Layer 1 та Layer 2: Ґрунтовний аналіз

Масштабування Layer 1

Layer 1 — це базовий протокольний рівень блокчейн-мережі. Рішення для масштабування Layer 1 підвищують масштабованість шляхом оптимізації фундаментальної інфраструктури самого блокчейну. Їх суть — внесення змін у основний протокол для збільшення пропускної здатності транзакцій, зменшення затримок та покращення роботи мережі без залучення зовнішніх систем.

Базовий підхід масштабування Layer 1 — це структурна зміна архітектури блокчейну, механізму консенсусу або даних. Прямі модифікації забезпечують нативність покращень, зберігаючи безпеку та децентралізацію — основні цінності блокчейну. Оптимізація базового рівня створює надійний фундамент для всієї екосистеми, що базується на ньому.

Типи монет Layer 1

Різні блокчейни Layer 1 реалізують унікальні підходи до масштабування. Це підкреслює різноманітність технологій у галузі:

• Ethereum: Перейшов з Proof of Work (PoW) на Proof of Stake (PoS) завдяки оновленню «The Merge». Це зменшило енергоспоживання та прискорило фіналізацію транзакцій, відкривши шлях до масштабування через шардінг.

• Cardano, Solana, Avalanche: Мережі з початку розроблені з акцентом на масштабованість. Використовують нові механізми консенсусу й архітектурні моделі для більшої пропускної здатності порівняно з попередніми поколіннями блокчейнів.

• Bitcoin: Фокусується на децентралізації та безпеці, дотримуючись обережності у змінах протоколу. Це гарантує високу безпеку, але обмежує пропускну здатність транзакцій щодо новіших мереж.

• Sui: Layer 1 блокчейн нового покоління, спроєктований для високої масштабованості, низьких комісій і швидкої обробки транзакцій через паралельне виконання та нові структури даних.

Технології масштабування Layer 1

Layer 1 застосовує різні технічні методи для підвищення масштабованості при збереженні безпеки та децентралізації:

Зміна розміру блоку та часу створення блоку

Один із прямих способів збільшити пропускну здатність — корекція параметрів блоку. Збільшення розміру блоку дозволяє фіксувати більше транзакцій у кожному блоці, безпосередньо підвищуючи потужність мережі. Наприклад, збільшення розміру блоку з 1 МБ до 8 МБ дає у вісім разів більше транзакцій у блоці.

Скорочення часу створення блоку дозволяє частіше генерувати блоки, що також збільшує загальну пропускну здатність. Обидва підходи потребують балансу з урахуванням часу розповсюдження даних у мережі та вимог до зберігання, щоб уникнути ризиків централізації.

Оновлення механізму консенсусу

Перехід від Proof of Work до Proof of Stake значно підвищує масштабованість. PoS скорочує обчислювальні витрати під час валідації блоків, прискорює підтвердження транзакцій і зменшує енергоспоживання.

Цей крок відкриває можливості для більш складних протоколів консенсусу, які можуть ефективніше обробляти транзакції та гарантувати безпеку. Менші енергозатрати дозволяють частіше генерувати блоки.

Шардінг

Шардінг — одна з найбільш перспективних технологій масштабування Layer 1. Мережа розділяється на паралельні сегменти — шарди, кожен обробляє транзакції незалежно. Паралельна обробка у різних шардах дозволяє масштабувати пропускну здатність у залежності від їх кількості.

Наприклад, мережа з 64 шард може теоретично обробляти у 64 рази більше транзакцій, ніж одношардова. Для роботи шардів потрібна складна координація для безпечних та атомарних міжшардових транзакцій.

Переваги

Layer 1 рішення мають такі ключові переваги:

• Висока масштабованість та економічна ефективність: Оптимізація базового протоколу дозволяє суттєво підвищити пропускну здатність та знизити витрати на транзакції, роблячи блокчейн доступним для повсякденних сценаріїв.

• Збереження децентралізації та безпеки: Layer 1 покращення не порушують фундаментальні властивості безпеки та децентралізації, забезпечуючи довіру до мережі.

• Підвищення розвитку екосистеми: Оптимізація базового рівня покращує роботу всіх застосунків і сервісів у мережі.

Недоліки

Layer 1 рішення мають певні обмеження:

• Фізичні межі масштабування: Затримки мережі, обмежена пропускна здатність і вимоги до зберігання даних накладають жорсткі межі масштабування одного блокчейну.

• Повільні механізми консенсусу: Особливо у Proof of Work, консенсус потребує багато часу та ресурсів, що обмежує швидкість без радикальних змін архітектури.

Масштабування Layer 2

Layer 2 пропонує альтернативний підхід до масштабування блокчейну. Замість змін у базовому протоколі, Layer 2 створює додаткову інфраструктуру поверх основного блокчейну, переміщаючи обробку транзакцій поза головним ланцюгом із використанням його гарантій безпеки.

Головна мета — знизити навантаження на Layer 1 через позаланцюгову архітектуру. Layer 2 обробляє транзакції поза основною мережею та періодично фіксує агреговані результати на Layer 1, досягаючи більшої пропускної здатності завдяки криптографічним доказам безпеки.

Типи монет Layer 2

Layer 2 рішення різноманітні за технічними підходами:

• zkSync, Starknet: Використовують Zero-Knowledge Rollup (ZK-Rollup) — агрегують сотні транзакцій у єдиний криптографічний доказ, що перевіряється у Layer 1. Це забезпечує високий рівень безпеки при мінімальних витратах.

• Lightning Network: Layer 2 рішення для Bitcoin, що дозволяє миттєві низьковартісні мікроплатежі через платіжні канали поза ланцюгом із періодичною фіксацією у основному блокчейні.

• Optimism & Arbitrum: Реалізують Optimistic Rollups для масштабування Ethereum — транзакції вважаються валідними за замовчуванням, обчислення виконуються лише при суперечках, що знижує навантаження на мережу.

Переваги

Layer 2 має такі переваги:

• Не впливає на продуктивність базового блокчейну: Layer 2 обробляє транзакції поза головним ланцюгом, не перевантажуючи Layer 1 і зберігаючи його оптимальність для розрахунків і безпеки.

• Швидке виконання мікротранзакцій: Layer 2 може обробляти тисячі транзакцій щосекунди, що ідеально для ігор, соціальних мереж і мікроплатежів.

• Зниження витрат та вимог до верифікації: Агрегація транзакцій у єдиний доказ чи пакет суттєво зменшує витрати — іноді у 100 разів і більше щодо Layer 1.

Недоліки

Layer 2 має певні виклики:

• Обмежена інтероперабельність: Переміщення активів і даних між Layer 2 рішеннями та повернення на Layer 1 складне й потребує часу, що створює фрагментацію екосистеми.

• Питання приватності та безпеки: Окремі Layer 2 рішення вимагають додаткової довіри або вводять нові моделі безпеки, що може створити додаткові ризики та питання конфіденційності.

Технічні підходи Layer 2

Layer 2 використовує різні технічні механізми масштабування:

Rollups

Rollups — провідний підхід Layer 2, де кілька транзакцій об'єднують в одну й надсилають у Layer 1:

• ZK Rollups: Застосовують докази з нульовим розголошенням для перевірки транзакцій без розкриття їх деталей. Це гарантує безпеку, еквівалентну базовому рівню.

• Optimistic Rollups: Транзакції вважаються валідними, обчислення виконуються лише при оскарженні. Метод знижує навантаження, але може затримувати виведення коштів.

Ієрархічні блокчейни

Ієрархічна структура, коли блокчейн працює поверх іншого як дочірній ланцюг. Parent-chain гарантує безпеку, child-chain обробляє транзакції.

Дочірні ланцюги можна налаштувати для окремих сценаріїв, зберігаючи безпеку parent-chain.

Канали стану

Канали стану — це двостороння інтеграція між блокчейном і позаланцюговими каналами. Учасники здійснюють необмежені транзакції поза ланцюгом через мультипідпис чи смартконтракти, фіксуючи лише фінальний стан у блокчейні.

Ефективні для повторних взаємодій між фіксованими учасниками — наприклад, платіжних каналів чи ігор.

Сайдчейни

Сайдчейни — незалежні транзакційні ланцюги, що працюють паралельно з головним блокчейном. Впроваджують власний консенсус та оптимізуються для окремих задач, залишаючись сумісними з основною мережею через містові механізми.

Сайдчейни забезпечують гнучкість функціоналу й дозволяють тестувати нові рішення без ризику для основної мережі.

Layer 3

Layer 3 — додатковий рівень абстракції над Layer 2, що забезпечує спеціалізовану функціональність і оптимізацію для окремих застосунків. Концепція розширює модульність і гнучкість екосистеми блокчейну.

Головні цілі Layer 3

Layer 3 вирішує обмеження, що залишаються після масштабування Layer 2:

• Покращення інтероперабельності: Layer 3 забезпечує зручну взаємодію між різними блокчейнами та Layer 2 рішеннями, створюючи єдину екосистему для активів і даних.

• Оптимізація для окремих застосунків: Layer 3 надає функціонал для специфічних децентралізованих застосунків із налаштуванням продуктивності, приватності та економіки без компромісу безпеки.

• Вищий рівень абстракції: Layer 3 спрощує роботу для розробників і користувачів, роблячи блокчейн-технології доступнішими для масових застосунків.

Трилема блокчейну

Трилема блокчейну — це фундаментальний виклик у проєктуванні: складно одночасно досягти оптимальної безпеки, децентралізації та масштабованості. Концепція, популяризована Віталіком Бутеріним, передбачає неминучі компроміси у архітектурі блокчейну.

Суть трилеми

Зазвичай можливо оптимізувати лише дві з трьох характеристик:

• Безпека: Захист від атак, шахрайства та збоїв
• Децентралізація: Розподіл управління й перевірки серед багатьох учасників
• Масштабованість: Ефективна обробка великого обсягу транзакцій

Блокчейн-мережі роблять різні компроміси:

• Bitcoin: Фокус на децентралізації та безпеці, обмежена масштабованість — близько 7 транзакцій за секунду. Такий підхід гарантує безпеку та стійкість до цензури.

• Ethereum: Балансує усі три параметри через PoS, шардінг та Layer 2 рішення, прагнучи до оптимального компромісу.

• Solana: Орієнтований на масштабованість, забезпечує тисячі транзакцій щосекунди, але має меншу кількість валідаторів, що знижує децентралізацію заради продуктивності.

Layer 1 vs Layer 2: ключові відмінності

Розуміння різниці між Layer 1 та Layer 2 важливе для оцінки стратегій масштабування блокчейну:

Визначення

• Layer 1: Модифікує фундаментальний рівень протоколу блокчейну, змінює основні параметри, механізми консенсусу чи архітектуру для підвищення продуктивності.

• Layer 2: Реалізує позаланцюгові рішення, що діють незалежно, використовуючи базову мережу для безпеки та фінального розрахунку, розподіляючи навантаження без змін у протоколі.

Механізм роботи

• Layer 1: Вимагає зміни протоколу, часто потребує оновлення всієї мережі та консенсусу учасників. Зміни остаточні та впливають на всю мережу.

• Layer 2: Працює незалежно від базового протоколу, дозволяє швидко впроваджувати інновації та запускати рішення без змін у Layer 1. На одному Layer 1 можуть діяти кілька Layer 2.

Типи рішень

• Layer 1: Вдосконалення консенсусу (PoW→PoS), шардінг, корекція розміру блоку чи швидкості створення блоку. Рішення обмежені потребою консенсусу всієї мережі.

• Layer 2: Включає rollups, канали стану, сайдчейни, ієрархічні блокчейни. Дизайн менш обмежений, допускає експериментальні та спеціалізовані підходи.

Якісні характеристики

• Layer 1: Використовує нативні токени для комісій та захисту мережі, визначає фундаментальні властивості мережі консенсусом, формує базу безпеки екосистеми.

• Layer 2: Спрямований на зниження комісій, підвищення пропускної здатності й програмованості, забезпечує спеціалізований функціонал із використанням безпеки Layer 1. Покращує досвід користувачів — швидкість підтвердження та низькі комісії.

FAQ

Що таке Layer 1 і Layer 2? Яка між ними різниця?

Layer 1 — базовий блокчейн, де транзакції остаточно фіксуються. Layer 2 — рішення для масштабування на Layer 1, що підвищує пропускну здатність та ефективність. Layer 2 забезпечує масштабованість і швидкість, Layer 1 — безпеку та децентралізацію.

Які переваги має Layer 2 щодо Layer 1? Які основні проблеми вирішує?

Layer 2 прискорює транзакції, знижує gas-комісії й збільшує обсяг транзакцій порівняно з Layer 1. Вирішує проблему масштабованості, обробляючи транзакції поза ланцюгом із збереженням безпеки Layer 1.

Які є поширені рішення Layer 2 — Rollups, Sidechains та State Channels?

Layer 2 рішення: канали стану для позаланцюгових транзакцій, сайдчейни як незалежні ланцюги, Optimistic Rollups та ZK-Rollups для пакетної обробки, Plasma для ієрархічного масштабування. Кожне має свої компроміси щодо безпеки, швидкості й економічності.

Чи суттєво Layer 1 і Layer 2 відрізняються за швидкістю та комісіями?

Layer 1 обробляє транзакції повільніше й з вищими комісіями у головному ланцюгу. Layer 2 здійснює транзакції поза ланцюгом: це у 100–1000 разів швидше та дешевше, зберігаючи безпеку Layer 1.

Яка безпека Layer 2? Чи є ризики щодо Layer 1?

Layer 2 успадковує безпеку Layer 1 через криптографічні докази. Водночас виникають додаткові ризики — вразливість смартконтрактів, централізація sequencer. Layer 2 менш перевірений, ніж Layer 1, тому потрібна додаткова перевірка.

Які основні Layer 2 проєкти? (Arbitrum, Optimism, Polygon тощо)

Ключові Layer 2 рішення: Arbitrum, Optimism, Polygon. Вони підвищують масштабованість Ethereum, збільшують швидкість транзакцій і знижують комісії через технологію Rollup, забезпечуючи швидкі та доступні транзакції.

Коли варто використовувати Layer 1 чи Layer 2?

Використовуйте Layer 1 для максимальної безпеки й великих обсягів транзакцій із мінімальними затримками. Layer 2 — для зменшення комісій та підвищення ефективності при швидких і економних транзакціях.