Рішення блокчейнів першого рівня та другого рівня: чим вони різняться

Що таке блокчейн-трилема (трилема масштабованості)

Блокчейн-трилема, або трилема масштабованості, — це фундаментальна теорема, що визначає основну проблему масштабування розподілених мереж, зокрема блокчейнів. Її популяризував співзасновник Ethereum Віталік Бутерін. Це ключове обмеження, яке мають враховувати розробники блокчейнів під час створення й оптимізації своїх мереж.

Суть блокчейн-трилеми полягає в наступному:

• Розподілені мережі мають три основні властивості: децентралізацію, безпеку та продуктивність (масштабованість).
• Блокчейн-система може ефективно оптимізувати лише дві з цих трьох властивостей одночасно. Розробники змушені жертвувати однією, щоб забезпечити максимальну ефективність двох інших.

Таке обмеження ставить перед архітекторами блокчейнів задачу пошуку балансу. Децентралізація не допускає контролю мережі одним суб'єктом, зберігаючи демократичність і незалежність технології. Безпека захищає мережу від атак і забезпечує цілісність даних. Продуктивність, або масштабованість, визначає, скільки транзакцій система здатна обробити за певний час. Складність полягає в тому, що посилення однієї або двох із цих характеристик зазвичай відбувається коштом третьої. Це створює для розробників блокчейну постійну дилему оптимізації.

Приклади блокчейн-трилеми

Щоб краще зрозуміти, як трилема проявляється у реальних рішеннях, розглянемо три підходи, які застосовують різні блокчейн-мережі, балансуючи між цими характеристиками.

1. Традиційний підхід. Bitcoin — класичний приклад традиційного блокчейну. Такі системи спираються на широку мережу повних вузлів. Така архітектура гарантує високий рівень безпеки й децентралізації: тисячі незалежних вузлів перевіряють транзакції та зберігають повні копії реєстру. Водночас це негативно впливає на продуктивність. Потреба досягати консенсусу між багатьма вузлами сповільнює обробку транзакцій, зменшуючи пропускну здатність і подовжуючи час підтвердження. Bitcoin, який опрацьовує приблизно 7 транзакцій на секунду (TPS), — приклад вибору безпеки та децентралізації на користь масштабованості.

2. Високошвидкісний підхід. Такі мережі мають набагато менше вузлів-валідаторів. Їх ретельно добирають, щоб гарантувати безпеку й досягти високої пропускної здатності. Менша кількість валідаторів дозволяє швидше узгоджувати транзакції. Проте це знижує ступінь децентралізації. Менше учасників, що контролюють мережу, збільшує ризик централізації та змов. Цей підхід поширений серед нових блокчейн-платформ, які ставлять у пріоритет швидкість транзакцій і зручність для користувача, погоджуючись на певний рівень централізації.

3. Мульти-ланцюговий підхід. Крос-ланцюгові рішення та інтероперабельність — ще одна стратегія подолання трилеми. Взаємодія кількох ланцюгів дозволяє досягти певного балансу між децентралізацією й масштабованістю. Окремі ланцюги спеціалізуються на різних завданнях, розподіляючи навантаження. Проте це ускладнює безпеку. Складність управління міжланцюговою взаємодією створює додаткові вектори атак і вразливості. Протоколи мостів і системи крос-ланцюгових повідомлень стають критичними точками, і їх компрометація може загрожувати всій екосистемі.

Layer 1 Solutions VS Layer 2 Solutions

Щоб зрозуміти, як у сфері блокчейнів вирішують проблему масштабованості, потрібно розрізняти Layer 1 і Layer 2. Це дві принципово різні філософії підвищення продуктивності та подолання трилеми.

Що таке рішення Layer 1

Layer 1 — це фундаментальні зміни основного протоколу та архітектури блокчейну. Це глибинні вдосконалення, що змінюють принципи роботи блокчейну. До Layer 1 належать зміни механізму консенсусу, збільшення розміру блоку, скорочення часу створення блоків і впровадження шардингу.

Заміна механізму консенсусу може означати перехід від Proof of Work до Proof of Stake або застосування нових алгоритмів для ефективнішої обробки транзакцій. Збільшення розміру блоку дає змогу додавати більше транзакцій у кожен блок, підвищуючи пропускну здатність. Скорочення часу між блоками прискорює підтвердження транзакцій. Шардінг розділяє блокчейн на паралельні ланцюги (шарди), які можуть обробляти транзакції одночасно, суттєво підвищуючи загальну потужність мережі.

Переваги Layer 1

• Фундаментальні зміни: Layer 1-рішення створюють нові основи для розвитку проєкту та довгострокового зростання, вирішуючи питання масштабованості на базовому рівні й забезпечуючи стійкі покращення.
• Розширення функціоналу: Layer 1 дозволяє впроваджувати нові інструменти, функції й можливості безпосередньо в протокол, підтримуючи складніші застосунки без зовнішніх рішень.
• Переваги для всієї мережі: Удосконалення Layer 1 покращують роботу всіх застосунків і користувачів мережі, забезпечуючи єдину якість продуктивності.
• Довгострокова стійкість: Layer 1-рішення забезпечують стійкі покращення без необхідності постійного обслуговування окремих систем чи протоколів.

Недоліки Layer 1

• Довгий цикл впровадження: Підготовка й реалізація Layer 1-рішень вимагає значного часу — роки досліджень, розробки, тестування та поступового запуску для гарантії стабільності й безпеки.
• Висока складність: Layer 1-модифікації набагато складніші за Layer 2. Вони потребують консенсусу учасників мережі, масштабного тестування та ретельної координації.
• Ризик хардфорків: Глибокі зміни протоколу можуть спричинити розбіжності й розділення мережі, як це траплялося під час хардфорків.
• Складна координація: Для впровадження Layer 1 потрібна співпраця розробників, майнерів/валідаторів і користувачів, що ускладнює процес як технічно, так і політично.

Що таке рішення Layer 2

Layer 2 — це додаткова інфраструктура поверх основного блокчейну. Такі рішення дозволяють обробляти частину транзакцій поза базовим ланцюгом, розвантажуючи головну мережу, прискорюючи обробку й суттєво знижуючи комісії, при цьому зберігаючи безпеку Layer 1.

Layer 2 працює так: транзакції обробляються поза основною мережею, а результати періодично фіксуються на Layer 1. Це дає змогу здійснювати швидкі й дешеві транзакції, зберігаючи переваги безпеки та децентралізації. Користувачі можуть проводити багато операцій на Layer 2, і тільки фінальні зміни записуються у головний блокчейн.

У Layer 2 застосовують різні інструменти:

• Вкладені блокчейни: другорядні ланцюги, які працюють поверх основного, мають власні механізми консенсусу й правила, а їхній стан періодично фіксується у головному ланцюгу.
• Канали стану: офчейн-канали, у яких учасники можуть здійснювати багато транзакцій приватно, а фінальний стан фіксується у блокчейні лише після закриття каналу.
• Сайдчейни: незалежні ланцюги, що працюють паралельно з основним і з'єднані двосторонніми пегами, даючи змогу переміщувати активи між ланцюгами при збереженні власних параметрів.

Переваги Layer 2

• Легкість впровадження: Layer 2 не потребує змін у протоколі блокчейну та може запускатися незалежно, без консенсусу всієї мережі чи оновлень протоколу. Це дозволяє швидко впроваджувати та вдосконалювати рішення.
• Зниження трилеми: Layer 2-рішення допомагають подолати трилему без істотних змін у Layer 1, значно покращуючи масштабованість і знижуючи комісії при збереженні безпеки й децентралізації базового рівня.
• Простота розгортання: Впровадження Layer 2 набагато простіше й швидше, ніж Layer 1-модифікацій. Команди можуть самостійно розробляти, тестувати й запускати Layer 2, забезпечуючи швидкі інновації.
• Гнучкість і інновації: Кілька Layer 2-рішень можуть співіснувати на одному Layer 1, оптимізуючись під різні завдання та формуючи різноманітну екосистему масштабування.
• Миттєві переваги: Користувачі одразу отримують покращення продуктивності й нижчі витрати після впровадження Layer 2, не чекаючи змін у протоколі.

Недоліки Layer 2

• Проблеми сумісності: Layer 2 може ускладнити взаємодію — різні рішення не завжди легко комунікують між собою, що фрагментує екосистему та ускладнює роботу користувачів.
• Компроміси в безпеці: Layer 2 успадковує безпеку від Layer 1, але має власні ризики й уразливості. Механізми підключення Layer 2 і Layer 1 можуть стати точками атаки, а користувачі повинні довіряти моделі безпеки Layer 2.
• Тимчасове вирішення: Layer 2 не усуває кореневих проблем масштабованості основного блокчейну, а лише зменшує їхній вплив. Якщо Layer 2 перевантажується, це може просто перенести "затор" із Layer 1.
• Складний досвід користувача: Переміщення активів між Layer 1, Layer 2 або різними Layer 2 може бути заплутаним, що перешкоджає масовому впровадженню.
• Фрагментація ліквідності: Активи й ліквідність розподіляються між різними Layer 2, знижуючи ефективність капіталу та ускладнюючи фінансові операції.

FAQ

Що таке блокчейни Layer 1 і Layer 2? Яке їхнє основне визначення?

Layer 1 — базовий блокчейн, на якому проводяться транзакції. Layer 2 — рішення для масштабування, побудоване поверх Layer 1, що підвищує пропускну здатність і швидкість транзакцій.

Які основні відмінності між Layer 1 і Layer 2 щодо швидкості, вартості та безпеки?

Layer 1 забезпечує високу безпеку, але має повільнішу швидкість і вищі витрати. Layer 2 підвищує швидкість транзакцій і знижує витрати завдяки масштабуванню, хоча безпека може бути дещо нижчою порівняно з Layer 1.

Які поширені Layer 2-рішення (Rollups, Sidechains, State Channels) і які їх переваги та недоліки?

Rollups підвищують пропускну здатність і зменшують комісії, але мають обмеження масштабованості. Sidechains забезпечують гнучкість, але залежать від власної безпеки. State Channels знижують вартість транзакцій, але вимагають довіри між учасниками.

Чому потрібен Layer 2? Які обмеження Layer 1 вимагають масштабування?

Layer 1 має обмеження масштабованості: низьку пропускну здатність і високі комісії. Layer 2 обробляє транзакції поза основним ланцюгом, значно підвищуючи швидкість і знижуючи витрати, зберігаючи безпеку й децентралізацію Layer 1.

Чи впливає Layer 2 на безпеку коштів? Як порівнюються ризики з Layer 1?

Layer 2 зберігає безпеку завдяки фінальному проведенню на Layer 1. Додаються ризики смарт-контрактів, але більшість перевірених Layer 2 мають надійні аудити й захист, тож вони порівнювано безпечні для користувачів, які обирають швидкі й дешеві транзакції.

Коли обирати Layer 1 або Layer 2 для транзакцій?

Layer 1 використовуйте для великих і фінальних транзакцій із максимальною безпекою. Layer 2 підходить для частих і невеликих платежів, щоб знизити витрати й пришвидшити обробку. Вибір залежить від суми, частоти й необхідної фінальності розрахунків.

Які Layer 2-рішення для Ethereum (Arbitrum, Optimism, Polygon) і чим вони різняться?

Arbitrum, Optimism і Polygon — це Layer 2 для масштабування Ethereum. Arbitrum і Optimism застосовують технологію optimistic rollup, а Polygon — zk-rollup. Вони розрізняються механізмами консенсусу, вартістю транзакцій і швидкістю фіналізації, пропонуючи різний баланс між безпекою та продуктивністю.

Як працюють мости Layer 2? Як переносяться кошти між Layer 1 і Layer 2?

Layer 2-місти переказують кошти між рівнями через смарт-контракти. Користувачі вносять активи на Layer 1, де вони блокуються, а на Layer 2 випускають еквівалентні токени. Оператори переказують через пули ліквідності. Під час виведення токени Layer 2 спалюються, а кошти Layer 1 розблоковуються.