Решения для масштабирования блокчейна: уровень 1 против уровня 2

Мир блокчейна сейчас на подъеме, и к 2023 году уже 420 миллионов человек по всему миру будут иметь криптовалюту. Этот быстрый рост создает нагрузку на инфраструктуру блокчейн-сетей, влияя на их работу

Чтобы блокчейн действительно взлетел, он должен быть способен обрабатывать большой объем пользователей и транзакций. Разработчики работают над некоторыми способами обойти эти ограничения и сделать блокчейн более масштабируемым

Появилось два основных подхода:

• Решения для масштабирования уровня 1
• Решения для масштабирования уровня 2

Это два типа решений для масштабирования, которые изучаются с целью улучшения производительности сетей блокчейна.

Нельзя переоценить важность масштабируемости в блокчейне. Это то, что влияет на:

• Как хорошо работает сеть
• Какой опыт получают пользователи
• Ее способность охватить больше людей

Без масштабируемости технология блокчейн не смогла бы поддерживать большое количество пользователей, что помешало бы ее широкому распространению.

Основные преимущества масштабируемости

Скорость обработки транзакций Возможность обрабатывать больше транзакций в секунду очень важна для приложений, работающих в реальном времени. Это значит быстрое подтверждение и удобство для пользователей.

Экономическая эффективность Благодаря масштабированию можно:

• Снизить комиссию за транзакции
• Сократить потребление энергии
• Сделать блокчейн практичным и доступным вариантом для всех видов индустрий

Стабильность сети Когда сеть рассчитана на большой трафик, она с большей вероятностью останется стабильной в периоды высокого спроса. Пробки и задержки становятся менее актуальными, а транзакции реже задерживаются.

Возможности для инноваций Когда масштабируемость улучшается, это открывает массу возможностей:

• Сложные децентрализованные приложения становятся более реалистичными
• Платформы DeFi могут работать более эффективно
• Разработчики могут свободно исследовать идеи, которые раньше были ограничены возможностями сети

Когда речь идет о технологии блокчейн, есть несколько уровней, которые работают вместе, чтобы вся система работала как надо. Первый уровень, который часто называют Уровень 1, как фундамент здания.

Основная концепция

Решения уровня 1 включают внесение изменений непосредственно в сам протокол блокчейна. Это может включать:

• Настройку механизмов консенсуса (правил, регулирующих порядок проверки транзакций)
• Регулировку размера блока (который определяет, сколько транзакций может быть обработано одновременно)
• Изменение других фундаментальных аспектов протокола

Сделав эти основные части протокола более надежными, вся система может обрабатывать больше транзакций и поддерживать большее количество пользователей.

Основные характеристики решений уровня 1

• Целевые улучшения базового протокола, которые могут упростить и ускорить обработку транзакций
• Фундаментальные изменения в основной архитектуре блокчейна, в отличие от добавления решений поверх него
• Прямые изменения протокола, которые влияют на всю сеть

Популярные методы масштабирования уровня 1

Шардинг Шардинг разбивает блокчейн на более мелкие части, называемые шардами. Каждый шард может работать самостоятельно, обрабатывая часть транзакций одновременно с другими.

Когда происходит несколько вещей одновременно, например, обработка нескольких транзакций, это может значительно ускорить процесс. Предстоящий Ethereum 2.0 является примером этого в действии, использующим шардинг для увеличения количества транзакций, которые могут быть обработаны.

Улучшения механизма консенсуса

Одно из препятствий для систем блокчейна — это то, как они договариваются о том, что реально, а что нет. Старый способ, называемый Proof of Work, требует много ресурсов и вычислительной мощности.

Переход на новые подходы может значительно повысить масштабируемость:

• Proof of Stake (используется Cardano)
• Delegated Proof of Stake (используется EOS)

Эти системы значительно сокращают количество вычислительной мощности и энергии, нужных для работы сети.

Плюсы и минусы

Плюсы:

• Повышение масштабируемости прямо на уровне протокола приводит к значительному увеличению пропускной способности транзакций
• Многие решения сохраняют или даже усиливают децентрализацию сети
• Важно для поддержания безопасности и предотвращения цензуры

Минусы:

• Сложность реализации - внесение изменений в протокол создает риски и уязвимости
• Риск централизации, если некоторые решения отдают предпочтение определенным узлам или валидаторам
• Реализация с высокими ставками - фундаментальные изменения могут сильно повлиять на безопасность
• Требуется тщательное тестирование - важно тщательно планировать и оценивать риски

Решения уровня 2 работают над базовым протоколом, используя разные методы, такие как обработка транзакций вне цепочки и вторичные протоколы, чтобы улучшить масштабируемость

Основная концепция

Между решениями уровня 1 и уровня 2 есть большая разница. Решения уровня 1 требуют изменения основного протокола, а решения уровня 2 — нет. Они могут улучшить масштабируемость, не затрагивая базовую архитектуру блокчейна.

Это возможно, потому что решения уровня 2 могут обрабатывать транзакции вне основной цепочки, урегулируя их только в случае необходимости. Это делает транзакции более быстрыми и эффективными, поскольку основная цепочка не перегружена каждой транзакцией.

Основные принципы

В основе этого подхода лежат несколько идей:

• Обработка транзакций вне цепочки — уменьшает загруженность и делает всю систему более масштабируемой
• Более быстрая и дешевая обработка — транзакции можно обрабатывать быстрее и с меньшими затратами, не жертвуя безопасностью
• Выборочное урегулирование — транзакции урегулируются в основной цепочке только в случае крайней необходимости

Типы решений второго уровня

Каналы состояния Каналы состояния позволяют людям делать много транзакций, не записывая их сразу в блокчейн. Это делается путем обмена сообщениями, защищенными криптографией. Когда все готово, окончательный результат записывается в блокчейн.

Это хорошо работает для:

• Платежных приложений
• Онлайн-игр
• Любых сценариев, где нужны быстрые и частые транзакции

Роллапы Роллапы берут кучу транзакций, объединяют их в пакеты и периодически добавляют эти пакеты в основную блокчейн.

Есть два типа:

• Оптимистичные роллапы — выполняют транзакции и используют механизмы разрешения споров для решения проблем
• zk-роллапы — используют доказательства с нулевым разглашением для проверки транзакций, не раскрывая конфиденциальную информацию

Сайдчейны Сайдчейны — это независимые блокчейны, которые все равно подключены к основному блокчейну. Такая настройка позволяет:

• Быстрее обрабатывать транзакции
• Иметь место для экспериментов с разными механизмами консенсуса
• Переводить активы между цепочками
• Сохранять совместимость

Плазма Плазма — это создание древовидных структур, где сайдчейны (дочерние цепочки) привязаны к основной блокчейну (родительской цепочке). Транзакции группируются в блоки на дочерней цепочке, а состояние периодически фиксируется на основной цепочке

Этот подход выгоден для:

• Децентрализованных бирж
• Токенизированных активов
• Приложений, требующих высокой масштабируемости и безопасности

Обработка и производительность

Решения уровня 1:

• Обработка транзакций прямо в цепочке
• Может привести к заторам в периоды высокой активности
• Требует тщательного тестирования и проверки
• Нужна координация между всеми участниками сети

Решения уровня 2:

• Снимают нагрузку с основной цепочки, обрабатывая транзакции вне цепочки
• Приводят к ускорению транзакций, особенно в ситуациях, когда скорость имеет решающее значение
• Менее сложны в реализации
• Необходимо обеспечить беспроблемную интеграцию, безопасность и совместимость

Безопасность и децентрализация

Решения уровня 1:

• Поддержание или повышение безопасности и децентрализации — это приоритет
• Любые изменения в протоколе могут повлиять на целостность сети
• Сосредоточьтесь на сохранении фундаментальной модели безопасности

Решения уровня 2: - Могут привести к проблемам с безопасностью, например, спорам по поводу каналов и доступности данных. - Могут сохранить целостность транзакций, если проблемы будут решены правильно. - Требуют тщательной оценки компромиссов в области безопасности

Как выбрать между этими двумя подходами к масштабированию? Это зависит от нескольких факторов:

Ключевые соображения

Требования к сети

• Какой объем транзакций вы можете обрабатывать?
• Насколько быстро должны обрабатываться транзакции?
• Каков бюджет на внедрение?

Баланс безопасности Когда речь идет о целостности сети, важно взвесить последствия масштабируемости, безопасности и децентрализации. Это значит:

• Рассмотреть компромиссы
• Отдать приоритет решениям, которые сохраняют целостность сети
• Оценка долгосрочной устойчивости

Сложность внедрения

• Разработка изменений в основном протоколе требует значительных усилий и координации
• Решения вне цепочки могут предложить более простой подход
• Каждый вариант должен быть тщательно оценен с учетом доступных ресурсов

Требования к приложениям Каждое приложение имеет свои требования и потребности в производительности. Чтобы определить, какое решение — Layer 1 или Layer 2 — более подходит, необходимо изучить:

• Конкретные потребности использования
• Требования к производительности
• Ожидания пользователей
• Соображения стоимости

Примеры использования уровня 1

Сети с большим объемом транзакций Когда дело доходит до обработки большого количества транзакций, скорость и эффективность очень важны. Сети, которые поддерживают:

• Криптовалютные биржи
• Платформы для обработки платежей
• Блокчейн для предприятий приложения

Должны уметь эффективно обрабатывать транзакции в цепочке. Решения включают оптимизацию базовой архитектуры с помощью шардинга или улучшение протоколов консенсуса.

Платформы DeFi В сфере децентрализованных финансов такие платформы, как:

• Децентрализованные биржи
• Платформы кредитования
• Пулы ликвидности

Требуют экономичной обработки транзакций, где важна каждая секунда. Улучшения инфраструктуры сети могут:

• Увеличить пропускную способность транзакций
• Снизить затраты
• Сделать DeFi более практичным и удобным для пользователей

Примеры использования Layer 2

Игры и микротранзакции Игровые платформы, где игроки могут покупать и продавать предметы или услуги, могут значительно выиграть от решений второго уровня. Эти системы работают лучше, когда используют:

• Каналы состояния для быстрых и дешевых транзакций
• Внецепочечную обработку для частых взаимодействий
• Периодический расчет для окончательных результатов

Приложения, требующие конфиденциальности Приложения, которые должны сохранять конфиденциальность информации, например:

• Медицинские записи
• Детали цепочки поставок
• Конфиденциальные деловые транзакции

Решения второго уровня могут использовать инструменты, которые обеспечивают конфиденциальность данных, при этом позволяя проводить транзакции.

Высокочастотная торговля Приложения, требующие:

• Мгновенной обработки транзакций
• Низкой задержки
• Минимальных комиссий
• Высокой пропускной способности

Мир блокчейна на пороге серьезных изменений. Появляется несколько тенденций:

Текущее направление рынка

Внедрение Layer 2 Блокчейны Layer 2 готовы взять на себя лидерство во внедрении благодаря своим способностям:

• Обрабатывать транзакции быстрее
• Значительно снижать затраты
• Более плавно взаимодействовать с другими блокчейнами

Блокчейны третьего поколения

Между тем, блокчейны третьего поколения, такие как Solana, уже набирают популярность, обрабатывая сотни транзакций в секунду. Ethereum проходит серьезную переработку, чтобы решить свои давние проблемы со скоростью и масштабируемостью.

Динамика рынка

Решения второго уровня — это, по сути, ответ на ограничения блокчейнов первого уровня. Но если блокчейны первого уровня смогут масштабироваться самостоятельно, то потребность в этих решениях может начать исчезать.

Судьба блокчейнов первого уровня со встроенными функциями взаимодействия и масштабируемости будет зависеть от:

• Принятия рынком
• Производительности по сравнению с решениями второго уровня
• Принятия разработчиками
• Пользовательского опыта

Продолжающаяся эволюция

Технология блокчейна развивается очень быстро, и постоянно появляются новые идеи. Пока что блокчейны Layer 2 — это лучший способ сделать все быстрее и дешевле.

Поскольку ситуация продолжает меняться, никто не знает, что будет в будущем. Одно можно сказать точно: только время покажет, смогут ли блокчейны Layer 1 догнать и стать предпочтительным выбором.

Когда нужно выбрать между масштабированием на уровне 1 и уровне 2, всё зависит от того, что нужно проекту с точки зрения безопасности и масштабируемости.

И уровень 1, и уровень 2 имеют свои плюсы, и какой из них лучше, зависит от того, для чего используется блокчейн. Главное — это понимать:

• Ваши конкретные требования к использованию
• Приоритеты безопасности и децентрализации
• Толерантность к сложности реализации
• Ожидания по производительности и стоимости

Тщательно учитывая эти факторы, проекты могут выбрать решение по масштабированию, которое лучше всего соответствует их потребностям и целям.