Что означает Layer 1 в блокчейне?

Обзор

Layer 1 — это фундаментальная блокчейн-сеть, например Bitcoin, Ethereum или Solana, а также её ключевая инфраструктура. Такие блокчейны способны самостоятельно валидировать и завершать транзакции, не полагаясь на внешние сети. Однако повышение масштабируемости сетей Layer 1 крайне затруднено, что подтверждают неизменные ограничения Bitcoin. Для решения этих проблем разработчики внедряют протоколы Layer 2, которые используют Layer 1 для обеспечения безопасности и консенсуса. Ярким примером Layer 2-протокола служит Lightning Network для Bitcoin — он позволяет проводить транзакции вне основной цепи с последующей фиксацией итоговых записей в блокчейне.

Введение

Layer 1 и Layer 2 — это базовые понятия, формирующие представление о структуре блокчейнов, проектов и инструментов разработки. Если вы хотите понять взаимосвязь решений для масштабирования или взаимодействие блокчейн-экосистем, знание этих уровней даст важный технический контекст.

Что такое Layer 1?

Layer 1 — это термин для обозначения базового блокчейна. Протоколы вроде Bitcoin, Ethereum и Solana, а также другие ведущие публичные блокчейны, относятся к Layer 1. Их называют Layer 1, потому что они выступают в роли основной сети соответствующей экосистемы. В отличие от них, решения Layer 2 и off-chain строятся поверх этих сетей.

Протокол относится к Layer 1, если обрабатывает и завершает транзакции непосредственно в собственной блокчейн-сети. Layer 1 также выпускают собственные нативные токены, используемые для оплаты комиссий и валидации. Эти сети полностью автономны и не зависят от других блокчейнов для выполнения основных функций.

Масштабирование Layer 1

Одна из самых сложных задач для сетей Layer 1 — эффективная масштабируемость. Крупные блокчейны, такие как Bitcoin, сталкиваются с трудностями при обработке транзакций в периоды повышенного спроса. Протокол консенсуса Proof of Work (PoW) в Bitcoin требует значительных вычислительных ресурсов для поддержания безопасности и децентрализации.

Хотя PoW обеспечивает высокий уровень децентрализации и безопасности, такие сети заметно замедляются при большой нагрузке — возрастает время подтверждения и комиссии. Компромисс между безопасностью, децентрализацией и масштабируемостью, известный как блокчейн-трилемма, остаётся главной проблемой.

Разработчики блокчейнов продолжают искать и обсуждать пути повышения масштабируемости. К основным подходам для Layer 1 относятся:

1. Увеличение размера блока: позволяет обрабатывать больше транзакций в каждом блоке, но может отрицательно сказаться на децентрализации сети.

2. Изменение механизма консенсуса: переход с Proof of Work на Proof of Stake, как это реализовано в Ethereum для повышения энергоэффективности и пропускной способности.

3. Внедрение шардинга: разделение базы данных на сегменты, которые обрабатывают транзакции параллельно.

Обновления Layer 1 сложны, требуют значительных ресурсов и зачастую сопровождаются компромиссами между ключевыми характеристиками сети. Не все пользователи поддерживают предлагаемые изменения, что может приводить к расколам в сообществе или хардфоркам, как показывает история блокчейнов.

SegWit

SegWit (Segregated Witness) в Bitcoin — широко известное обновление масштабируемости Layer 1. Благодаря изменению структуры хранения блоков — выносу цифровых подписей из входов транзакций — увеличилась пропускная способность Bitcoin. Это позволило помещать больше транзакций в блок без ущерба для безопасности. SegWit был внедрён как обратноссовместимый soft fork, поэтому узлы Bitcoin, не установившие обновление, по-прежнему могут обрабатывать транзакции, что сохраняет совместимость сети на этапе перехода.

Что такое шардинг Layer 1?

Шардинг — одно из ключевых решений масштабируемости Layer 1, направленное на повышение пропускной способности. Этот подход делит распределённый реестр блокчейна на несколько шардов, чтобы нагрузка распределялась между узлами и ускорялась обработка транзакций. Каждый шард обрабатывает часть операций, ведёт собственные транзакции, узлы и блоки.

С внедрением шардинга отдельным узлам больше не нужно хранить всю историю блокчейна. Каждый узел отправляет результаты своей работы в основную цепь, фиксируя статус локальных данных, таких как балансы и ключевые показатели. Это существенно снижает вычислительную нагрузку на узлы, а взаимодействие между шардами обеспечивает безопасность всей сети.

Сравнение Layer 1 и Layer 2

Не каждое улучшение возможно эффективно реализовать на уровне Layer 1. Из-за технологических ограничений и необходимости сохранять децентрализацию и безопасность некоторые изменения крайне трудны или невозможны для внедрения прямо в основной блокчейн. Например, переход на Proof of Stake требует масштабной разработки и тщательного тестирования для стабильности сети.

Часть приложений не может полноценно функционировать на Layer 1 из-за ограниченной масштабируемости. Например, разработка блокчейн-игры на некоторых сетях Layer 1 может быть нецелесообразна из-за медленных транзакций и высоких комиссий. Тем не менее, такие проекты могут использовать безопасность и децентрализацию Layer 1. Выгоднее всего строить такие решения поверх Layer 1 с помощью протокола Layer 2.

Lightning Network

Layer 2-протоколы строятся поверх Layer 1 и используют основной блокчейн для финализации транзакций. Яркий пример — Lightning Network для Bitcoin. При перегруженности сети Bitcoin подтверждение транзакций может затягиваться. Lightning Network позволяет пользователям быстро проводить платежи вне основной цепи, а итоговые балансы фиксируются позже. Такой подход группирует множество платежей в одну транзакцию в блокчейне, значительно экономя время и ресурсы при сохранении безопасности через криптографические доказательства.

Примеры блокчейнов Layer 1

Разобравшись с Layer 1, рассмотрим несколько заметных примеров. Существует широкий спектр блокчейнов Layer 1, каждый из которых оптимизирован под определённые задачи и по-своему решает блокчейн-трилемму — децентрализация, безопасность, масштабируемость.

Elrond

Elrond — блокчейн Layer 1, запущенный в 2018 году и использующий шардинг для достижения высокой производительности и масштабируемости. Elrond обрабатывает более 100 000 транзакций в секунду (TPS), что значительно превышает показатели традиционных сетей. Среди ключевых особенностей — консенсус Secure Proof of Stake (SPoS) и Adaptive State Sharding.

Adaptive State Sharding динамически делит и объединяет шарды в зависимости от пользовательской активности. Вся архитектура, включая хранение состояния и обработку транзакций, основана на шардинге. Валидаторы перемещаются между шардами, снижая риск захвата одного шарда злоумышленниками.

Нативный токен EGLD используется для комиссий, развёртывания децентрализованных приложений и вознаграждения валидаторов. Сеть также сертифицирована как Carbon Negative, компенсируя больше выбросов CO2, чем генерируют её операции Proof of Stake.

Harmony

Harmony — Layer 1-сеть с Effective Proof of Stake (EPoS) и нативным шардингом. Mainnet Harmony состоит из четырёх шардов, которые одновременно создают и подтверждают блоки. Каждый шард работает независимо, поэтому высота блоков в сети может отличаться.

Harmony делает ставку на развитие кроссчейн-экосистемы. Trustless-мосты соединяют сеть с ведущими блокчейнами, позволяя пользователям обменивать токены без рисков централизованных мостов. В дорожной карте масштабирования выделены DAO и zero-knowledge proofs.

В условиях роста мульти- и кроссчейн-решений в DeFi мосты Harmony становятся ключевым преимуществом. NFT-инфраструктура, инструменты для DAO и протокольные мосты — основные направления развития.

Нативный токен ONE применяется для оплаты комиссий, стейкинга и управления. Валидаторы и стейкеры, обеспечивающие работу сети, получают блоковые вознаграждения и комиссии.

Celo

Celo — Layer 1-сеть, созданная на базе форка Go Ethereum (Geth) в 2017 году, и внедрившая такие изменения, как Proof of Stake и уникальная адресная система. Экосистема Celo Web3 охватывает DeFi, NFT и платежи, подтверждено более 100 000 000 транзакций. Важно, что Celo позволяет использовать номера телефонов или e-mail как публичные ключи, делая блокчейн доступнее. Для работы не требуется специальное оборудование — достаточно обычных компьютеров.

Токен CELO используется для транзакций, обеспечения безопасности и вознаграждений. Сеть поддерживает стейблкоины cUSD, cEUR и cREAL, чья стоимость поддерживается механизмами, аналогичными DAI от MakerDAO. Любой актив Celo может быть использован для оплаты комиссий по транзакциям со стейблкоинами, обеспечивая гибкость.

Система адресации и стейблкоины Celo делают криптовалюты более доступными для массового рынка. Решая вопросы волатильности и сложности — традиционные барьеры для новых пользователей — Celo объединяет классические финансы и блокчейн.

THORChain

THORChain — Layer 1-кроссчейн-децентрализованная биржа (DEX), построенная на Cosmos SDK. Для валидации транзакций применяется протокол консенсуса Tendermint. Главная задача THORChain — обеспечить децентрализованную кроссчейн-ликвидность без обёрнутых или привязанных активов, которые увеличивают риски и усложняют работу мультичейн-инвесторов.

THORChain выступает децентрализованным менеджером хранилищ, отслеживая депозиты и выводы в разных блокчейнах. Такая модель обеспечивает децентрализованную ликвидность и устраняет риски централизованных посредников. Нативный токен RUNE используется для комиссий, управления, обеспечения безопасности и валидации.

AMM-система THORChain использует RUNE как базовую торговую пару, что позволяет обменивать RUNE на любой поддерживаемый актив. По сути, THORChain работает как кроссчейн DEX, где RUNE выступает расчётным активом и обеспечением для пулов ликвидности.

Kava

Kava — Layer 1-блокчейн, сочетающий скорость и кроссплатформенность Cosmos с экосистемой разработчиков Ethereum. Архитектура Kava построена по принципу co-chain — отдельные блокчейны для EVM и Cosmos SDK. Через межблокчейн-коммуникацию (IBC) на Cosmos co-chain разработчики могут запускать приложения, работающие одновременно в Cosmos и Ethereum.

Kava использует консенсус Tendermint Proof of Stake для высокой масштабируемости EVM co-chain. KavaDAO обеспечивает прозрачные ончейн-стимулы: топ-100 проектов каждого co-chain получают вознаграждения по активности пользователей.

KAVA — нативный токен для управления и утилиты, а USDX — стейблкоин, привязанный к доллару США. KAVA используется для комиссий и стейкинга у валидаторов для обеспечения безопасности сети. Пользователи могут делегировать KAVA валидаторам и получать долю эмиссии. И валидаторы, и стейкеры участвуют в управлении сетью.

IoTeX

IoTeX — Layer 1-блокчейн, стартовавший в 2017 году и ориентированный на интеграцию блокчейна с интернетом вещей (IoT). Такая архитектура даёт пользователям контроль над данными их устройств, создавая основу для «машинных» DApps, активов и сервисов. За счёт защиты личных данных через блокчейн достигается полноценное цифровое владение.

Интегрированная аппаратно-программная модель IoTeX позволяет пользователям управлять конфиденциальностью и данными без потери удобства. Система MachineFi даёт возможность зарабатывать цифровые активы на реальных данных, открывая новую эру владения информацией.

IoTeX запустила устройства Ucam и Pebble Tracker. Ucam — домашняя камера наблюдения с приватным удалённым доступом. Pebble Tracker — GPS-устройство с поддержкой 4G для сбора данных о температуре, влажности, качестве воздуха и отслеживания местоположения в реальном времени.

В архитектуре IoTeX поддерживаются Layer 2-протоколы поверх основной цепи. Платформа предоставляет инструменты для создания собственных сетей с использованием IoTeX для расчётов. Эти подцепи могут взаимодействовать и обмениваться данными через IoTeX, позволяя создавать решения для разных задач IoT. Монета IOTX используется для комиссий, стейкинга, управления и валидации.

Заключение

Сегодня в блокчейн-индустрии существует множество сетей Layer 1 и протоколов Layer 2, каждый из которых создан для конкретных задач и вызовов масштабирования. Чёткость различий между этими уровнями важна для эффективной навигации в сложной экосистеме блокчейна. Оценивая новые проекты — особенно в области интероперабельности и кроссчейн-интеграции — понимание архитектуры Layer 1 и Layer 2 даст необходимую техническую базу для анализа.

FAQ

Что такое Layer 1 в блокчейне и какова его основная функция?

Layer 1 — это основной уровень блокчейна, на котором хранятся данные, подтверждаются транзакции и выполняются смарт-контракты. Его главная задача — обеспечить базовую инфраструктуру блокчейн-сети.

В чём разница между блокчейнами Layer 1 и Layer 2?

Layer 1 — это основная сеть, где все транзакции проходят напрямую, как в Bitcoin или Ethereum. Layer 2 — это вторичные сети, построенные поверх Layer 1 для улучшения масштабируемости и скорости: они обрабатывают транзакции вне основной цепи, снижая нагрузку на базовый уровень сети.

Какие блокчейны Layer 1 наиболее популярны?

К известным Layer 1 относятся Bitcoin, Ethereum и Binance Smart Chain. К ведущим также причисляют Cardano, Solana, Avalanche, Polkadot, Algorand и NEAR Protocol.

Каковы преимущества и недостатки блокчейнов Layer 1?

Layer 1 характеризуется высокой безопасностью и полной децентрализацией, но зачастую страдает от низкой скорости и ограниченной масштабируемости. При перегрузке комиссии резко возрастают. Преимущества: полный контроль. Недостатки: меньшая пропускная способность по сравнению с Layer 2.

Почему блокчейны Layer 1 сталкиваются с проблемами масштабируемости?

Layer 1 сложно масштабировать из-за децентрализации: в периоды пиковых нагрузок возникают заторы и растут комиссии, что ограничивает скорость и объём обработки транзакций.

Как Layer 1 обеспечивает безопасность и децентрализацию?

Layer 1 обеспечивает безопасность благодаря распределённой сети узлов, которые валидируют транзакции и не допускают централизации. Механизмы консенсуса, такие как Proof of Work или Proof of Stake, усиливают безопасность, а децентрализованное управление предотвращает доминирование одной стороны.