У чому полягає різниця між Layer 1 та Layer 2?

Що таке блокчейн-трилема?

Технологія блокчейн охоплює не лише фінансову сферу, а й активно впроваджується у різних галузях. Тому питання масштабованості стає ключовим для блокчейн-екосистем. Збільшення пропускної здатності дає змогу блокчейнам підтримувати нові застосунки та обробляти більші обсяги транзакцій. Обговорюючи масштабованість, експерти часто аналізують ролі рішень Layer 1 і Layer 2.

Блокчейн-рівні створені для посилення мережевої безпеки та цілісності даних. У цьому матеріалі розглядається, як ці рівні взаємодіють для підвищення сумісності між різними блокчейнами.

Трилема масштабованості блокчейну — це проблема одночасного досягнення трьох базових властивостей: безпеки, децентралізації та масштабованості. Ця концепція є стратегічним обмеженням для розвитку блокчейн-технологій.

Згідно з трилемою, блокчейн може оптимізувати лише дві з трьох характеристик одночасно, а максимізувати всі три технічно складно. Історично проєкти блокчейну жертвують однією властивістю, щоб забезпечити роботу системи в цілому.

Bitcoin, наприклад, орієнтується на децентралізацію та безпеку, але поступається масштабованістю. Ethereum має схожі завдання: розробники прагнуть збільшити швидкість транзакцій, одночасно підтримуючи високий рівень безпеки та децентралізації.

Жодна криптовалюта наразі не змогла досягнути ідеального балансу всіх трьох параметрів. Кожен криптопроєкт надає перевагу двом або, часом, трьом властивостям, жертвуючи іншою залежно від ситуації.

Девелопери впроваджують різні технічні рішення та концепції для вирішення питань масштабованості і трилеми. Залежно від способу реалізації, такі підходи проявляються у вигляді Layer 1 або Layer 2-рішень.

Частина криптопроєктів здатна обробляти тисячі транзакцій щосекунди, але часто це відбувається за рахунок децентралізації або безпеки. Водночас Bitcoin і Ethereum залишаються еталоном безпеки та децентралізації цифрових валют. Cardano, Avalanche і Solana — провідні Layer 1-проєкти, що активно працюють над вирішенням масштабованості, характерної для Bitcoin і Ethereum.

Рішення масштабування Layer 1

Для розуміння різниці між Layer 1 і Layer 2 у масштабуванні блокчейну слід визначити Layer 1. Layer 1-блокчейн — це базовий рівень протоколу. Він є фундаментальною архітектурою, що зберігає остаточний запис усіх транзакцій.

Масштабуючі рішення Layer 1 покращують базовий рівень блокчейну для підвищення масштабованості. Вони пропонують різні способи збільшення пропускної здатності мережі. Layer 1-рішення можуть прямо змінювати правила протоколу для оптимізації швидкості й місткості транзакцій та розширювати загальні можливості мережі для роботи з більшими обсягами даних і користувачів.

Серед масштабуючих рішень Layer 1 виділяють два основних напрями: зміни консенсусного протоколу та шардинг. Обидва підходи мають ключове значення для масштабованості на рівні Layer 1.

Наприклад, механізми консенсусу, такі як Proof of Stake (PoS), ефективніші за Proof of Work (PoW) на блокчейн-рівні. PoS забезпечує безпеку мережі та суттєво знижує потребу в обчислювальних потужностях. Шардинг розподіляє навантаження між кількома наборами даних ("шардами"), даючи змогу обробляти транзакції паралельно.

Переваги

• Зростання масштабованості: Layer 1-рішення очевидно збільшують масштабованість мережі. Змінюючи базовий протокол, вони підвищують загальну продуктивність.

• Збереження безпеки та децентралізації: Layer 1-рішення поєднують високу масштабованість і економічну ефективність із підтримкою децентралізації та безпеки. Це гарантує надійність мережі.

• Стимулювання розвитку екосистеми: Масштабуючі рішення Layer 1 дозволяють інтегрувати нові інструменти, технології та інновації безпосередньо у базовий протокол, що сприяє загальному розвитку екосистеми.

Недоліки

Обмеження масштабованості — типова проблема для мереж Layer 1. Bitcoin та інші великі блокчейни часто стикаються з труднощами при обробці транзакцій у пікові періоди. Зокрема, PoW у Bitcoin потребує значних обчислювальних ресурсів і споживає багато енергії.

Зміни Layer 1 безпосередньо впливають на базовий протокол, а їхнє впровадження потребує ретельної оцінки та загальної підтримки спільноти. Після реалізації скасувати такі зміни у разі проблем складно.

Вирішення проблем Layer 1

Масштабування мереж Layer 1 передбачає фундаментальні оновлення блокчейну. Нижче описані основні підходи до вдосконалення базової мережі.

Покращення протоколу консенсусу

Алгоритми консенсусу — це основні механізми для досягнення згоди у блокчейн-мережах. Є кілька типів, серед яких PoW і PoS, кожен має свої особливості й переваги.

PoW залишається найпоширенішим алгоритмом, але характеризується низькою пропускною здатністю й високим енергоспоживанням. Майнерам необхідно вирішувати складні математичні завдання, що потребує значних ресурсів. Натомість PoS забезпечує більшу пропускну здатність, ніж PoW.

У PoS-системах учасники мережі обробляють і підтверджують блоки транзакцій відповідно до своїх криптоактивів, без енергоємних обчислень. Це дозволяє обробляти транзакції швидко і з меншими витратами енергії. Ethereum завершив перехід на PoS для збільшення місткості, децентралізації та збереження безпеки мережі.

Шардинг

Шардинг, запозичений із систем розподілених баз даних, став одним із найпопулярніших рішень масштабування Layer 1. Він розділяє загальний стан блокчейн-мережі на окремі набори даних — "шарди".

Замість того, щоб кожен вузол управляв усією мережею, функції розподіляються на менші завдання. Мережа обробляє шарди паралельно, що дозволяє здійснювати багато транзакцій одночасно. Кожен вузол відповідає за певний шард, а не підтримує повну копію блокчейну, що знижує навантаження та підвищує ефективність.

Кожен шард передає докази на головний ланцюг і взаємодіє з іншими шардом через міжшардову комунікацію, обмінюючись адресами, станом і балансами. Це забезпечує координацію та узгодженість у мережі. Ethereum 2.0, Zilliqa, Qtum і Tezos активно досліджують і впроваджують шардинг.

Рішення масштабування Layer 2

Головна мета масштабування Layer 2 — використання мереж або технологій, що працюють поверх блокчейн-протоколу. Позаланцюгові протоколи чи допоміжні мережі допомагають підвищити масштабованість і ефективність блокчейнів.

Layer 2-рішення переносять транзакційне навантаження з протоколу блокчейну на позаблокові архітектури. Після обробки ці системи передають основному блокчейну фінальні результати. Делегування обробки даних допоміжним мережам розвантажує основний протокол, забезпечуючи масштабованість.

Lightning Network, що застосовується для масштабування Bitcoin, — одне з найбільш відомих рішень Layer 2. Lightning обробляє транзакції поза блокчейном і записує лише фінальний результат на головний ланцюг, забезпечуючи швидкі та низьковартісні транзакції. В обговореннях спільноти також фігурують інші Layer 2-рішення.

Переваги

• Збереження безпеки та децентралізації Layer 1: Layer 2 обробляє транзакції поза ланцюгом, що дозволяє мережі зберігати безпеку й децентралізацію Layer 1. Головний ланцюг виступає фінальним шаром розрахунків і гарантує надійність.

• Прискорення мікротранзакцій: Позаланцюгова обробка дозволяє значно пришвидшити мікроплатежі. Стають можливими сценарії дрібних та миттєвих транзакцій, що раніше були недоступні для традиційних блокчейнів.

• Зниження вартості транзакцій: Позаланцюгова обробка суттєво зменшує комісії, розвантажуючи головний ланцюг.

Недоліки

• Проблеми інтероперабельності: Користувачі Layer 2 обмежені протоколами вибраного рішення, що ускладнює взаємодію між блокчейнами. Інтеграція між різними Layer 2-рішеннями залишається складною.

• Ризики безпеки та конфіденційності: Позаланцюгова обробка транзакцій породжує нові виклики щодо захисту даних. Необхідні додаткові заходи безпеки.

• Фрагментація ліквідності: Велику кількість Layer 2-рішень може спричинити розпорошення ліквідності, впливаючи на досвід користувачів.

Вирішення проблем Layer 2

Для вирішення проблем Layer 2 використовують різні технічні підходи. Нижче наведено основні рішення цього рівня.

Вкладені блокчейни: розподіл обробки через структури "батько-дочка"

Вкладені блокчейни — це ієрархічні структури, в яких один блокчейн містить інші блокчейни. Вони складаються з головного ланцюга — основної мережі — та кількох дочірніх ланцюгів на його основі. Головний ланцюг визначає загальні правила, а дочірні ланцюги виконують окремі завдання з обробки.

Завдяки розподілу обробки через структуру "батько-дочка" навантаження головного ланцюга зменшується, що підвищує масштабованість. Дочірні ланцюги можуть використовувати власні механізми консенсусу й оптимізуватися під конкретні задачі. OMG Plasma — приклад інфраструктури вкладених Layer 2-блокчейнів на Ethereum.

State Channels: швидкі позаланцюгові транзакції

State channels з'єднують блокчейни з позаланцюговими каналами транзакцій, забезпечуючи двосторонню комунікацію. State channels не потребують перевірки вузлами головної мережі, що сильно пришвидшує обробку транзакцій.

Учасники фіксують початковий стан каналу на головному ланцюгу, далі вільно здійснюють транзакції поза блокчейном. Після завершення на головний ланцюг записується лише фінальний стан і зміни, а не всі проміжні операції, що підвищує ефективність.

Liquid Network, Raiden Network Ethereum, Celer і Bitcoin Lightning — приклади state channels. Проте варто враховувати, що state channels можуть жертвувати частиною децентралізації для досягнення масштабованості.

Sidechains: незалежні паралельні ланцюги

Sidechains — це незалежні транзакційні ланцюги, що працюють паралельно з блокчейном. Вони можуть використовувати альтернативні механізми консенсусу та оптимізуватися під швидкість і масштабованість. Головний ланцюг слугує гарантом безпеки, підтверджує зведені транзакції та розв’язує суперечки.

На відміну від state channels, sidechains публікують транзакції і побудовані так, щоб порушення безпеки на sidechain не впливало на головний ланцюг. Це мінімізує ризики для основної мережі.

Втім, створення sidechain потребує розробки інфраструктури "з нуля", що є витратним і складним процесом. Sidechains також мають власних валідаторів, що формує окрему модель безпеки.

Ключові відмінності між Layer 1 і Layer 2

Між Layer 1 і Layer 2 існує низка суттєвих відмінностей. Ось головні з них.

1: Визначення

Layer 1 — це методи масштабування, які модернізують базовий шар блокчейну задля підвищення швидкості та пропускної здатності. Сюди входить збільшення розміру блоку та зміна алгоритмів консенсусу. Layer 1-рішення покращують мережу шляхом зміни фундаментального протоколу.

Layer 2 — це позаланцюгові рішення, які зменшують навантаження на головний ланцюг шляхом зовнішньої обробки даних. Окремі транзакції чи інформаційні задачі делегуються Layer 2-протоколам, мережам або застосункам, які потім звітують головному блокчейну. Це дозволяє розвантажити головний ланцюг і прискорити транзакції.

2: Принцип роботи

Layer 1-фокус зміщений на зміни базового протоколу блокчейн-мережі. Впровадження Layer 1-рішень вимагає прямої модифікації протоколу, а такі зміни складно скасувати при суттєвому падінні обсягу транзакцій. Необхідний консенсус і оновлення всієї мережі.

Layer 2 працює незалежно як позаланцюгове рішення. Позаланцюгові протоколи, мережі й рішення передають головному блокчейну лише фінальні результати, забезпечуючи масштабованість без змін основного протоколу.

3: Види рішень

Для Layer 1 характерні вдосконалення протоколу консенсусу та шардинг. Масштабування може також включати зміну розміру блоку чи швидкості його генерації. Такі методи покращують продуктивність через зміну фундаментальної структури блокчейну.

Layer 2 практично не має обмежень щодо реалізації. Будь-який протокол, мережа чи застосунок можуть виступати Layer 2-рішенням поза ланцюгом, забезпечуючи масштабованість для різних сценаріїв.

4: Якість

Layer 1 — це авторитетне джерело даних і фінальне врегулювання транзакцій. Використовує нативні токени й надає доступ до мережевих ресурсів. Інновації у механізмах консенсусу — ключова риса. Layer 1-зміни впливають на всю мережу, тому потрібне ретельне планування та реалізація.

Layer 2 забезпечує функціонал, аналогічний Layer 1, але підвищує пропускну здатність і програмованість та знижує вартість транзакцій. Кожне Layer 2-рішення має власний спосіб переадресації транзакцій на відповідний Layer 1. Layer 2 використовує безпеку головного ланцюга для швидких і недорогих транзакцій.

Майбутнє масштабування блокчейну

Масштабованість — основний бар’єр для масового впровадження блокчейну. Зі зростанням попиту на криптовалюту блокчейн-платформи мають забезпечувати більшу масштабованість. Layer 1 і Layer 2 мають свої особливості й переваги.

Layer 1-рішення дають фундаментальні покращення для довгострокової стійкості мережі. Layer 2-рішення пропонують негайні переваги масштабованості та покращують користувацький досвід. Майбутнє масштабування блокчейну передбачає інтеграцію обох рівнів.

Останнім часом багато блокчейн-проєктів використовують комплексні стратегії масштабування, що поєднують Layer 1 і Layer 2. Наприклад, Ethereum розвиває шардинг як Layer 1-рішення і rollups як Layer 2-рішення.

З’явилася також концепція Layer 0. Layer 0-блокчейни створюють базову інфраструктуру для запуску нових ланцюгів і міжланцюгової інтеграції. Ланцюги на Layer 0 можуть взаємодіяти між собою та з іншими блокчейнами. Layer 0 — основа для Layer 1-блокчейнів. Серед відомих Layer 0 — Cosmos, Polkadot і Avalanche. Cosmos, зокрема, є фундаментом для багатьох блокчейн-платформ.

У перспективі блокчейн-екосистема розвиватиметься у багаторівневу структуру з інтеграцією Layer 0, Layer 1 і Layer 2. Така еволюція сприятиме вирішенню трилеми безпеки, децентралізації й масштабованості, давши блокчейн-інфраструктурі змогу підтримувати масове впровадження.

FAQ

Які ключові відмінності між Layer 1 і Layer 2?

Layer 1 — це базовий рівень блокчейну, Layer 2 — позаланцюгові технології, що працюють поверх нього. Layer 2 обробляє транзакції поза головним ланцюгом, суттєво підвищуючи масштабованість і знижуючи комісії.

Які переваги та недоліки рішень Layer 2, таких як Lightning Network чи Polygon?

Основні переваги — значно нижчі комісії, більша швидкість транзакцій і кращий користувацький досвід. Недоліки — компроміси у безпеці та децентралізації, фрагментація між Layer 2-мережами й підвищена складність для користувачів.

Коли обирати Layer 1, а коли Layer 2?

Layer 1 оптимальний для великих транзакцій із підвищеними вимогами до безпеки. Layer 2 доцільний для частих, невеликих транзакцій, де важливі швидкість і низькі комісії. Вибір відповідного рівня для кожної задачі забезпечує ефективні операції.

Чи є Layer 2 безпечним? Чи існують додаткові ризики порівняно з Layer 1?

Layer 2 зазвичай є безпечним, проте має дещо вищі ризики, ніж Layer 1. Ключові питання — якість аудиту смарт-контрактів і централізація секвенсерів. Провідні протоколи постійно вдосконалюються, і рівень безпеки з часом має відповідати Layer 1.

Чим відрізняються Layer 2-рішення для Bitcoin і Ethereum?

Layer 2-рішення для Ethereum підтримують смарт-контракти й складні транзакції, а для Bitcoin орієнтовані на прості платежі. Ethereum вирізняється спадковою безпекою, Bitcoin — ефективністю транзакцій.