Понимание основы: что на самом деле делают блокчейны уровня 1

Bitcoin представил чертеж для децентрализованных финансов в 2009 году, доказывая, что цифровые валюты могут работать без центральных органов. Однако за этой революционной идеей скрывается сложная техническая инфраструктура — в частности, блокчейны уровня 1, которые делают возможными безопасные одноранговые транзакции. Чтобы по-настоящему понять, как работает современная криптовалюта, необходимо понять, что такое протоколы Layer 1 и почему они образуют основу каждой блокчейн-сети.

Layer 1: базовый протокол, который управляет всем

Блокчейн уровня 1 — это базовый программный слой, на котором происходят все обработки транзакций и обеспечивается безопасность сети. Можно представить его как совмещение правил и судьи — он устанавливает стандарты, которым должен следовать каждый участник, и автоматически применяет эти правила через код.

В своей сути блокчейн уровня 1 содержит все необходимые инструкции о том, как функционирует криптовалюта. Узлы (компьютеры, которые управляют сетью) используют эти спецификации для проверки транзакций, распространения новых данных и поддержания общего реестра. Поскольку Layer 1 занимает базовый уровень архитектуры криптопроекта, разработчики иногда используют термин «мейннет» для его описания.

Ключевое отличие: блокчейны уровня 1 являются самодостаточными. Они не зависят от других систем для проверки транзакций или обеспечения безопасности. Это делает их настоящей основой криптоэкосистемы.

Как сети Layer 1 поддерживают доверие и безопасность

Каждый блокчейн уровня 1 сталкивается с одной и той же основной задачей: как тысячи независимых компьютеров могут согласовать, какие транзакции действительны, когда нет центрального органа для их проверки? Ответ — механизм консенсуса — набор правил и алгоритмов, которые координируют операторов узлов и устанавливают общее доверие.

Системы Proof-of-Work

Bitcoin использует proof-of-work, при котором узлы соревнуются в решении сложных математических задач каждые 10 минут. Первый компьютер, решивший задачу, добавляет следующую партию транзакций и получает BTC в качестве награды. Такой подход создает вычислительную безопасность: атака на сеть обойдется дороже в электроэнергии и оборудовании, чем может получить злоумышленник.

Недостаток — высокая энергозатратность. Сеть Bitcoin потребляет значительное количество энергии, потому что каждый узел участвует в этом вычислительном соревновании независимо.

Системы Proof-of-Stake

Новые блокчейны уровня 1, такие как Ethereum и Solana, используют proof-of-stake, при котором валидаторы блокируют криптовалюту в сети, чтобы получить право проверять транзакции. Если валидаторы ведут себя неправильно, они теряют свои заложенные монеты через механизм «slashing» — встроенное наказание.

Этот подход использует значительно меньше энергии, чем proof-of-work, но вводит другую торговую офф: у валидаторов с большим количеством криптовалюты больше влияния на сеть.

Чем отличаются блокчейны уровня 1: ключевые примеры

Современные блокчейны уровня 1 имеют разные архитектурные решения, и эти выборы напрямую влияют на производительность каждой сети.

Bitcoin работает на proof-of-work и ставит безопасность превыше всего. Его код требует шести подтверждений для окончательного закрепления транзакций. Кроме того, Bitcoin автоматически уменьшает предложение новых BTC каждые четыре года через событие, называемое «халвинг», что создает контролируемый график инфляции.

Ethereum изначально был proof-of-work блокчейном, похожим на Bitcoin, но в 2022 году прошел крупное обновление под названием «Merge», чтобы перейти на proof-of-stake. Это снизило энергопотребление на 99,95%. Также Ethereum внедрил динамическое управление токенами — блокчейн автоматически сжигает часть транзакционных сборов, чтобы регулировать предложение ETH и предотвращать чрезмерную инфляцию.

Solana конкурирует по скорости и стоимости. Его архитектура уровня 1 способна обрабатывать до 50 000 транзакций в секунду, по сравнению с 12-15 TPS у Ethereum на базовом слое. Такой пропускной способности достигается за счет оптимизированного дизайна консенсуса и параллельной обработки транзакций.

Litecoin был форком Bitcoin, но с измененной алгоритмической частью для ускорения времени блока и снижения комиссий. Его уровень 1 по-прежнему использует proof-of-work, но делает упор на скорость, а не на безопасность.

Cardano сочетает proof-of-stake с принципами академических исследований. Основанный Чарльзом Хоскинсоном (ранее из Ethereum), Cardano делает акцент на рецензируемой разработке и поддержке сторонних приложений.

Основная проблема: реальные ограничения блокчейнов уровня 1

Децентрализация и безопасность требуют строгих правил. Блокчейны уровня 1 сознательно используют жесткий, детерминированный код — все работают по одному протоколу, все проверяют одни и те же правила. Эта жесткость обеспечивает предсказуемость и предотвращает мошенничество, но создает проблему, которую соучредитель Ethereum Виталик Бутерин назвал «триумвиратом блокчейна»: невозможно одновременно максимизировать децентрализацию, безопасность и масштабируемость. Нужно пожертвовать одним из них.

Bitcoin ставит приоритет на децентрализацию и безопасность, а не на скорость. Ethereum также фокусируется на децентрализации и безопасности, но испытывает трудности с пропускной способностью транзакций. Solana делает ставку на скорость и низкие издержки, концентрируя больше власти у меньшего числа валидаторов.

Еще один лимит уровня 1 — плохая межоперабельность. Поскольку каждый уровень 1 имеет уникальный код и стандарты, перемещение криптовалюты между разными блокчейнами или использование приложений на нескольких сетях технически сложно. Проекты вроде Cosmos и Polkadot специально решают эту проблему «интероперабельности», создавая мосты и протоколы межцепочечной коммуникации.

Появляются новые решения масштабирования. Разработчики Ethereum работают над «шардингом», который разделяет блокчейн на меньшие сегменты данных. Это снижает вычислительную нагрузку на каждый узел, позволяя сети обрабатывать больше транзакций без необходимости хранения полного реестра каждым участником.

Layer 1 против Layer 2: понимание иерархии

По мере развития криптовалют разработчики поняли, что можно создавать вторичные системы поверх уже существующих блокчейнов уровня 1. Эти решения Layer 2 наследуют безопасность Layer 1, добавляя новые возможности.

Сети Layer 2, такие как Arbitrum, Optimism и Polygon, работают поверх Ethereum. Пользователи переводят активы в эти системы для получения более высокой скорости (иногда в 100 раз быстрее) и значительно меньших комиссий. Когда пользователь завершает транзакции на Layer 2, окончательное подтверждение происходит обратно на Ethereum Layer 1.

Ключевое отличие: блокчейны уровня 1 выпускают «монеты», которые являются неотъемлемой частью их протокола (например, BTC и ETH). Проекты Layer 2 выпускают «токены», которые существуют только поверх Layer 1 (например, MATIC Polygon и ARB Arbitrum). Монеты — основные средства платежа; токены — дополнительные функции.

Такой многоуровневый подход позволяет блокчейнам уровня 1 сохранять безопасность и децентрализацию, а решения Layer 2 — оптимизировать скорость и стоимость. Это стало стандартной архитектурой для масштабирования криптовалютных сетей.