Layer 2 решения: Масштабирование и снижение комиссий

Layer 2 решения и масштабирование - Разработка технологий для увеличения пропускной способности и снижения комиссий в блокчейнах, например, через решения второго уровня или сайдчейны.

Недостаточная масштабируемость — проблема №1 крупнейших блокчейнов первого уровня. Пропускная способность ведущих децентрализованных систем по причине низкой масштабируемости не может достигнуть показателей, доступных централизованным платежным системам. К примеру, количество транзакций, проводимых в секунду в сети Bitcoin, составляет порядка 7, в то время как традиционные платежные каналы VISA и MasterCard обрабатывают несравнимо большее количество операций (24000 и 5000 TPS соответственно). А чем ниже пропускная способность, тем выше комиссии: во время высокой загрузки сети сумма вознаграждения за проведение операции увеличивается.

Сайдчейны в блокчейне и различные инструменты Layer 2 масштабирования являются механизмами, которые решают проблемы скорости обработки и высокой стоимости проведения транзакций в децентрализованных системах первого уровня (Layer 1).

Давайте рассмотрим, как функционируют вышеперечисленные инструменты, каким образом происходит их интеграция в структуру блокчейна, и в каком направлении движется развитие Layer 2 технологий.

Предпосылки для внедрения Layer 2 решений

Суть первого и второго уровней

К Layer 1 (L1, первому уровню) относятся классические блокчейны, такие как Ethereum и Bitcoin, инфраструктура которых позволяет проверять и завершать операции без участия других сетей.

Layer 2 (L2, второй уровень) — офчейн решения, которые функционируют вне базовой сети и предназначены для решения вопросов повышения эффективности работы блокчейнов L1. В частности, их функционал позволяет увеличивать пропускную способность и обеспечивать уменьшение комиссий в блокчейне без ущерба безопасности базовой сети. Существует множество типов решений масштабирования L2, но все они служат одной цели — разгрузка основного блокчейна за счет вынесения части выполняемых задач за пределы сети.

Предыстория развития и суть L2-решений для масштабирования

Развитие блокчейнов Bitcoin и Ethereum продемонстрировало, что улучшение их масштабируемости является очень непростой задачей. Крупнейшие сети обеспечивают безопасность посредством модели распределенного консенсуса, предполагающего многоуровневую независимую проверку.Системы не успевали удовлетворять увеличивающийся спрос за счет своих внутренних ресурсов. И здесь на арену вышли протоколы второго уровня, которые, базируясь на принципах безопасности и консенсусе первого уровня, позволяют выполнять валидацию требуемых массивов транзакций, не нагружая основную сеть.

Таким образом, L2-инструменты в определенной степени решают так называемую “трилемму блокчейна”, которую популяризировал и активно применяет на платформе Ethereum Виталик Бутерин. Согласно этой теории, основанной на теореме САР, гипотеза которой была выдвинута американским ученым Эриком Брюером в 2000 году, в блокчейне практически невозможно достичь одинаковой степени развития таких свойств, как децентрализация, безопасность и масштабируемость. А в реальности публичные блокчейны, демонстрируя все преимущества децентрализации и безопасности, не в состоянии автономно компенсировать трудности с недостаточной пропускной способностью.

В настоящее время блокчейн-разработчики проводят большую работу над созданием оптимальных решений масштабирования на обоих уровнях (L1 и L2).

Проекты первого уровня работают над усовершенствованием архитектуры основного блокчейна, что требует больших временных и трудовых затрат. Решения же второго уровня базируются на внешних протоколах, преимуществами которых является легкость имплементации и быстрое увеличение пропускной способности.

Решения L2 на базовом уровне состоят из двух компонентов: сети, которая непосредственно обрабатывает транзакцию, и обеспечивающего связь смарт-контракта на L1-блокчейне. Выполнение транзакций и вычислений происходит в сети, а смарт-контракт регулирует споры и достигает консенсуса по состоянию решения L2, внося на основании представленных им доказательств необходимые изменения в блокчейн.

Основные типы Layer 2 решений

Сайдчейны

Эта разновидность решения масштабирования не перенимает безопасность базовой сети и поэтому сайдчейны не считаются полноценными L2-решениями, несмотря на то, что имеют с ними много общего и дают существенный прирост пропускной способности. По словам Виталика Бутерина, текущая тенденция развития технологий L2 в принципе привела к некоторой “размытости” понятий, когда те или иные решения могут быть классифицированы как имеющие отношение к уровню 1, так и к уровню 2. Так что в зависимости от контекста и решаемых проблем, тот или иной инструмент может быть квалифицирован по-разному.

Сайдчейны (Sidechains) — самостоятельные блокчейны с отдельным алгоритмом консенсуса и правилами формирования блоков и простым механизмом межсетевой передачи данных, обеспечивающим связь с базовой сетью. Однако связующий смарт-контракт не проверяет достоверность сети сайдчейна и пользователи основного блокчейна априори доверяют ей. Это безусловное доверие к гейткиперам, выполняющим функцию моста между мейнчейном и сайдчейном, считается главной проблемой этого типа решения при всех его преимуществах.

Самым известным и успешным примером использования Layer 2 считается проект Polygon, стартовавший в 2017 году как сайдчейн Matic Network для обеспечения масштабируемости Ethereum, и развившийся в огромную экосистему для создания масштабируемых приложений с минимальными комиссиями и отличными показателями пользовательского опыта в Layer 2.

Роллапы

Ключевое различие между сайдчейнами и роллапами заключается в том, что последние дают возможность базовому блокчейну верифицировать достоверность предоставляемых данных.

Роллапы (Rollups, накопительные пакеты) работают по принципу объединения (накопления) большого количества транзакций и последующей пакетной передачи их в базовый блокчейн посредством одной транзакции, вмещающей сводные данные. Роллапы являются одним из самых перспективных решений масштабирования L2 и разделены на две категории в зависимости от способа проверки истинности данных:

оптимистические роллапы (Optimistic Rollups);

роллапы с нулевым разглашением (Zero-Knowledge Rollups, зк-роллапы).

По мнению специалистов, тенденция с применением оптимистических роллапов сохранится в течение ближайших лет, однако впоследствии ключевой станет технология zk-роллапов, как более быстрая и эффективная.

Давайте рассмотрим подробнее принципы работы этих решений и их отличия.

Оптимистические роллапы

Оптимистические накопительные пакеты исходят из оптимистичного предположения, что все транслируемые в блокчейн сводные данные достоверны. Для защиты от мошеннических действий этот тип роллапов предусматривает возможность оспаривания транзакций. В подобных случаях, по факту предъявления претензий, транзакция отправляется в базовую сеть для проверки и урегулирования спора, что займет дополнительное время и обяжет проигравшую сторону оплатить издержки. Одними из наиболее известных проектов с применением оптимистических роллапов являются Arbitrum, Optimism и MetisDAO. С помощью подобных решений работают сотни крупных DeFi-протоколов (Uniswap, 1inch, SushiSwap и т.д).

zk-роллапы

Роллапы с нулевым разглашением проводят проверку транзакций на базе принципа доказательства с нулевым знанием (Zero-Knowledge Proof), метода криптографии, позволяющего подтвердить достоверность сведенных в пакет данных без раскрытия исходных данных, содержащихся в нем. Этот революционный метод, в сравнении с оптимистическими роллапами, позволяет ускорить проверку валидности транзакций при соблюдении мер дополнительной безопасности.

В настоящее время наблюдаются некоторые проблемы с применением данного Layer 2 решения для DeFi из-за сложностей с технической совместимостью. ZK-роллапы широко применяются и развиваются специалистами Polygon zkEVM, Matter Labs, StarkWare, Immutable X, Linea, eCrypt и другими.

Каналы состояния

Каналы состояния (State Channels) — решения, обеспечивающие перенос промежуточного обмена транзакциями между участниками сделки офчейн, а в мейнчейн записываются только первая и последняя транзакции. Стороны переключаются на стейт-каналы блокчейна с помощью мультиподписи, осуществляют необходимые транзакции, далее “состояние канала” передается в блокчейн для подтверждения. Безопасность каналов обеспечивается смарт-контрактами.

Это самое недорогое и быстрое решение масштабирования второго уровня из существующих, но одновременно и одно из самых спорных. За годы исследований и разработки так и не удалось устранить проблемы безопасности этого Layer 2 инструмента, уязвимого к атакам определенного типа.

Технология каналов состояния применяется в Bitcoin Lightning и Raiden Network Ethereum.

Преимущества L2-решений масштабирования

Простота имплементации и “демонтажа”. L2-инструменты масштабируемости в сравнении с L1-решениями представляют собой более легкий и скоростной способ повышения масштабирования, не оказывающий прямое воздействие на базовый блокчейн. Они не изменяют архитектуру основной сети, и при необходимости их можно быстро отключить.

Высокая скорость. Решения второго уровня позволяют обрабатывать операции почти мгновенно и проводить быстрые транзакции в криптовалюте в режиме реального времени.

Низкие комиссии. Транзакции проходят проверку вне основного блокчейна и объединяются в одну транзакцию Layer 1, что существенно уменьшает комиссионные издержки.

Большой потенциал. Благодаря высокой скорости проведения транзакций и низким комиссиям, L2-решения улучшают пользовательский опыт и могут рассчитывать на более широкую сферу применения через дальнейшие инновации.

Недостатки L2 решений масштабирования

Риски снижения безопасности. Интеграция Layer 2 может стать причиной ослабления безопасности базового блокчейна, так как некоторые ее аспекты отдаются “на откуп” сети второго уровня в целях достижения более высокой пропускной способности.

Проблемы совместимости. Новые цепочки, надстроенные поверх основного блокчейна, могут усугублять проблему совместимости блокчейнов, создавая дополнительные сложности при связи сетей первого уровня друг с другом.

Недостаточное влияние на принципиальное решение проблемы масштабируемости. L2-инструменты не решают задачу в целом, а скорее сглаживают проблемы блокчейнов первого уровня, компенсируя их недостатки.

В заключение

Масштабирование второго уровня — идеальное по прагматичности решение для проектов, которым требуется немедленно масштабироваться, сохраняя совместимость с существующими блокчейнами и с учетом некоторых рисков безопасности. Проекты с долгосрочными целями могут себе позволить L1 решения, требующие скрупулезной разработки и значительного времени для реализации. В то же время, ведущие специалисты исследуют гибридные решения, применение которых позволит использовать преимущества обоих подходов для создания более масштабируемых и безопасных децентрализованных экосистем.

В любом случае, прочный фундамент для целевых решений второго уровня уже заложен, и 2023 год был ознаменован бурным развитием L2-сегмента. Сектор DeFi-платформ, использующих решения Layer 2, продемонстрировал почти четырехкратный рост: показатель TVL сетей второго уровня достиг отметки $16 млрд к концу 2023, стартовав в январе с общей стоимости заблокированных активов в $4,5 млрд.

Так что будем наблюдать за дальнейшим развитием ситуации.

Благодарим за внимание!

AnyExchange — международный обменник , с помощью которого можно конвертировать криптовалюту по самому выгодному курсу валют. Также на нашем сайте доступны денежные переводы по всему миру.