Чим Layer 1 відрізняється від Layer 2?

Що таке блокчейн-трілема?

Трілема масштабованості блокчейна — це фундаментальна проблема досягнення безпеки, децентралізації та масштабованості одночасно в блокчейн-системах. Ця концепція є основним теоретичним підґрунтям для розвитку блокчейн-технологій.

Згідно з трілемою, блокчейн може оптимізувати лише дві з трьох властивостей одночасно, а максимізація всіх трьох є технічно надскладною. Тому сучасні блокчейн-технології змушені жертвувати однією з ключових характеристик для збереження практичної функціональності. Це обмеження вважається фундаментальною дилемою дизайну блокчейна.

Bitcoin є класичним прикладом трілеми. Цей блокчейн оптимізує децентралізацію та безпеку, але жертвує масштабованістю. Наприклад, Bitcoin опрацьовує близько семи транзакцій на секунду — це набагато менше, ніж у звичайних платіжних системах.

Через технічні обмеження жодна криптовалюта не досягає всіх трьох характеристик на найвищому рівні. Кожен проєкт ставить у пріоритет дві або три властивості відповідно до власної мети, свідомо жертвуючи однією для оптимального балансу.

Розробники вже запропонували інноваційні технології та рішення для вирішення проблем масштабованості та блокчейн-трілеми. Залежно від реалізації, ці рішення впроваджуються як Layer 1 або Layer 2 і пропонують різні стратегії подолання трілеми.

Деякі криптовалюти забезпечують високу масштабованість, обробляючи тисячі транзакцій за секунду, але часто жертвують децентралізацією чи безпекою. Bitcoin та Ethereum вважаються найбільш безпечними й децентралізованими цифровими валютами з дизайном, що акцентує безпеку та децентралізацію. Layer 1-проєкти — Cardano, Avalanche, Solana — здобули ринкову увагу завдяки технічному вирішенню обмежень масштабованості Bitcoin та Ethereum.

Рішення масштабування Layer 1

Щоб зрозуміти різницю між масштабуванням Layer 1 і Layer 2, варто почати з визначення блокчейнів Layer 1. Layer 1 — це базові протоколи, які є основою блокчейн-систем. Це основні ланцюги — Bitcoin, Ethereum, Cardano — де остаточно записуються всі транзакції.

Рішення масштабування Layer 1 спрямовані на вдосконалення базового протоколу блокчейна для підвищення масштабованості. Вони пропонують методи збільшення потужності мережі, зокрема прямі зміни фундаментальних правил протоколу для підвищення пропускної здатності та швидкості обробки. Оскільки ці зміни впливають на основу блокчейна, їх впровадження вимагає ретельного проєктування.

Масштабування Layer 1 дозволяє збільшити місткість для даних і користувачів, часто завдяки більшим розмірам блоків або швидшому створенню блоків.

Серед масштабувальних рішень Layer 1 виділяються два основних підходи: зміна консенсусного протоколу та шардинг. Вони є базовими й ефективними стратегіями для масштабування блокчейн-мереж на рівні Layer 1.

Консенсусні механізми, такі як Proof of Stake (PoS), ефективніші на рівні протоколу, ніж Proof of Work (PoW). PoS забезпечує високу пропускну здатність при значно меншому енергоспоживанні. Шардинг натомість розподіляє навантаження мережі між кількома наборами даних (шардами), дозволяючи паралельну обробку для підвищення ефективності.

Переваги

• Фундаментальне підвищення масштабованості: Головна перевага рішень Layer 1 — це можливість покращити масштабованість на рівні протоколу. Завдяки фундаментальним змінам Layer 1 забезпечує стале підвищення масштабованості.

• Збалансована продуктивність: Layer 1 забезпечує високу масштабованість та економічну доцільність із збереженням децентралізації та безпеки, дозволяючи збалансований підхід до блокчейн-трілеми.

• Стійке зростання екосистеми: Масштабувальні рішення Layer 1 можуть інтегрувати нові інструменти, технології та інновації у базовий протокол, підтримуючи довгостроковий розвиток екосистеми.

Недоліки

Мережі Layer 1 мають відомі обмеження масштабованості. Bitcoin та інші великі блокчейни часто стикаються зі складнощами обробки транзакцій у періоди високого попиту. Перевантаження призводить до підвищення комісій і затримок транзакцій.

Консенсусний механізм Proof of Work (PoW), який використовується в Bitcoin, потребує значних обчислювальних ресурсів і енергії, створюючи екологічні та операційні витрати й акцентуючи необхідність екологічної сталості.

Вирішення проблем Layer 1

Для масштабування мереж Layer 1 потрібні фундаментальні структурні оновлення. Такі зміни суттєво покращують продуктивність, дозволяючи підтримувати більше користувачів і більший обсяг транзакцій.

Удосконалення консенсусного протоколу

Консенсусні алгоритми — основа узгодження в блокчейн-мережах. Вони важливі для перевірки дійсності транзакцій і підтримки цілісності децентралізованих мереж. Найпоширеніші алгоритми — PoW (Proof of Work) та PoS (Proof of Stake), кожен із власними характеристиками й перевагами.

PoW лишається найпоширенішим алгоритмом у великих блокчейнах, як-от Bitcoin, але має обмежену пропускну здатність і високе енергоспоживання. Майнерам потрібно витрачати великі обчислювальні ресурси для розв’язання складних задач, що створює вузькі місця масштабованості.

PoS забезпечує кращу пропускну здатність. У PoS власники токенів, які стейкають свої активи, стають валідаторами мережі. PoS дозволяє учасникам обробляти та перевіряти блоки транзакцій без енергоємних обчислень, підвищуючи енергоефективність і прискорюючи транзакції.

Ethereum повністю перейшов з PoW на PoS, щоб розширити потужність мережі, підвищити децентралізацію й зберегти безпеку. Це скоротило енергоспоживання Ethereum приблизно на 99,95% і значно покращило екологічний показник.

Шардинг

Шардинг — концепція, запозичена з розподілених баз даних, — нині є одним із найінноваційніших і найпопулярніших рішень масштабування Layer 1. Шардинг розділяє стан мережі блокчейна на окремі набори даних (шарди), дозволяючи паралельну обробку й суттєво збільшуючи потужність обробки.

Замість того, щоб кожен вузол працював із усією мережею, шардинг розбиває завдання на окремі частини, які можна обробляти одночасно — це значно підвищує пропускну здатність.

Кожен вузол призначається до конкретного шарда, а не зберігає повну копію блокчейна, що зменшує вимоги до сховища й дозволяє залучити більше учасників. Шарди надсилають докази на основний ланцюг і використовують міжшардову комунікацію для обміну адресами, станом та балансами.

Ethereum 2.0 (нині консенсусний рівень Ethereum), Zilliqa, Qtum і Tezos — провідні блокчейн-протоколи, які досліджують і впроваджують шардинг для підвищення масштабованості.

Рішення масштабування Layer 2

Layer 2 масштабування спрямоване на зменшення навантаження на основний ланцюг за допомогою мереж або технологій поверх блокчейн-протоколу. Позаланцюгові протоколи чи мережі суттєво підвищують масштабованість і ефективність.

Рішення Layer 2 передають навантаження обробки транзакцій блокчейн-протоколу на позаланцюгові архітектури, які виконують транзакції й оновлюють основний блокчейн лише фінальними результатами. Це дає змогу основному ланцюгу зосередитись на розрахунках і вирішенні спорів, звільняючи його від рутинних транзакцій.

Layer 2 спрощує делегування обробки даних допоміжним архітектурам, забезпечуючи ефективну й гнучку роботу. У результаті основний блокчейн уникає перевантаження й досягає високої масштабованості — знижуються комісії та прискорюються транзакції.

Lightning Network для Bitcoin — одне з найуспішніших і найпоширеніших Layer 2-рішень. Lightning Network, побудований на основі блокчейна Bitcoin, забезпечує миттєві та недорогі платежі. Існує багато інших Layer 2-рішень, кожне з яких підтримує різні стратегії масштабування понад Layer 1.

Переваги

• Збереження безпеки та децентралізації Layer 1: Layer 2 обробляє транзакції поза Layer 1, підвищує масштабованість із збереженням безпеки та децентралізації Layer 1. Остаточний розрахунок на основному ланцюгу гарантує збереження безпеки.

• Швидке виконання мікротранзакцій: Позаланцюгова обробка дозволяє Layer 2 значно прискорити мікротранзакції — це оптимально для малих платежів та ігрових транзакцій.

• Низькі комісії за транзакції: Позаланцюгова обробка суттєво знижує комісії, що є перевагою для щоденних платежів і транзакцій на малу суму.

Недоліки

• Обмежена взаємодія блокчейнів: Користувачі Layer 2 можуть бути обмежені протоколами обраних рішень, що ускладнює зв’язок між різними Layer 2-мережами та блокчейнами — це перешкода для інтероперабельності.

• Питання безпеки та конфіденційності: Layer 2 обробляє транзакції поза Layer 1, тому моделі безпеки й конфіденційності можуть відрізнятися. Кожне рішення має власні гарантії — користувачі мають розуміти ризики.

• Фрагментація ліквідності: Велику кількість Layer 2-рішень може призводити до фрагментації ліквідності, впливаючи на користувацький досвід.

Вирішення проблем Layer 2

Проблеми Layer 2 вирішуються різними технологічними підходами, кожен із унікальними особливостями та перевагами для конкретних сценаріїв використання.

Вкладені блокчейни: ієрархічна розподілена обробка

Вкладені блокчейни мають ієрархічну архітектуру з вторинними блокчейнами всередині основного ланцюга, підвищуючи ефективність і гнучкість. Основний ланцюг встановлює правила та гарантує безпеку, а дочірні ланцюги виконують спеціалізовану обробку для конкретних застосувань. Такий розподіл навантаження суттєво зменшує навантаження на основний ланцюг і підвищує масштабованість.

OMG Plasma — відомий приклад вкладеної Layer 2-інфраструктури на базі Ethereum. Plasma забезпечує високу пропускну здатність, обробляючи великі обсяги транзакцій на дочірніх ланцюгах і періодично звітуючи стан на основний ланцюг.

State Channels: швидка позаланцюгова обробка

State Channels з’єднують блокчейн-системи з позаланцюговими каналами транзакцій, забезпечуючи двосторонню комунікацію та швидку обробку без перевірки вузла основного ланцюга. Учасники відкривають канал, виконують низку позаланцюгових транзакцій і лише фінальний стан та зміни записують на основний ланцюг — це мінімізує комісії й час обробки.

Liquid Network, Raiden Network Ethereum, Celer та Bitcoin Lightning — провідні реалізації State Channels, які забезпечують ефективність для платежів і мікротранзакцій. State Channels часто жертвують децентралізацією заради масштабованості.

Сайдчейни: незалежні паралельні ланцюги

Сайдчейни — це незалежні ланцюги транзакцій, які працюють паралельно з основним блокчейном, часто із власними консенсусними механізмами й дизайном для швидкості й масштабованості.

Основний ланцюг забезпечує загальну безпеку, перевіряє агреговані транзакції та вирішує спори, а сайдчейни працюють автономно й обмінюються активами або даними з основним ланцюгом за потреби.

На відміну від State Channels, сайдчейни публічно записують транзакції, і їхня компрометація не впливає безпосередньо на основний ланцюг — це забезпечує прозорість і розділення безпеки. Створення сайдчейну вимагає нової інфраструктури, що може потребувати значних ресурсів.

Основні відмінності між Layer 1 і Layer 2

Визначення

Layer 1 підвищує пропускну здатність і обсяг транзакцій шляхом змін базового протоколу блокчейна — наприклад, збільшення розміру блоку, зміна алгоритму консенсусу або впровадження шардингу. Ці зміни впливають на всю мережу.

Layer 2 — це позаланцюгові рішення, що виконують обробку поверх основного блокчейна для зменшення його навантаження. Обробка транзакцій і даних делегується Layer 2-мережам чи застосункам, а на основний ланцюг передаються тільки фінальні результати. Це дозволяє досягти високої пропускної здатності та розвантажити основний ланцюг.

Механізм роботи

Масштабування Layer 1 передбачає зміни у протоколі, які потребують консенсусу мережі й іноді хардфорку. Після впровадження такі зміни складно скасувати — навіть якщо обсяг транзакцій зменшується.

Layer 2-рішення працюють автономно як позаланцюгові системи, виконують транзакції поза основним протоколом і звітують результати на основний ланцюг. Це дозволяє швидко впроваджувати рішення та постійно оновлювати їх.

Типи рішень

Layer 1 включає вдосконалення консенсусних протоколів і шардинг. Масштабування також може передбачати коригування розміру блоку, швидкості створення блоків і механізмів консенсусу для досягнення потрібних функцій.

Layer 2-рішення практично не мають обмежень щодо реалізації. Будь-який протокол, мережа чи застосунок можуть бути позаланцюговим Layer 2-рішенням. Популярні підходи — State Channels, сайдчейни, rollups, Plasma — кожен із власними характеристиками й перевагами.

Властивості та характеристики

Layer 1 — це першоджерело інформації та розрахунку транзакцій, використовує власні токени й забезпечує прямий доступ до ресурсів мережі. Інновації в консенсусі — ключова риса Layer 1, який гарантує найвищий рівень безпеки й децентралізації як фундамент блокчейна.

Layer 2 має подібні можливості з набагато більшою пропускною здатністю, програмованістю та нижчими комісіями. Кожне Layer 2-рішення по-своєму інтегрує транзакції в Layer 1, оптимізуючи різні компроміси. Layer 2 прагне успадкувати безпеку Layer 1 і водночас забезпечити ефективність.

Майбутнє масштабування блокчейна

Масштабованість залишається головним бар’єром для масового впровадження блокчейна. Зі зростанням попиту на криптовалюти й блокчейн-платформи вимоги до масштабування також зростатимуть.

Масштабування Layer 1 і Layer 2 мають різні витрати й переваги. Layer 1 забезпечує фундаментальні покращення, Layer 2 — гнучкість і швидке впровадження. Майбутнє масштабування ймовірно буде гібридним, із застосуванням Layer 1 і Layer 2.

Зокрема, постійне вдосконалення Layer 1 підвищить базову продуктивність, а Layer 2 створить середовище для конкретних сценаріїв — багаторівневий підхід стане стандартом. Така гібридна стратегія оптимізує баланс безпеки, децентралізації та масштабованості, пропонуючи практичні рішення блокчейн-трілеми.

FAQ

Які основні відмінності між Layer 1 і Layer 2?

Layer 1 — це сам блокчейн, Layer 2 — це позаланцюгові технології для обробки транзакцій поза основним ланцюгом. Layer 2 підвищує масштабованість, збільшує обсяг транзакцій і знижує комісії.

Які переваги Layer 2? (Комісії, швидкість тощо)

Layer 2 суттєво прискорює транзакції й може знизити комісії, наприклад gas, більш ніж на 90%. Масштабованість зростає, користувачі отримують швидкий і доступний досвід транзакцій.

Чим Layer 1 і Layer 2 відрізняються з точки зору безпеки?

Layer 1 — це основний блокчейн із найвищим рівнем безпеки. Layer 2 обробляє транзакції поза ланцюгом, забезпечує швидкість, але покладається на Layer 1 для безпеки. Layer 1 гарантує найвищу силу безпеки.

Які типи рішень Layer 2 існують (наприклад, Lightning Network, Polygon)?

Рішення Layer 2 — це Lightning Network (Bitcoin), Polygon (Ethereum), Arbitrum, Optimism та інші платформи для прискорення транзакцій і зниження комісій.

Коли слід використовувати Layer 1, а коли Layer 2?

Layer 1 найкращий для великих транзакцій і безпечного зберігання активів. Layer 2 оптимальний для повсякденних транзакцій і мікроплатежів, де важливі швидкість і низькі комісії.