Layer-1 против Layer-2: В чём разница?

Решения масштабирования Layer-1

Масштабирование Layer-1 предполагает непосредственное улучшение базового протокола блокчейна для повышения производительности и пропускной способности. Это может включать модификацию механизмов консенсуса, корректировку размеров блоков или внедрение новых функций, таких как шардинг. Ключевые примеры блокчейнов Layer-1 включают:

• Cardano, Solana, Avalanche: Конкурируют как масштабируемые сети Layer-1 с нативными улучшениями архитектуры.
• Bitcoin: Оптимизирован для децентрализации и безопасности, но имеет ограниченную пропускную способность.
• Ethereum: Перешёл с механизма Proof-of-Work на Proof-of-Stake для улучшения масштабируемости и энергоэффективности.

Эти блокчейны представляют различные подходы к решению проблемы масштабирования на уровне базового протокола, каждый со своими компромиссами между децентрализацией, безопасностью и производительностью.

Техники масштабирования Layer-1

Существует несколько основных методов масштабирования на уровне базового протокола:

• Корректировка размера блока и времени блока: Увеличение размера блоков и сокращение интервалов между блоками позволяет обрабатывать больше транзакций в секунду. Однако это может негативно повлиять на децентрализацию сети, так как требует более мощного оборудования для запуска узлов.

• Обновление механизма консенсуса: Переход с Proof-of-Work на Proof-of-Stake снижает энергопотребление и обеспечивает более быструю финализацию транзакций. Это один из наиболее эффективных способов повышения масштабируемости без ущерба для безопасности.

• Шардинг: Разделяет состояние сети на меньшие части ("шарды"), которые обрабатываются параллельно. Эта технология используется в Ethereum 2.0, Zilliqa и Polkadot, позволяя значительно увеличить пропускную способность сети.

Преимущества

• Масштабируемость является наиболее очевидным преимуществом решений Layer-1. Блокчейны могут обрабатывать значительно больше транзакций без привлечения внешних протоколов.

• Протокол Layer-1 обеспечивает децентрализацию и безопасность при высокой масштабируемости и экономической жизнеспособности, что критически важно для долгосрочной устойчивости сети.

• Layer-1 стимулирует развитие экосистемы через новые инструменты и технологические достижения, создавая основу для инноваций.

Недостатки

• Требуются хардфорки или обновления протокола, что может привести к разделению сообщества и созданию конкурирующих версий блокчейна.

• Медленное внедрение из-за сложности управления и необходимости координации между всеми участниками сети.

Решение ограничений Layer-1

Даже с обновлениями блокчейны Layer-1 сталкиваются с потолками масштабируемости. Два наиболее значимых решения:

• Proof-of-Stake: Заменяет майнеров валидаторами, которые ставят токены в залог. Используется в Ethereum, Cardano и Tezos. Этот механизм значительно снижает энергопотребление и позволяет достичь более высокой скорости обработки транзакций.

• Шардинг: Разбивает блокчейн на параллельно обрабатываемые шарды. Ethereum 2.0 и Polkadot используют шардированные архитектуры для повышения пропускной способности. Каждый шард обрабатывает свою часть транзакций, что позволяет сети масштабироваться линейно с увеличением количества шардов.

Улучшения протокола консенсуса

Proof-of-Work безопасен, но может быть медленным и энергозатратным. Proof-of-Stake стал механизмом консенсуса выбора для большинства новых блокчейн-сетей. Системы PoS не требуют от майнеров решения криптографических алгоритмов с использованием большого объёма вычислительной мощности. Вместо этого участники сети используют PoS для обработки и проверки блоков транзакций.

Этот подход не только снижает энергопотребление на 99% по сравнению с PoW, но и делает атаки на сеть экономически нецелесообразными, так как злоумышленнику потребуется контролировать значительную долю застейканных токенов.

Шардинг

Шардинг — это процесс разделения состояния всей блокчейн-сети на отдельные наборы данных, называемые "шардами". Сеть обрабатывает эти шарды параллельно, что позволяет последовательно обрабатывать множество транзакций одновременно.

Каждый узел сети назначается конкретному шарду, а не поддерживает полную копию блокчейна. Это значительно снижает требования к оборудованию для запуска узлов и позволяет сети масштабироваться горизонтально. Ethereum 2.0 является выдающимся примером блокчейн-протокола, который активно исследует и внедряет технологию шардинга.

Решения масштабирования Layer-2

Layer-2 относится к технологиям, построенным поверх блокчейнов Layer-1 для улучшения масштабируемости без изменения базового протокола. Они обрабатывают транзакции вне основной цепи и отправляют окончательные результаты обратно на базовый уровень, снижая нагрузку на основную сеть.

Ключевые примеры протоколов Layer-2 включают:

• zkSync, Starknet: Используют zk-rollups для пакетной обработки тысяч транзакций с криптографическими доказательствами, обеспечивая высокую безопасность и конфиденциальность.

• Lightning Network: Обеспечивает практически мгновенные микроплатежи через платёжные каналы, идеально подходящие для повседневных транзакций.

• Optimism и Arbitrum: Используют оптимистичные rollups для масштабирования Ethereum без ущерба для безопасности, предлагая более низкие комиссии и более высокую пропускную способность.

Преимущества

• Решения Layer-2 не ухудшают производительность или функциональность базового блокчейна, позволяя основной сети сосредоточиться на безопасности и децентрализации.

• Решения Layer-2, такие как государственные каналы и Lightning Network, ускоряют выполнение множества микротранзакций, делая блокчейн пригодным для повседневного использования.

Недостатки

• Ограниченная взаимосвязанность: Layer-2 может усугубить проблему ограниченной взаимосвязанности между различными блокчейнами, ограничивая пользователей конкретными протоколами.

• Вопросы конфиденциальности и безопасности: Различные уровни безопасности и конфиденциальности в зависимости от решения, ни одно из которых не обеспечивает тот же уровень безопасности, что и основные цепи.

Типы решений Layer-2

Rollups

Rollups объединяют транзакции в пакеты и отправляют их в виде единого доказательства на Layer-1. Наиболее популярными конструкциями rollup являются Zero-Knowledge и оптимистичные rollups.

Zk-rollup — это решение масштабирования Layer-2, которое пакетно обрабатывает транзакции вне цепи и использует доказательства с нулевым разглашением для проверки их действительности в цепи, обеспечивая высокую безопасность и быструю финализацию при минимальном объёме данных, публикуемых на базовом уровне. Эта технология особенно эффективна для приложений, требующих высокой конфиденциальности и безопасности.

Оптимистичный rollup предполагает, что транзакции действительны по умолчанию, и проверяет их только в том случае, если кто-то отправляет доказательство мошенничества в течение периода оспаривания. Этот подход проще в реализации и более совместим с существующими смарт-контрактами Ethereum.

Вложенные блокчейны

Вложенный блокчейн — это блокчейн внутри или, скорее, поверх другого блокчейна. Вложенный блокчейн состоит из первичного блокчейна, который устанавливает параметры для более обширной сети, при этом выполнение происходит в рамках взаимосвязанной сети вторичных цепей.

Эта модель распределения работы снижает нагрузку на обработку основной цепи, позволяя создавать сложные многоуровневые архитектуры. Примером может служить архитектура, где основная цепь отвечает за безопасность и финализацию, а дочерние цепи — за выполнение смарт-контрактов и обработку транзакций.

Государственные каналы

Государственный канал обеспечивает двунаправленную связь между блокчейном и внецепочечными транзакционными каналами, повышая пропускную способность и скорость транзакций. Когда транзакции завершаются в государственном канале, конечное "состояние" канала и его изменения записываются в базовый блокчейн.

Эта технология идеально подходит для приложений, требующих множества взаимодействий между ограниченным числом участников, таких как игры или платёжные системы. Только открытие и закрытие канала требуют транзакций в основной цепи, все промежуточные операции выполняются мгновенно и без комиссий.

Сайдчейны

Сайдчейн — это транзакционная цепь, смежная с блокчейном, обычно используемая для массовых транзакций. Сайдчейны используют механизм консенсуса, независимый от основной цепи, и пользователи могут оптимизировать их для скорости и масштабируемости.

Транзакции сайдчейна публично записываются в блокчейн, но обрабатываются отдельно, что позволяет экспериментировать с новыми функциями без риска для основной сети. Сайдчейны могут иметь собственные токены и правила консенсуса, обеспечивая максимальную гибкость для разработчиков.

Что такое трилемма блокчейна?

Трилемма масштабируемости относится к способности блокчейна сбалансировать три органических свойства: безопасность, децентрализацию и масштабируемость. Трилемма утверждает, что блокчейн может обладать только двумя из трёх свойств, никогда всеми тремя одновременно.

Многие современные блокчейны жертвуют одним из этих свойств:

• Ethereum стремится сбалансировать все три через rollups Layer-2 и шардированный PoS, представляя наиболее комплексный подход к решению трилеммы.

• Bitcoin максимизирует безопасность и децентрализацию за счёт масштабируемости, оставаясь самой безопасной и децентрализованной сетью.

• Solana отдаёт приоритет масштабируемости и производительности, но снижает децентрализацию, требуя мощного оборудования для запуска узлов.

Понимание этой трилеммы критически важно для оценки различных блокчейн-проектов и их подходов к масштабированию.

Layer-1 против Layer-2: основные различия

1. Определение

Решения масштабирования Layer-1 изменяют базовый уровень протокола блокчейна для достижения желаемых улучшений. Это фундаментальные изменения в том, как работает сам блокчейн.

Решения масштабирования Layer-2 функционируют как внецепочечные решения, которые разделяют нагрузку основного протокола блокчейна, не изменяя его базовую архитектуру.

2. Метод работы

Layer-1 фокусируется на модификации основного протокола, требуя консенсуса всей сети для внедрения изменений. Layer-2 работает независимо от основного протокола блокчейна и сообщает только окончательные результаты, необходимые базовому протоколу, что позволяет быстрее внедрять инновации.

3. Типы решений

Layer-1 включает улучшение протокола консенсуса и шардинг, которые требуют глубоких изменений в архитектуре блокчейна. Layer-2 практически не имеет ограничений на решения, которые могут быть реализованы, от платёжных каналов до сложных rollup-конструкций.

4. Качество

Сети Layer-1 служат окончательным источником истины и в конечном итоге отвечают за урегулирование транзакций, обеспечивая максимальную безопасность и децентрализацию.

Сети Layer-2 предоставляют ту же функциональность, что и блокчейны Layer-1, плюс дополнительные характеристики, такие как повышенная пропускная способность и более низкие транзакционные издержки, делая блокчейн более доступным для массового использования.

Будущее масштабирования

Решения Layer-1 и Layer-2 играют важные роли в масштабировании блокчейн-сетей. Layer-1 фокусируется на фундаментальной целостности и изменениях на уровне протокола, обеспечивая прочную основу для всей экосистемы.

Layer-2 предоставляет практические улучшения масштабируемости без нагрузки на базовую цепь, позволяя блокчейнам обслуживать миллионы пользователей без ущерба для безопасности.

В перспективе наиболее успешные блокчейн-экосистемы будут использовать комбинацию обоих подходов: надёжный и безопасный Layer-1 в сочетании с разнообразными решениями Layer-2 для различных вариантов использования. Это позволит достичь необходимого баланса между децентрализацией, безопасностью и масштабируемостью, делая технологию блокчейн пригодной для глобального масштаба.

FAQ

Что такое Layer-1 и Layer-2？ В чём их основное различие？

Layer-1（一层）是主区块链网络，负责安全和去中心化。Layer-2（二层）是扩容方案，在主链外处理交易，提高速度和降低成本。主要区别是Layer-1保证安全性，Layer-2提供速度和低费用。

В чём разница между Layer-1 и Layer-2 в отношении скорости транзакций и комиссий？

Layer-1 обрабатывает транзакции медленнее и с более высокими комиссиями。Layer-2 решения（Lightning Network、Rollups）предлагают быстрые транзакции и низкие сборы、работая поверх Layer-1 для повышения масштабируемости。

Какие преимущества и недостатки у решений Layer-2 (Polygon, Arbitrum, Optimism) по сравнению с Layer-1?

Layer-2 обеспечивают более быстрые транзакции и значительно ниже комиссии, чем Layer-1. Однако они зависят от безопасности Layer-1 и имеют более длительные периоды вывода средств из-за периодов вызова.

Безопасность Layer-2 ниже, чем Layer-1? Как обеспечить безопасность?

Layer-2 имеет меньшую степень децентрализации, но безопасность обеспечивается криптографическими доказательствами (fraud proofs и validity proofs), которые наследуют безопасность Layer-1. По мере развития децентрализации и внедрения отказоустойчивых механизмов, безопасность Layer-2 приближается к Layer-1.

Выбирайте Layer 1 для безопасности и финальности; Layer 2 для масштабируемости и низких комиссий. Оптимальный выбор зависит от ваших конкретных потребностей и объёма торговых операций.

Выбирайте Layer 1 для безопасности и финальности; Layer 2 для масштабируемости и низких комиссий. Оптимальный выбор зависит от ваших конкретных потребностей и объёма торговых операций.

Как будут развиваться Layer-1 и Layer-2 в будущем? Смогут ли они сосуществовать?

Layer-1 и Layer-2 будут сосуществовать и дополнять друг друга. Layer-1 сохранит роль безопасного фундамента, а Layer-2 решения будут расширять масштабируемость и снижать комиссии. Их взаимодополняемость обеспечит устойчивый рост экосистемы блокчейна.