різних застосунків. Проте їхня безпека окрема від основного ланцюга, тому потрібна додаткова довіра.

Що таке Layer 3?

Layer 3 — це додатковий рівень абстракції над Layer 2, який з’явився з розвитком блокчейн-технологій. Він створює ще більш спеціалізовані й ефективні середовища для застосунків.

Layer 3 використовує масштабованість Layer 2 і додає функції для вузьких сценаріїв, дозволяючи розробникам будувати складніші децентралізовані застосунки.

Завдання Layer 3

Layer 3 розвиває екосистему блокчейну з кількома основними цілями.

• Підвищена взаємодія: Безперешкодно поєднує різні блокчейни, створюючи єдине інтегроване середовище.

• Оптимізація для застосунків: Забезпечує спеціалізовані функції для конкретних децентралізованих застосунків — геймінгу, DeFi, NFT тощо.

• Вища абстракція: Формує користувацький і розробницький досвід, який приховує складність блокчейну — це важливо для масового впровадження.

Що таке трилема блокчейну?

Трилема масштабованості блокчейну стверджує, що блокчейни не можуть одночасно досягти ідеальної безпеки, децентралізації та масштабованості — цю концепцію запропонував співзасновник Ethereum Віталік Бутерін. Це головний виклик у проєктуванні блокчейн-мереж.

Згідно з трилемою, можна оптимізувати лише дві з трьох характеристик одночасно. Наприклад, максимізація безпеки й децентралізації зменшує масштабованість, а пріоритет масштабованості та безпеки послаблює децентралізацію.

Як вирішують трилему

Різні проєкти обирають власні стратегії вирішення трилеми.

• Ethereum: Балансує всі три аспекти через rollup-рішення Layer 2 і шардинг. Оновлення Ethereum 2.0 — це комплексна стратегія подолання трилеми.

• Bitcoin: Максимізує безпеку й децентралізацію, жертвуючи масштабованістю, і робить акцент на безпеці і відсутності необхідності в довірі.

• Solana: Орієнтується на масштабованість і продуктивність, але рівень децентралізації нижчий через високі вимоги до обладнання для вузлів.

Layer 1 vs Layer 2: основні відмінності

Layer 1 і Layer 2 — це принципово різні підходи до масштабування блокчейнів. Їхні відмінності мають вирішальне значення.

1. Визначення

Layer 1: Безпосередньо вдосконалює основний протокол блокчейну, змінюючи базові правила та структуру мережі.

Layer 2: Виносить транзакційне навантаження основного протоколу на додаткові позаланцюгові рішення, додаючи новий рівень без змін основного ланцюга.

2. Як працюють

Layer 1: Масштабується шляхом модифікації базового протоколу — зміна консенсусу, розміру блоку, шардинг тощо.

Layer 2: Працює автономно від основного ланцюга, обробляючи більшість транзакцій поза мережею й фіксуючи лише фінальні результати на Layer 1.

3. Типи рішень

Layer 1: Оновлення на рівні мережі, як-от вдосконалення протоколу консенсусу й шардинг, впливають на весь блокчейн.

Layer 2: Включає rollup, state channels, сайдчейни тощо — ці рішення підходять для різних завдань.

4. Якість

Layer 1: Відповідає за фінальність і безпеку транзакцій. Усі операції остаточно підтверджуються саме на Layer 1.

Layer 2: Додає додаткові можливості — швидше виконання, нижчі комісії — водночас забезпечуючи гарантії безпеки Layer 1.

Майбутнє масштабованості

Обмеження масштабованості гальмували масове впровадження криптоактивів. Однак постійний розвиток рішень Layer 1 та Layer 2 поступово долає ці бар’єри.

У майбутньому блокчейн-екосистема складатиметься з еволюційних ланцюгів, що поєднують стабільну основу Layer 1 із різноманітними Layer 2-рішеннями, кожне з яких оптимізовано під конкретні завдання.

Нові шари, зокрема Layer 3, дозволять блокчейнам підтримувати ще складніші застосунки. Така багаторівнева архітектура сприятиме кращому балансу між безпекою, децентралізацією й масштабованістю.

Подальший розвиток кросчейн-технологій та протоколів взаємодії зробить екосистему ще потужнішою. Коли різні блокчейни будуть безперешкодно взаємодіяти, ефективність і користь для всієї галузі суттєво зростуть.

Поширені запитання

Що таке Layer 1 і Layer 2? Яка різниця?

Layer 1 — це базовий рівень блокчейну для фінального завершення транзакцій. Layer 2 — це рішення для масштабування, побудоване над Layer 1, що збільшує пропускну здатність. Основна відмінність: Layer 2 підвищує ефективність Layer 1.

Які переваги й недоліки Layer 2 у порівнянні з Layer 1?

Layer 2 забезпечує швидші транзакції та нижчі комісії, однак спирається на Layer 1 для безпеки. Layer 1 гарантує високу безпеку й децентралізацію, але працює повільніше.

Які основні Layer 2-рішення? (наприклад, Rollup, Plasma, Сайдчейн тощо)

Основні Layer 2-рішення включають Rollup (ZK Rollup і Optimistic Rollup), Plasma й сайдчейни. Rollup наразі найпопулярніші завдяки масштабованості й безпеці. ZK Rollup забезпечують швидке підтвердження, а Optimistic Rollup сумісні з EVM і підтримують складні смартконтракти.

Чи знижує Layer 2 рівень безпеки? Які ризики?

Layer 2 успадковує безпеку Layer 1, але має ризики: вразливості смартконтрактів, централізацію секвенсерів і затримки фіналізації. Надійні рішення, як-от Arbitrum і Optimism, забезпечують високий рівень захисту.

Чи справді комісії Layer 2 значно нижчі, ніж у Layer 1?

Так, комісії Layer 2 часто у багато разів нижчі. Проте більша частина доходу Layer 2 спрямовується на фіналізацію в Layer 1, тому реальна економія може бути меншою, ніж очікується.

Як порівнюються Optimistic Rollup і ZK-Rollup?

Optimistic Rollup дешевший і простіший у розробці, але потребує тижневого очікування для виведення. ZK-Rollup працює швидше й безпечніше, але вимагає значних обчислювальних потужностей. Довгостроково ZK-Rollup має більший потенціал.

Як розвиватимуться Layer 1 і Layer 2? Який рівень буде провідним?

Layer 1 і Layer 2 співіснуватимуть. Layer 1 залишиться основою завдяки зрілій екосистемі й безпеці, а Layer 2 стане головним варіантом масштабування із більшою пропускною здатністю й нижчими комісіями. Майбутнє — за модульними блокчейнами.