Разделение экосистемы блокчейнов на слои (уровни) дает понимание того, как устроена эта экосистема, а также как базовые, «родительские» блокчейны решают свои проблемы, главная из которых — масштабируемость. В этой статье поговорим о слоях блокчейна L0 — L2.
Любая компьютерная сеть имеет пропускную способность передачи данных. Блокчейн не исключение. Но такие децентрализованные базы данных более подвержены проблеме масштабирования, чем централизованные сети.
В структуру блокчейна входит комплекс узлов, то есть компьютеров в сети, которые хранят реестр данных. Это значит, что каждый узел задействует серьезные вычислительные мощности для обеспечения доступа к распределенному реестру и достижения консенсуса (состояния, когда все ноды соглашаются с одной версией блокчейна, то есть все узлы сети признают новый блок транзакций легитимным и создают у себя копии этого блока данных).
Чем больше в сети узлов, тем более она децентрализована. Это очень хорошо для безопасности сети, но негативно влияет на скорость обработки транзакций.
С другой стороны, чем меньше узлов, тем быстрее работает сеть, но тем больше она уязвима. А контроль 51% узлов хакерами вообще приводит к тому, что с сетью можно делать все что угодно — в самом плохом смысле.
Подводя итоги вышесказанного, в моменте сделать идеально децентрализованный, безопасный и масштабируемый блокчейн на сегодняшний день невозможно. Эта проблема известна как трилемма блокчейна.
Простыми словами: трилемма блокчейна — это предположение, что децентрализованная сеть может одновременно обеспечить только два преимущества из трех (децентрализация, безопасность, масштабируемость).
Уровни, или слои, блокчейна призваны решать эту проблему.
Первый уровень блокчейна (L1)
Начнем с первого слоя блокчейна, а не нулевого, так как именно L1 является основным уровнем. К распределенным реестрам первого слоя относятся те блокчейны, которые проводят транзакции автономно, то есть без участия какой-либо другой сети.
На этом уровне выполняются большие, важные задачи, благодаря решению которых поддерживаются основы функционирования сети: языки программирования, разрешение споров, механизмы консенсуса, ограничения.
Примеры блокчейнов первого уровня: Bitcoin, Ethereum, Solana.
Как было сказано выше, децентрализованные базы данных L1 сталкиваются с трилеммой блокчейна. Для ее решения и существуют блокчейны второго слоя. Вдобавок из-за того, что количество блокчейнов L1 постоянно увеличивается, появляется проблема передачи криптоактивов из одного блокчейна в другой. Для решения этой проблемы придуман нулевой слой.
Нулевой уровень блокчейна (L0)
Этот слой позволяет разным сетям взаимодействовать и помогает решать проблему масштабируемости. Речь идет о:
- передаче криптовалюты между разными сетями;
- возможности разрабатывать одно dApps на нескольких блокчейнах одновременно;
- быстрых и недорогих транзакциях на кроссчейн-биржах благодаря «коммуникационным» протоколам, которые используются в L0.
Примеры блокчейнов нулевого уровня: Cosmos, Avalanche, Polkadot.
Второй уровень блокчейна (L2)
Для улучшения масштабируемости базового блокчейна (L1) существуют слои второго уровня. Их обычно называют сторонними интеграциями с первым слоем сети. Протоколы второго уровня блокчейна снижают рабочую нагрузку на базовую сеть первого уровня, обрабатывают транзакции вне L1 и возвращают их обратно.
Решения второго уровня предполагают разные варианты, позволяющие сделать сеть более масштабируемой. Применяют следующие технические решения.
1. State Channels (каналы состояний). Обмен транзакциями происходит вне блокчейна, после чего в сам блокчейн записывается результат. То есть пользователи могут по открытому между собой каналу напрямую совершить несколько транзакций вне сети, а на уровень расчетов (L1) отправятся только две транзакции (конечное состояние канала), что существенно снижает затраты и увеличивает пропускную способность сети.
2. Nested blockchains (вложенные блокчейны). Это работа сети второго уровня поверх первого уровня. L1 задает параметры, L2 выполняет процессы. Данное техническое решение основано на использовании хеш-деревьев, которые создают дочерние цепочки к базовому блокчейну. Вложенные блокчейны работают по правилам родительской сети. Главный блокчейн (L1) не участвует в обработке транзакций, а только при необходимости разрешает споры. Обработкой транзакций занимаются дочерние сети (L2), а потом возвращают их на первый уровень в родительский блокчейн (L1). Это помогает делать транзакции более быстрыми и дешевыми.
3. Rollups (рулоны). Данная технология предполагает объединение нескольких транзакций и их обработку в сети второго слоя. Есть два типа роллапов:
- Zero knowledge (нулевое разглашение) — объединяют большое количество транзакций в одну. Группируют транзакции и выносят часть вычислений за пределы L1. По сути, в результате на первый уровень отправляется только одна транзакция, что позволяет значительно увеличивать скорость проведения операций.
- Optimistic rollups — работают параллельно с базовой сетью. Разворачивают уже существующие на первом уровне блокчейна смарт-контракты. Транзакции объединяются, сжимаются и обрабатываются на втором уровне, что в разы увеличивает скорость их обработки. При использовании этой технологии блокчейн не проверяет каждую транзакцию на L2, то есть не производит вычислений (отсюда и увеличение пропускной способности сети), а просто транслирует транзакции и «оптимистически» предполагает, что они легитимны, пока это никем не оспорено.
4. Сайдчейны (сайдчейны). Гибридный канал основания и вложенной сети, применяемый для одновременной обработки большого количества транзакций. Сайдчейны функционируют отдельно от блокчейна L1 и имеют свой алгоритм консенсуса. К базовому проходу подключаются через кроссчейн-мост. В используемой цепи (L1) криптоактивы блокируются, пока на сайдчейне с ними идет работа, после возвращения на первый уровень они разблокируются. Различие между сайдчейнами и каналами состояний в том, что первые публично записывают все транзакции в реестр. Также, если в сайдчейне будет нарушена безопасность, это не окажет никакого влияния на другие сайдчейны или базовый блокчейн.
Примеры блокчейнов второго уровня: Optimism (решает проблему маштабируемости сети Ethereum путем использования решения Optimistic rollups), Polygon (повышает уровень масштабируемости блокчейна Ethereum, используется технология сайдчейна), Lightning Network (интегрирован в сеть Bitcoin, помогает делать транзакции более быстрыми и дешевыми).
Есть у блокчейнов второго уровня и недостатки:
- появление новых цепочек блоков поверх основных сетей создает дополнительные препятствия для «коммуникаций» между блокчейнами;
- L2 имеет более низкий уровень безопасности по сравнению с базовой сетью, что влечет за собой дополнительные риски;
- надстройки второго уровня не решают проблем основных сетей, а только «сглаживают» недостатки того или иного блокчейна.
Понимание уровней блокчейнов поможет вам лучше представить место интересующего вас криптопроекта в блокчейн-экосистеме.