Wprowadzenie
Świat blockchain przeżywa boom – w 2023 r. aż 420 milionów ludzi na całym świecie posiadało kryptowaluty. Ten gwałtowny wzrost stanowi obciążenie dla infrastruktury sieci blockchain, wpływając na ich funkcjonowanie.
Aby technologia blockchain naprawdę się przyjęła, musi być w stanie obsłużyć dużą liczbę użytkowników i transakcji. Deweloperzy pracują nad sposobami obejścia tych ograniczeń i zwiększenia skalowalności blockchain.
Pojawiły się dwa główne podejścia:
- rozwiązania skalowania warstwy 1
- rozwiązania skalowania warstwy 2
Są to dwa rodzaje rozwiązań skalujących, które są badane w celu poprawy wydajności sieci blockchain.
Kluczowe znaczenie skalowalności łańcucha bloków
Nie można przecenić znaczenia skalowalności w łańcuchu bloków. Jest to czynnik, który wpływa na:
- Jak dobrze działa sieć
- Rodzaj doświadczeń użytkowników
- Możliwość dotarcia do szerszego grona odbiorców
Bez skalowalności technologia blockchain miałaby trudności z obsługą dużej liczby użytkowników, co ograniczałoby jej potencjał do powszechnego przyjęcia.
Kluczowe zalety skalowalności
Szybkość przetwarzania transakcji
Możliwość przetwarzania większej liczby transakcji na sekundę ma kluczowe znaczenie dla aplikacji działających w czasie rzeczywistym. Oznacza to szybsze potwierdzenia i płynne działanie dla użytkowników.
Efektywność kosztowa
Dzięki skalowaniu możliwe jest:
- Zmniejsz opłaty transakcyjne
- Ogranicz zużycie energii
- Spraw, aby blockchain stał się praktyczną i przystępną cenowo opcją dla wszystkich branż
Stabilność sieci
Gdy sieć jest zaprojektowana do obsługi dużego ruchu, istnieje większe prawdopodobieństwo, że pozostanie stabilna w okresach dużego zapotrzebowania. Zatory i opóźnienia są mniej problematyczne, a transakcje rzadziej ulegają opóźnieniom.
Możliwości innowacyjne
Poprawa skalowalności otwiera drzwi do wszelkiego rodzaju możliwości:
- Złożone aplikacje zdecentralizowane stają się bardziej wykonalne
- Platformy DeFi mogą działać bardziej efektywnie
- Programiści mogą swobodnie zgłębiać pomysły, które wcześniej były utrudnione przez ograniczenia sieciowe
Skalowalna sieć blockchain może zapewnić ogólnie lepsze wrażenia, jednocześnie obniżając koszty i utrzymując stabilność w okresach wysokiego zapotrzebowania.
Zrozumienie rozwiązań skalowania warstwy 1
W przypadku technologii blockchain istnieją warstwy, które współpracują ze sobą, aby cały system działał płynnie. Pierwsza warstwa, często nazywana warstwą 1, jest jak fundament budynku.
Podstawowa koncepcja
Rozwiązania warstwy 1 polegają na wprowadzaniu zmian bezpośrednio w samym protokole blockchain. Może to obejmować:
- Dostosowywanie mechanizmów konsensusu (zasad regulujących sposób weryfikacji transakcji)
- Dostosowanie rozmiaru bloku (który określa, ile transakcji może być przetwarzanych jednocześnie)
- Modyfikowanie innych podstawowych aspektów protokołu
Dzięki wzmocnieniu tych podstawowych elementów protokołu cały system może obsłużyć więcej transakcji i większą liczbę użytkowników.
Kluczowe cechy rozwiązań warstwy 1
- Ukierunkowane ulepszenia protokołu bazowego, które mogą uprościć i przyspieszyć przetwarzanie transakcji
- Fundamentalne zmiany w podstawowej architekturze łańcucha bloków, w przeciwieństwie do dodawania rozwiązań na jego bazie
- Bezpośrednie modyfikacje protokołu, które mają wpływ na całą sieć
Popularne metody skalowania warstwy 1
Sharding
Sharding dzieli łańcuch bloków na mniejsze części zwane fragmentami. Każdy fragment może działać samodzielnie, obsługując część transakcji w tym samym czasie, co pozostałe.
Gdy wiele rzeczy dzieje się w tym samym czasie, na przykład przetwarzanych jest jednocześnie wiele transakcji, może to znacznie przyspieszyć działanie systemu. Przykładem tego rozwiązania w praktyce jest nadchodząca wersja Ethereum 2.0, która wykorzystuje fragmentację do zwiększenia liczby transakcji, które mogą być przetwarzane.
Ulepszenia mechanizmu konsensusu
Jedną z przeszkód dla systemów blockchain jest sposób, w jaki uzgadniacie, co jest prawdziwe, a co nie. Stara metoda, zwana Proof of Work, jest dość zasobochłonna i wymaga dużej mocy obliczeniowej.
Przejście na nowsze podejścia może znacznie zwiększyć skalowalność:
- Proof of Stake (używane przez Cardano)
- Delegated Proof of Stake (używane przez EOS)
Systemy te znacznie zmniejszają ilość mocy obliczeniowej i energii potrzebnej do działania sieci.
Zalety i ograniczenia
Zalety:
- Zwiększenie skalowalności bezpośrednio na poziomie protokołu prowadzi do znacznego wzrostu przepustowości transakcji
- Wiele rozwiązań pozwala zachować, a nawet wzmocnić decentralizację sieci
- Ma to kluczowe znaczenie dla zachowania bezpieczeństwa i zapobiegania cenzurze
Ograniczenia:
- Złożoność wdrożenia – wprowadzanie zmian do protokołu wiąże się z ryzykiem i podatnością na zagrożenia
- Ryzyko centralizacji, jeśli niektóre rozwiązania faworyzują określone węzły lub walidatory
- Wdrożenie o wysokiej stawce — fundamentalne zmiany mogą mieć poważny wpływ na bezpieczeństwo
- Wymagane są szeroko zakrojone testy – niezbędne jest staranne planowanie i ocena ryzyka
Wdrożenia warstwy 1 są bardzo ważne i należy podchodzić do nich z ostrożnością. Ponieważ mają one tak fundamentalne znaczenie dla sieci, mogą mieć duży wpływ na bezpieczeństwo.
Zrozumienie rozwiązań skalowania warstwy 2
Rozwiązania warstwy 2 działają powyżej protokołu bazowego, wykorzystując różne techniki, takie jak obsługa transakcji poza łańcuchem i protokoły drugorzędne, aby poprawić skalowalność.
Podstawowa koncepcja
Istnieje znacząca różnica między rozwiązaniami warstwy 1 a warstwy 2. Rozwiązania warstwy 1 wymagają zmiany podstawowego protokołu, natomiast rozwiązania warstwy 2 nie. Mogą one poprawić skalowalność bez ingerencji w podstawową architekturę łańcucha bloków.
Jest to możliwe, ponieważ rozwiązania warstwy 2 mogą obsługiwać transakcje poza głównym łańcuchem, rozliczając je tylko wtedy, gdy jest to konieczne. Dzięki temu transakcje są szybsze i bardziej wydajne, ponieważ główny łańcuch nie jest przeładowany każdą transakcją.
Kluczowe zasady
Podstawą tego podejścia jest kilka idei:
- Obsługa transakcji poza łańcuchem – zmniejsza zatłoczenie i sprawia, że cały system jest bardziej skalowalny
- Szybsze i tańsze przetwarzanie — transakcje mogą być przetwarzane szybciej i po niższych kosztach bez utraty bezpieczeństwa
- Selektywne rozliczanie – transakcje są rozliczane w łańcuchu głównym tylko wtedy, gdy jest to absolutnie konieczne
Rodzaje rozwiązań warstwy 2
Kanały państwowe
Kanały stanowe pozwalają na wykonywanie wielu transakcji bez konieczności natychmiastowego umieszczania ich w łańcuchu bloków. Odbywa się to poprzez wymianę wiadomości zabezpieczonych kryptografią. Po zakończeniu transakcji ostateczny wynik umieszczany jest w łańcuchu bloków.
Działa to dobrze w przypadku:
- Wnioski o płatności
- Gry online
- Każdy scenariusz wymagający szybkich, częstych transakcji
Rollupy
Rollupy pobierają grupę transakcji, łączą je w pakiety i okresowo umieszczają te pakiety w głównym łańcuchu bloków.
Istnieją dwa rodzaje:
- Optymistyczne rollupy – realizuj transakcje i polegaj na mechanizmach rozstrzygania sporów w celu rozwiązania problemów
- zk-Rollups – używaj dowodów zerowej wiedzy do weryfikacji transakcji bez ujawniania poufnych informacji
Sidechains
Sidechainy to niezależne łańcuchy bloków, które nadal są połączone z głównym łańcuchem bloków. Taka konfiguracja pozwala na:
- Szybsze przetwarzanie transakcji
- Przestrzeń do eksperymentowania z różnymi mechanizmami konsensusu
- Transfery aktywów między łańcuchami
- Zachowana interoperacyjność
Plasma
Plasma polega na tworzeniu struktur drzewiastych, w których łańcuchy boczne (łańcuchy potomne) są zakotwiczone do głównego łańcucha bloków (łańcucha nadrzędnego). Transakcje są grupowane w bloki w łańcuchu potomnym, a stan jest okresowo rozliczany w łańcuchu głównym.
Takie podejście ma następujące zalety:
- Giełdy zdecentralizowane
- Tokenizowane zasoby
- Aplikacje wymagające wysokiej skalowalności i bezpieczeństwa
Warstwa 1 a warstwa 2: szczegółowe porównanie
Przetwarzanie i wydajność
Rozwiązania warstwy 1:
- Przetwarzaj transakcje bezpośrednio w łańcuchu bloków
- Może prowadzić do zatorów w okresach wzmożonej aktywności
- Wymagajcie przeprowadzenia szczegółowych testów i walidacji
- Konieczna jest koordynacja działań wszystkich uczestników sieci
Rozwiązania warstwy 2:
- Odciąż główny łańcuch, przetwarzając transakcje poza łańcuchem
- Skutkuje to skróceniem czasu transakcji, zwłaszcza w sytuacjach, w których szybkość ma kluczowe znaczenie
- Mniej skomplikowane do wdrożenia
- Należy zapewnić płynną integrację, bezpieczeństwo i kompatybilność
Bezpieczeństwo i decentralizacja
Rozwiązania warstwy 1:
- Utrzymanie lub zwiększenie bezpieczeństwa i decentralizacji jest priorytetem
- Wszelkie zmiany w protokole mogą mieć wpływ na integralność sieci
- Skup się na zachowaniu podstawowego modelu bezpieczeństwa
Rozwiązania warstwy 2:
- Może powodować problemy związane z bezpieczeństwem, takie jak spory dotyczące kanałów i dostępności danych
- Możesz zachować integralność transakcji, jeśli wyzwania zostaną odpowiednio rozwiązane
- Wymagaj dokładnej oceny kompromisów dotyczących bezpieczeństwa
Porównanie warstwy 1 i warstwy 2
| Aspekt | Rozwiązania warstwy 1 | Rozwiązania warstwy 2 |
|---|---|---|
| Wdrożenie | Bezpośrednie zmiany protokołu | Oparty na protokole bazowym |
| Przetwarzanie transakcji | Przetwarzanie w łańcuchu bloków | Przetwarzanie poza łańcuchem bloków z okresowym rozliczaniem |
| Szybkość | Podczas wzmożonej aktywności mogą wystąpić utrudnienia | Szybsze czasy transakcji |
| Złożoność | Wymaga gruntownej zmiany protokołu i szeroko zakrojonej koordynacji | Mniej skomplikowane do wdrożenia |
| Bezpieczeństwo | Utrzymuj/zwiększaj bezpieczeństwo i decentralizację | Może to spowodować pewne problemy związane z bezpieczeństwem |
| Koszt | Różni się w zależności od implementacji | Ogólnie niższe opłaty transakcyjne |
Wybór odpowiedniego rozwiązania w zakresie skalowania
Jak wybrać między tymi dwoma podejściami do skalowania? Decyzja zależy od kilku czynników:
Kluczowe kwestie
Wymagania sieciowe
- Jaką wielkość transakcji jesteś w stanie obsłużyć?
- Jak szybko muszą być przetwarzane transakcje?
- Jaki jest budżet na wdrożenie?
Równowaga bezpieczeństwa
Jeśli chodzi o integralność sieci, należy rozważyć konsekwencje skalowalności, bezpieczeństwa i decentralizacji. Oznacza to, że:
- Rozważenie kompromisów
- Priorytetowe traktowanie rozwiązań, które zachowują integralność sieci
- Ocena długoterminowej stabilności
Złożoność wdrożenia
- Opracowanie zmian w podstawowym protokole wymaga znacznego wysiłku i koordynacji
- Rozwiązania poza łańcuchem bloków mogą oferować bardziej bezpośrednie podejście
- Każda opcja musi zostać dokładnie oceniona w oparciu o dostępne zasoby
Wymagania dotyczące aplikacji
Każda aplikacja ma swoje własne wymagania i potrzeby w zakresie wydajności. Aby określić, czy bardziej odpowiednie jest rozwiązanie warstwy 1 czy warstwy 2, należy zbadać:
- Szczególne potrzeby związane z konkretnymi przypadkami użycia
- Wymagania dotyczące wydajności
- Oczekiwania dotyczące doświadczenia użytkownika
- Kwestie związane z kosztami
Celem jest znalezienie najlepszego dopasowania między rozwiązaniem a zamierzoną funkcjonalnością przy zachowaniu równowagi między skalowalnością, bezpieczeństwem i decentralizacją.
Przykłady zastosowań i aplikacje
Przypadki użycia warstwy 1
Sieci transakcyjne o dużej przepustowości
W przypadku obsługi transakcji o dużej objętości kluczowe znaczenie mają szybkość i wydajność. Sieci obsługujące:
- Giełdy kryptowalut
- Platformy przetwarzania płatności
- aplikacje Enterprise blockchain
Muszą one być w stanie efektywnie przetwarzać transakcje w łańcuchu bloków. Rozwiązania obejmują optymalizację podstawowej architektury poprzez fragmentację lub ulepszenie protokołów konsensusu.
Platformy DeFi
W dziedzinie zdecentralizowanych finansów platformy takie jak:
- Giełdy zdecentralizowane
- Platformy pożyczkowe
- Pule płynności
Wymagają one ekonomicznego przetwarzania transakcji, w którym liczy się każda sekunda. Ulepszenia infrastruktury sieciowej mogą:
- Zwiększ przepustowość transakcji
- Obniż koszty
- Spraw, aby DeFi stało się bardziej praktyczne i przyjazne dla użytkownika
Przypadki użycia warstwy 2
Gry i mikrotransakcje
Platformy gier, na których gracze mogą kupować i sprzedawać przedmioty lub usługi, mogą odnieść znaczne korzyści dzięki rozwiązaniom warstwy 2. Systemy te działają lepiej, gdy wykorzystują:
- Kanały państwowe do szybkich i tanich transakcji
- Przetwarzanie poza łańcuchem dla częstych interakcji
- Okresowe rozliczenie wyników końcowych
Aplikacje wymagające szczególnej ochrony prywatności
Aplikacje, które muszą zachować poufność informacji, takie jak:
- Dokumentacja medyczna
- Szczegóły dotyczące łańcucha dostaw
- Poufne transakcje biznesowe
Rozwiązania warstwy 2 mogą wykorzystywać narzędzia, które zapewniają prywatność danych, jednocześnie umożliwiając przeprowadzanie transakcji.
Transakcje wysokiej częstotliwości
Aplikacje wymagające:
- Natychmiastowe przetwarzanie transakcji
- Niskie opóźnienia
- Minimalne opłaty
- Wysoka przepustowość
Perspektywy na przyszłość i trendy
Świat blockchainu stoi u progu znaczącej zmiany. Wyłania się kilka trendów:
Aktualny kierunek rynku
Wdrożenie warstwy 2
Blockchainy warstwy 2 mają szansę stać się liderami pod względem popularności dzięki następującym cechom:
- Obsługuj transakcje w szybszym tempie
- Znacznie obniż koszty
- Współpracujcie bardziej płynnie z innymi łańcuchami bloków
Blockchain trzeciej generacji
Tymczasem blockchainy trzeciej generacji, takie jak Solana, już robią furorę, przetwarzając setki transakcji na sekundę. Ethereum przechodzi gruntowne zmiany, aby rozwiązać długotrwałe problemy związane z szybkością i skalowalnością.
Dynamika rynku
Rozwiązania warstwy 2 są zasadniczo odpowiedzią na ograniczenia łańcuchów bloków warstwy 1. Jeśli jednak łańcuchy bloków warstwy 1 zdołają samodzielnie się skalować, potrzeba stosowania tych rozwiązań może zacząć zanikać.
Los blockchainów warstwy 1 z wbudowanymi funkcjami interoperacyjności i skalowalności będzie zależał od:
- Odbiór rynkowy
- Wydajność w porównaniu z rozwiązaniami warstwy 2
- Przyjęcie przez programistów
- Doświadczenie użytkownika
Ciągła ewolucja
Technologia blockchain rozwija się w zawrotnym tempie, a nowe pomysły pojawiają się nieustannie. Obecnie łańcuchy bloków warstwy 2 są najpopularniejszą metodą przyspieszania i obniżania kosztów.
W obliczu ciągłych zmian nikt nie jest w stanie przewidzieć, co przyniesie przyszłość. Jedno jest pewne: tylko czas pokaże, czy łańcuchy bloków warstwy 1 nadążą za zmianami i staną się preferowanym wyborem.
Ważne jest monitorowanie tego, co dzieje się z łańcuchami bloków trzeciej generacji, zwłaszcza że otwierają one nowe możliwości dla rozwiązań warstwy 1.
Wnioski
Decyzja o wyborze skalowania warstwy 1 lub warstwy 2 zależy od wymagań projektu w zakresie bezpieczeństwa i skalowalności.
Zarówno warstwa 1, jak i warstwa 2 mają swoje mocne strony, a to, która z nich jest lepsza, zależy od tego, do czego wykorzystywany jest łańcuch bloków. Kluczem jest zrozumienie:
- Twoje konkretne wymagania dotyczące zastosowania
- Priorytety dotyczące bezpieczeństwa i decentralizacji
- Tolerancja złożoności implementacji
- Oczekiwania dotyczące wydajności i kosztów
Dokładnie rozważając te czynniki, możecie wybrać rozwiązanie skalowania, które najlepiej odpowiada waszym potrzebom i celom.
