Масштабирование Блокчейна: Понимание Уровня 1 и Уровня 2 Сетевых Решений

Проблема масштабируемости

С ускорением принятия криптовалюты сети блокчейна сталкиваются с неудобной реальностью: чем популярнее они становятся, тем медленнее и дороже становятся транзакции. Эта проблема возникает из того, что разработчики называют трилеммой блокчейна — борьбой за одновременное достижение трех целей: децентрализации, безопасности и масштабируемости. Большинство сетей справляются с двумя из этих целей, но жертвуют третьей. Биткойн и Эфириум придают приоритет безопасности и децентрализации, оставляя масштабируемость своей слабой стороной.

Чтобы преодолеть это ограничение, инженеры разработали два принципиально разных подхода: модификацию самого базового уровня или создание дополнительных сетей поверх него. Понимание различия между архитектурами сетей первого и второго уровней имеет решающее значение для всех, кто ориентируется в современной инфраструктуре блокчейна.

Уровень 1: Укрепление фундамента

Уровень 1 относится к основной блокчейн-сети — источнику истины, где происходит окончательное урегулирование транзакций. Биткойн, Эфириум, Солана и BNB Chain — все это сети уровня 1. Масштабирование на этом уровне означает изменение того, как блокчейн функционирует в своей основе.

Улучшения механизмов консенсуса представляют собой одно из основных улучшений Layer 1. Переход Ethereum от Proof of Work к Proof of Stake является примером этого подхода. Путем перехода от энергоемкого майнинга к стекингу — где валидаторы блокируют монеты, чтобы зарабатывать на комиссиях за транзакции — сеть улучшила пропускную способность, снизив при этом воздействие на окружающую среду.

Шардинг предлагает еще одно решение уровня 1, фрагментируя рабочую нагрузку блокчейна. Вместо того чтобы каждый узел проверял каждую транзакцию, сеть делится на параллельные “шарды”, каждый из которых обрабатывает свой собственный поднабор транзакций. Эта параллельная обработка значительно увеличивает общую пропускную способность транзакций, хотя координация между шарами добавляет техническую сложность.

Расширение размера блока использует более прямой подход: просто увеличивая размер блоков, чтобы они могли вмещать больше транзакций. Однако это создает компромисс с децентрализацией, поскольку более крупные блоки становятся труднее проверять для обычных компьютеров, что потенциально концентрирует власть среди хорошо оснащенных операторов узлов.

Уровень 2: Строительство на основе силы

Сети второго уровня работают как параллельные системы, построенные на основе блокчейнов первого уровня, обрабатывая транзакции вне основной цепи перед тем, как зафиксировать результаты обратно в цепи. Это разделение позволяет решениям второго уровня приоритизировать скорость и экономию при этом унаследуя гарантии безопасности первого уровня.

Роллы стали доминирующим подходом второго уровня, особенно для Ethereum. Они объединяют сотни оффчейн-транзакций в один пакет перед отправкой его в основную сеть. Оптимистичные роллы — используемые Arbitrum и Optimism — предполагают, что транзакции действительны по умолчанию, с периодом оспаривания для споров. Роллы с нулевыми знаниями, такие как zkSync и Scroll, используют криптографические доказательства для мгновенной проверки транзакций, устраняя периоды споров и предлагая более высокую степень безопасности.

Сайдчейны как Polygon функционируют как независимые блокчейны со своими собственными валидаторами. Они, как правило, предлагают более быстрые и дешевые транзакции, чем роллапы, но имеют отдельные модели безопасности, что означает, что они не наследуют гарантии безопасности уровня 1 автоматически, как это делают роллапы.

Государственные каналы позволяют проводить прямые одноранговые транзакции вне цепи, записывая только начальные и конечные балансы в цепи. Сеть Lightning Bitcoin работает таким образом, позволяя осуществлять мгновенные платежи с минимальными сборами.

Вложенные блокчейны используют родительско-дочерние отношения, при которых основная цепочка делегирует работу дочерним цепочкам. Платформа Plasma Ethereum является примером этой модели, хотя она менее распространена, чем роллапы.

Прямое сравнение: Преимущества и недостатки сети уровня 1 и уровня 2

Фундаментальное различие заключается в их операционной философии. Решения второго уровня справляются с масштабируемостью, перерабатывая сам протокол — это по своей природе более разрушительно, но и более долговечно. Обновление решения первого уровня часто требует согласия сообщества и может вызвать жесткие форки, которые разделяют сеть, если участники не согласны.

Решения второго уровня, наоборот, оставляют базовый уровень неизменным, добавляя дополнительную мощность над ним. Эта гибкость позволяет быстрее проводить итерации и развертывания, не угрожая стабильности базового уровня. Однако это удобство имеет свои недостатки: пользователям необходимо перемещать активы между сетями, ликвидность фрагментируется между несколькими платформами второго уровня, а некоторые решения зависят от централизованных секвенсеров, которые могут стать единой точкой отказа.

С точки зрения безопасности сети первого уровня полностью полагаются на свои собственные децентрализованные механизмы консенсуса. Решения второго уровня сильно зависят от своего базового первого уровня для доступности данных и окончательности расчетов, создавая иерархическую модель безопасности.

Практические ограничения

Улучшения первого уровня сталкиваются с серьезными проблемами координации. Внедрение крупных изменений, таких как модификации консенсуса или увеличение размера блока, требует достижения согласия среди тысяч участников, что может занять годы и вызвать острые споры. “Триалемма блокчейна” предполагает, что исправление одной переменной часто ухудшает другие — увеличение размера блока может повысить пропускную способность, но снизить децентрализацию сети.

Решения второго уровня вводят свою собственную трение. Несмотря на свои преимущества в скорости и стоимости, они усложняют пользовательский опыт, требуя создания мостов между сетями, потенциально создавая фрагментацию ликвидности и в некоторых случаях вводя централизованные посредники (последователи), которые противоречат идеалам децентрализации блокчейна.

Гибридное будущее

Нарастающее согласие среди разработчиков предполагает, что ни один из подходов в одиночку не решает задачу масштабируемости блокчейна. Вместо этого зрелые экосистемы блокчейна, вероятно, будут использовать обе стратегии: надежную инфраструктуру Layer 1, ориентированную на безопасность, отвечающую за расчет и окончательную правду, в сочетании с разнообразными сетями Layer 2, оптимизированными для скорости и доступности в повседневных транзакциях.

Эта гибридная архитектура отражает эволюцию интернета: основная инфраструктура обеспечивает надежность, в то время как специализированные уровни обрабатывают конкретные случаи использования. По мере того как решения сетевого уровня 1 и уровня 2 продолжают развиваться, пользователи получат выгоду от выбора инструментов, оптимизированных под их конкретные потребности, вместо того чтобы идти на компромисс с единственным подходом.