Layer 2 рішення: Масштабування і зниження комісій

Layer 2 рішення і масштабування - Розробка технологій для збільшення пропускної здатності та зниження комісій у блокчейнах, наприклад, через рішення другого рівня або сайдчейни.

Недостатня масштабованість ─ проблема №1 найбільших блокчейнів першого рівня. Пропускна здатність провідних децентралізованих систем через низьку масштабованість не може досягти показників, доступних централізованим платіжним системам. Наприклад, TPS (Transactions Per Second, кількість транзакцій, що проводяться за секунду) в мережі Bitcoin становить близько 7, тоді як традиційні платіжні канали VISA і MasterCard обробляють незрівнянно більшу кількість TPS (24000 і 5000 відповідно). А що нижча пропускна здатність, то вищі комісії: у періоди високого завантаження мережі розмір винагороди за проведення операції зростає.

Сайдчейни в блокчейні та різні інструменти Layer 2 масштабування є механізмами, які розв’язують проблеми швидкості обробки та високої вартості проведення транзакцій у децентралізованих системах першого рівня (Layer 1).

Розгляньмо, як функціонують перераховані вище інструменти, яким чином відбувається їхня інтеграція в структуру блокчейну, і в якому напрямку рухається розвиток Layer 2 технологій.

Передумови для впровадження Layer 2 рішень

Рішення першого і другого рівня

Layer 1 (L1, перший рівень) ─ це класичні блокчейни, як-от Bitcoin та Ethereum, інфраструктура яких дає змогу перевіряти та завершувати транзакції без участі інших мереж.

Layer 2 (L2, другий рівень) ─ офчейн-рішення, які функціонують поза базовою мережею і призначені для вирішення питань підвищення ефективності роботи блокчейнів L1. Зокрема, їхній функціонал дає змогу збільшувати пропускну здатність і забезпечувати зменшення комісій у блокчейні без шкоди безпеці базової мережі. Існує безліч типів рішень масштабування L2, але всі вони служать одній меті ─ розвантаження основного блокчейну шляхом винесення частини виконуваних завдань за межі мережі.

Передісторія розвитку і суть L2-рішень для масштабування

Розвиток блокчейнів Bitcoin і Ethereum продемонстрував, що поліпшення їхньої масштабованості є складним завданням. Найбільші мережі забезпечують безпеку за допомогою моделі розподіленого консенсусу, що передбачає багаторівневу незалежну перевірку. Системи не встигали задовольняти зростальний попит коштом своїх внутрішніх ресурсів. І тут на арену вийшли протоколи другого рівня, які, базуючись на безпеці та консенсусі першого рівня, дають змогу виконувати валідацію необхідних масивів транзакцій, не навантажуючи основну мережу.

Таким чином, L2-інструменти певною мірою розв’язують так звану “трилему блокчейну”, яку популяризував і активно застосовує на платформі Ethereum Віталік Бутерін. Згідно з цією теорією, що ґрунтується на теоремі САР, гіпотезу якої висунув американський учений Ерік Брюер 2000 року, у блокчейні практично неможливо досягти однакового ступеня розвитку таких властивостей, як децентралізація, безпека та масштабованість. І в реальності публічні блокчейни, демонструючи всі переваги децентралізації та безпеки, не в змозі автономно компенсувати труднощі з недостатньою пропускною здатністю.

Наразі блокчейн-розробники проводять велику роботу над створенням оптимальних рішень масштабування на обох рівнях (L1 і L2).

Проєкти першого рівня спрямовані на зміну архітектури основного блокчейну, що вимагає великих часових і трудових витрат. Рішення ж другого рівня базуються на зовнішніх протоколах, перевагами яких є легкість імплементації та швидке збільшення пропускної здатності.

Рішення L2, як правило, складаються з двох частин: мережі, яка безпосередньо обробляє транзакцію, і сполучного смарт-контракту на L1-блокчейні. Виконання транзакцій і обчислень відбувається в мережі, а смарт-контракт розв’язує суперечки й досягає консенсусу щодо стану рішення L2, вносячи на підставі наданих ним доказів необхідні зміни в блокчейн.

Основні типи Layer 2 рішень

Сайдчейни

Цей різновид рішення масштабування не переймає безпеку базової мережі й тому сайдчейни не вважаються повноцінними L2-рішеннями, хоча мають з ними багато спільного і дають істотний приріст пропускної здатності. За словами Віталіка Бутеріна, поточна тенденція розвитку технологій L2 у принципі призвела до певної “розмитості” понять, коли ті чи інші рішення можна класифікувати як такі, що стосуються як рівня 1, так і рівня 2. Тож залежно від контексту і розв’язуваних проблем, той чи інший інструмент може бути кваліфікований по-різному.

Сайдчейни (Sidechains) ─ окремі блокчейни з власним алгоритмом консенсусу і правилами формування блоків з простим механізмом міжмережевого передавання даних, що забезпечує зв’язок з базовою мережею. Однак сполучний смарт-контракт не перевіряє вірогідність мережі сайдчейна і користувачі основного блокчейну апріорі довіряють їй. Цю безумовну довіру до гейткіперів, які виконують функцію моста між мейнчейном і сайдчейном, вважають головною проблемою цього типу рішення за всіх його переваг.

Найвідомішим і найуспішнішим прикладом використання Layer 2 вважається проєкт Polygon, що стартував у 2017 році як сайдчейн Matic Network для забезпечення масштабованості Ethereum, і розвинувся у величезну екосистему для створення масштабованих застосунків із мінімальними комісіями та чудовими показниками користувацького досвіду в Layer 2.

Ролапи

Ключова відмінність між сайдчейнами та роллапами полягає в тому, що останні дають можливість базовому блокчейну верифікувати достовірність наданих даних.

Ролапи (Rollups, накопичувальні пакети) працюють за принципом об’єднання (накопичення) великої кількості транзакцій і подальшого пакетного передавання їх у базовий блокчейн за допомогою однієї транзакції, що вміщує зведені дані. Ролапи є одним із найперспективніших рішень масштабування L2 і розділені на дві категорії залежно від способу перевірки істинності даних:

оптимістичні ролапи (Optimistic Rollups);

ролапи з нульовим розголошенням (Zero-Knowledge Rollups, зк-ролапи).

На думку фахівців, тенденція із застосуванням оптимістичних ролапів збережеться впродовж найближчих років, проте згодом ключовою стане технологія zk-ролапів, як більш швидка та ефективна.

Тож розгляньмо детальніше принципи роботи цих рішень та їхні відмінності.

Оптимістичні ролапи

Оптимістичні накопичувальні пакети виходять з оптимістичного припущення, що всі зведені дані, які транслюються в блокчейн, вірогідні. Для захисту від шахрайських дій цей тип ролапів передбачає можливість оскарження транзакцій. У таких випадках, за фактом пред’явлення претензій, транзакцію відправляють у базову мережу для перевірки та врегулювання спору, що займе додатковий час і зобов’яже сторону, яка програла, оплатити витрати. Одними з найвідоміших проєктів із застосуванням оптимістичних ролапів є Arbitrum, Optimism і MetisDAO. За допомогою подібних рішень працюють сотні найбільших DeFi-протоколів (Uniswap, SushiSwap, 1inch тощо).

zk-ролапи

Ролапи з нульовим розголошенням використовують для перевірки транзакцій принцип доказу з нульовим знанням (Zero-Knowledge Proof), криптографічного методу, що дає змогу підтвердити достовірність зведених у пакет даних без розкриття первинних даних, що містяться в ньому. Цей революційний метод, у порівнянні з оптимістичними роллапами, дає змогу скоротити час на перевірку валідності транзакцій за дотримання заходів додаткової безпеки.

Наразі спостерігаються деякі проблеми із застосуванням цього Layer 2 рішення для DeFi через складнощі з технічною сумісністю. ZK-ролапи широко застосовуються і розвиваються фахівцями Polygon zkEVM, Matter Labs, StarkWare, Immutable X, Linea, eCrypt та іншими.

Канали стану

Канали стану (State Channels) ─ рішення, що забезпечують двосторонній зв’язок між учасниками угоди, за якого всі транзакції відбуваються офчейн, а в мейнчейн записуються тільки перша й остання транзакції. Сторони перемикаються на стейт-канали блокчейну за допомогою мультипідпису, здійснюють необхідні транзакції, далі “стан каналу” транслюється в блокчейн для підтвердження. Безпека каналів забезпечується смарт-контрактами.

Це найдешевше і найшвидше рішення масштабування другого рівня з тих, що існують, але водночас і одне з найбільш спірних. За роки досліджень і розробки так і не вдалося усунути проблеми безпеки цього Layer 2 інструменту, вразливого до певних типів атак.

Технологія каналів стану застосовується в Bitcoin Lightning і Raiden Network Ethereum.

Переваги рішень масштабування другого рівня

Простота імплементації та “демонтажу”. L2-інструменти масштабованості, як порівняти з L1-рішеннями, являють собою легший і швидкісніший спосіб підвищення масштабування, що не чинить прямого впливу на базовий блокчейн. Вони не змінюють архітектуру основної мережі, і за необхідності їх можна швидко відключити.

Висока швидкість. Рішення другого рівня дають змогу обробляти операції майже миттєво і проводити швидкі транзакції в криптовалюті в режимі реального часу.

Низькі комісії. Транзакції проходять перевірку поза основним блокчейном і об’єднуються в одну транзакцію Layer 1, що істотно зменшує комісійні витрати.

Великий потенціал. Завдяки високій швидкості проведення транзакцій і низьким комісіям, L2-рішення покращують користувацький досвід і можуть розраховувати на ширшу сферу застосування через подальші інновації.

Недоліки L2 рішень масштабування

Ризики зниження безпеки. Інтеграція Layer 2 може стати причиною ослаблення безпеки базового блокчейна, оскільки деякі її аспекти віддаються “на відкуп” мережі другого рівня з метою досягнення вищої пропускної здатності.

Проблеми сумісності. Нові ланцюжки, створені поверх основного блокчейна, можуть посилювати проблему сумісності блокчейнів, створюючи додаткові складнощі при зв’язку мереж першого рівня одна з одною.

Недостатній вплив на принципове вирішення проблеми масштабованості. L2-інструменти не розв’язують завдання загалом, а скоріше згладжують проблеми блокчейнів першого рівня, компенсуючи їхні недоліки.

На закінчення

Масштабування другого рівня є ідеальним за прагматичністю рішенням для проєктів, яким потрібно негайно масштабуватися, зберігаючи сумісність з наявними блокчейнами і з урахуванням деяких ризиків безпеки. Проєкти з довгостроковими цілями можуть собі дозволити L1 рішення, що вимагають скрупульозного розроблення і значного часу для реалізації. Водночас провідні фахівці досліджують гібридні рішення, застосування яких дасть змогу використовувати переваги обох підходів для створення більш масштабованих і безпечних децентралізованих екосистем.

У будь-якому разі, міцну основу для цільових рішень другого рівня вже створено, і 2023 рік був ознаменований бурхливим розвитком L2-сегмента. Сектор DeFi-платформ, що використовують рішення Layer 2, продемонстрував майже чотириразове зростання: показник TVL мереж другого рівня досяг позначки $16 млрд до кінця 2023 року, стартувавши в січні із загальної вартості заблокованих активів у $4,5 млрд.

Тож будемо спостерігати за подальшим розвитком ситуації.

Дякуємо за увагу!

AnyExchange ─ міжнародний обмінник , за допомогою якого можна конвертувати криптовалюту за найвигіднішим
курсом валют . Також на нашому сайті доступні грошові перекази по всьому світу.