Сегодня существует различные протоколы блокчейна. Однако не все протоколы блокчейна могут существовать независимо. Некоторым протоколам блокчейна требуется базовый уровень, в то время как другие - нет. Те, которые могут существовать независимо, являются блокчейнами уровня 1.

Блокчейны уровня 1 - это сети блокчейнов, которые могут обрабатывать все аспекты работы блокчейна, такие как консенсус, безопасность и обработка транзакций.

Блокчейны уровня 1 можно сравнить с фундаментом здания. Он предоставляет инфраструктуру или архитектуру, на которой строятся все другие приложения и протоколы на блокчейне. Помимо того, что служит основанием или базой здания, блокчейны уровня 1 определяют и устанавливают правила, регулирующие функционирование сети блокчейна.

Эти правила руководят тем, как транзакции проверяются в блокчейне, а также помогают поддерживать распределенный реестр блокчейна. У блокчейнов уровня 1 также есть свои собственные токены, которые используются для облегчения транзакций в блокчейне и мотивации майнеров. Bitcoin, Ethereum, Cardano и Polkadot являются популярными блокчейнами уровня 1 с BTC, ETH, ADA и DOT в качестве их соответствующих токенов.

История и развитие блокчейнов уровня 1

Биткойн был впервые представлен 31 октября 2008 года, когда псевдонимичная личность Сатоши Накамото выпустила девятистраничный белый доклад Биткойна под названием «Биткойн: Система электронных наличных средств для равных».

Хотя концепция технологии блокчейн не была совсем новой, белая книга Биткоина более ясно осветила технологию, на которой построен Биткоин, подчеркивая его роль в децентрализации Биткоина. Хотя изначально Биткоин был понятен только техническим энтузиастам, неизменный, прозрачный и безопасный способ проведения транзакций с Биткоином сделал его популярным среди новичков в области технологий. Все благодаря основному блокчейну, на котором он был построен.

Создание и выпуск биткойна проложили путь для изучения технологии блокчейн. В 2011 году Чарльз «Чарли» Ли, бывший инженер Google и выпускник MIT, выпустил первую альтернативную криптовалюту (альткоин), известную как Лайткоин. Хотя лайткоин имел функции, аналогичные биткойну, у него была более высокая скорость транзакций, чем у биткойна. В отличие от биткойна, который занимал около 10 минут на подтверждение транзакций, у лайткоина время подтверждения транзакции составляло 2,5 минуты.

Как и Bitcoin, Litecoin использует механизм консенсуса proof-of-work, где шахтёры должны работать, чтобы решить сложную математическую головоломку. Шахтёры, которые смогли решить математическую головоломку, получали 6,25 Litecoin в качестве стимула или вознаграждения за свои усилия. До создания Litecoin только пользователи с специализированными устройствами для майнинга могли участвовать в майнинге Bitcoin. Однако, когда был создан Litecoin, был использован алгоритм майнинга Scrypt.

Преимущество алгоритма майнинга Scrypt заключалось в том, что он обеспечивал более высокий уровень безопасности. Кроме того, он позволял пользователям с менее специализированными (не ASIC) аппаратными устройствами участвовать в процессе майнинга. Как и в случае с каждой криптовалютой, Litecoin испытал значительные улучшения. Заметное улучшение можно наблюдать в 2017 году, когда на блокчейн Litecoin был реализован Segregated Witness (SegWit). Эта реализация привела к увеличению масштабируемости блокчейна Litecoin.

По мере роста блокчейн-индустрии разработчики блокчейнов начали создавать блокчейны и криптовалюты, которые служили бы различным целям, стремясь устранить недостатки биткойна. В 2012 году Джед МакКалеб, Артур Бритто и Крис Ларсен объединились, чтобы создать компанию под названием OpenCoin, позже переименованную в Ripple Labs. Джед МакКалеб и его компаньоны создали Ripple — платежный протокол с собственной криптовалютой XRP.

XRP был создан прежде всего для облегчения быстрых и дешевых международных платежей. У него был другой блокчейн, известный как реестр XRP. В отличие от биткойна, который использует алгоритм консенсуса proof-of-work, в реестре XRP используется алгоритм консенсуса Ripple Protocol Consensus Algorithm (RPCA), где узлы, известные как уникальные списки узлов, проверяют и подтверждают транзакции, совершенные в реестре XRP. Лайткоин и Риппл продолжали иметь вторую и третью по величине рыночную капитализацию после биткойна, но это было о собиралось измениться.

В 2013 году компьютерный программист Виталик Бутерин опубликовал белую книгу под названием «Ethereum: A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform». В белой книге был представлен Ethereum миру. Ethereum имел гораздо более широкий случай использования, чем Bitcoin. Помимо использования для облегчения криптовалютных транзакций, Ethereum - это платформа, которая позволяет пользователям создавать децентрализованные приложения.

После того, как Виталик Бутерин опубликовал белую книгу Ethereum, к разработке проекта Ethereum присоединились несколько других компьютерных ученых, включая Гавина Вуда, Чарльза Хоскинсона, Амира Четрита, Энтони Ди Йорио, Джеффри Уилке, Джозефа Любина и других. Основатели приступили к проведению первичного предложения монет (ICO) для финансирования проекта Ethereum в 2014 году. Между 22 июля и 2 сентября 2014 года через это ICO было собрано огромные $18 миллионов. Те, кто инвестировал в ICO Ethereum, обменивали свой биткойн (BTC) на нативный токен Ethereum, Эфир (ETH), с надеждой, что когда-нибудь стоимость Эфира взлетит ввысь.

Хотя Эфир был доступен к покупке, проект не стал действовать до 30 июля 2015 года, когда была выпущена первая версия Ethereum, Frontier. Этот запуск наконец позволил пользователям и разработчикам использовать блокчейн Ethereum для выполнения различных задач, начиная от проведения криптовалютных транзакций до создания смарт-контрактов. После выпуска первой версии Ethereum, Frontier, Ethereum прошел несколько обновлений.

17 сентября 2022 года на сети Ethereum было внесено значительное обновление - механизм консенсуса proof-of-stake. Этот переход был обусловлен безопасностью, масштабируемостью и энергоэффективностью механизма консенсуса proof-of-stake, который не такой энергоемкий и требовательный, как механизм консенсуса proof-of-work, который изначально использовался.

Рождение блокчейнов Bitcoin и Ethereum заложило основу для развития нескольких других блокчейнов уровня 1, которые предлагали значительно улучшенные функциональные возможности. Например, GateChain, разработанный криптовалютной биржей Gate.io, позволяет пользователям преодолевать кражу активов и потерю частных ключей. Блокчейн Solana, разработанный Анатолием Яковенко в 2020 году, обеспечивает улучшенную масштабируемость и скорость транзакций около 65 000 TPS, и было разработано несколько других блокчейнов уровня 1.

Понимание блокчейн трилеммы

Троице Блокчейн является концепцией, которую впервые представил Виталик Бутерин, один из сооснователей Ethereum, в марте 2017 года. блокчейн троичная дилеммасложно и в какой-то мере сложно добиться децентрализации, безопасности и масштабируемости для блокчейна. Это подразумевает, что сети блокчейна могут достичь только два из этих трех свойств или характеристик, жертвуя третьей свойство.

Децентрализация

Децентрализация является ключевой особенностью каждого публичного блокчейна. Это функция, которая позволяет пользователям публичного блокчейна осуществлять транзакции напрямую между собой без посредников или центральных органов. Децентрализация важна, потому что она дает пользователям полный контроль над их криптовалютными активами. Сеть блокчейна становится более децентрализованной с увеличением количества участников. Это происходит потому, что контрольная власть блокчейна распределена между всеми участниками в сети блокчейна.

Безопасность

Безопасность - вторая по важности характеристика публичного блокчейна. Все публичные блокчейны должны быть безопасными, что означает, что они должны выдерживать манипуляции и атаки со стороны злоумышленников. Для обеспечения безопасности блокчейны используют криптографию и алгоритмы консенсуса. Криптография помогает защитить конфиденциальность пользователей и обеспечивает согласованность данных.

Алгоритм консенсуса Proof-of-Work предотвращает манипулирование или вмешательство в блокчейн-сети злоумышленниками. Злоумышленники, которые хотят манипулировать сетью блокчейн с помощью этого алгоритма консенсуса, должны будут получить контроль над более чем 51% узлов в сети, что очень сложно.

Для алгоритма консенсуса Proof-of-Stake валидаторы или те, кто принимал бы участие в подтверждении транзакций в блокчейне Ethereum, должны были бы поставить на кону 32 ETH. Поскольку у каждого валидатора есть что-то в игре, он должен действовать честно, иначе рискует потерять свои средства.

Масштабируемость

Масштабируемость относится к способности блокчейн-сетей обрабатывать большие объемы транзакций без ухудшения производительности. Масштабируемость блокчейн-сетей важна, если технология блокчейн должна конкурировать с традиционными финансовыми системами. Хотя масштабируемость раньше была большой проблемой для блокчейнов уровня 1, исследования и усовершенствования постоянно проводятся для достижения масштабирования блокчейнов уровня 1.

Решение проблемы масштабируемости блокчейнов уровня 1

Для увеличения масштабируемости и улучшения пропускной способности или скорости обработки слоев 1 блокчейнов были разработаны различные решения масштабирования. К ним относятся увеличение размера блока, изменение механизма консенсуса, шардинг и использование SegWit.

Увеличение размера блока

Масштабируемый блокчейн - это тот, чей блок может содержать и обрабатывать большое количество транзакций блокчейна. Два известных способа масштабирования путем увеличения размера блока это;

1. Обновление кода блокчейна
2. Сегрегированный свидетель (SegWit)

Обновление кода Блокчейна

Обновление кода блокчейна для увеличения размера блока - отличный способ масштабирования и увеличения пропускной способности или скорости обработки транзакций блокчейнов. Именно это привело к созданию Bitcoin Cash (BCH) 1 августа 2017 года.

Из-за ограниченной масштабируемости блокчейна биткойна некоторые члены биткойн-сообщества посчитали необходимым увеличить размер блока биткойна с 1 МБ до 8 МБ. Хотя не все в биткойн-сообществе согласились с этим, сторонники этой идеи продолжали двигаться вперед.

Это привело к появлению Bitcoin Cash, форка Bitcoin. Bitcoin Cash может обрабатывать больше транзакций, чем Bitcoin, а именно, 100 транзакций в секунду, вместо семи транзакций в секунду Bitcoin. Хотя Bitcoin Cash может быть более масштабируемым, возникли другие проблемы, связанные с тем, что он не очень децентрализован.

Сегрегированный свидетель (SegWit)

Разделенный свидетель помогает масштабированию, уменьшая количество информации о транзакциях в блоке. Он делает это, удаляя цифровую подпись и другие данные свидетелей из основного блока и помещая их в блок SegWit. Сняв некоторую нагрузку с основного блока, основной блок сможет содержать и обрабатывать больше транзакций. SegWit был реализован на блокчейне биткойна для обеспечения более быстрых транзакций.

Транзакция блокчейна обычно состоит из 3 основных частей:

• Ввод: Ввод относится к источнику транзакции. Это человек, инициирующий транзакцию блокчейна.
• Output: Выход относится к получателю транзакции. Обычно выход содержит адрес кошелька получателя и сумму отправляемой криптовалюты.
• Цифровая подпись: Цифровая подпись - это доказательство того, что криптовалюта, которую тратят, связана с отправителем. Цифровая подпись подтверждает подлинность отправителя.

Изменение механизма консенсуса

Механизм согласования относится к способу достижения согласия участников сети блокчейн. Изменение механизма согласования - отличный способ улучшить масштабируемость блокчейнов. Вот почему Ethereum перешел от механизма согласования на основе работы к механизму согласования на основе доли.

Хотя механизм консенсуса proof-of-work обеспечивает большую безопасность сети блокчейн, он ограничивает масштабируемость. Изменение механизма консенсуса - отличный способ масштабирования сети блокчейн. Однако разработка нового механизма консенсуса часто требует лет и точного планирования.

Уровень 1 Шардинг

Шардинг - это форма разделения базы данных, при которой база данных блокчейна разбивается на более мелкие части для параллельной обработки транзакций. Это означает, что в случае шардинга сеть блокчейна разделяется на подмножества, известные как фрагменты. Каждый фрагмент состоит из набора узлов или компьютеров. После разделения каждому фрагменту назначаются различные транзакции для проверки.

Итак, предположим, что сеть блокчейн состоит из 1 000 узлов или компьютеров. Узлы могут быть разделены на 10 фрагментов, каждый из которых содержит примерно 100 узлов. Предположим, что нужно проверить 10 транзакций. Каждый фрагмент, состоящий из 100 узлов, будет проверять одну транзакцию, пока все 10 транзакций не будут проверены. Таким образом, транзакции проверяются одновременно и быстро.

Примеры блокчейнов уровня 1

Биткоин и Эфириум - самые известные примеры блокчейнов уровня 1. Биткоин использует механизм консенсуса proof-of-work, в то время как Эфириум в настоящее время использует механизм консенсуса proof-of-stake. Другие примеры блокчейнов уровня 1 - Solana, Avalanche, Flow, Cardano и Cosmos.

Solana

Solana - это платформа с открытым исходным кодом, созданная Анатолием Яковенко, бывшим сотрудником Qualcomm, в 2017 году. Анатолий создал Solana, чтобы решить проблему масштабируемости, которая тогда преследовала существующие протоколы блокчейн. Solana использует комбинацию алгоритмов консенсуса Proof-of-Stake и Proof-of-History. Для каждой транзакции, которая происходит в блокчейне Solana, Proof-of-History создает временную метку, которая впоследствии улучшает масштабируемость Solana.

Источник:Solana.com

Увеличенная масштабируемость блокчейна Solana позволяет ему обрабатывать тысячи транзакций в секунду. Родной токен SOL Solana был запущен в марте 2020 года. Токен SOL используется в качестве средства обмена на блокчейне Solana и вырос до уровня одной из десяти лучших криптовалют с рыночной капитализацией более 47 миллиардов долларов.

Лавина

Avalanche - это блокчейн уровня 1, запущенный Эмином Ган Сирером, генеральным директором Avalabs, в 2020 году. Блокчейн Avalanche использует алгоритм консенсуса Snow и также имеет свой собственный криптовалютный токен, известный как AVAX, который используется для совершения транзакций в сети блокчейна Avalanche.

Источник. avax.network

С момента своего выпуска в 2020 году рыночная капитализация Avalanche выросла до 14 миллиардов долларов, а ее монета AVAX входит в топ-10 криптовалют. Блокчейн avalanche направлен на улучшение масштабируемости и скорости обработки транзакций блокчейна и других протоколов блокчейна.

FLOW

Блокчейн потоков был создан компанией Dapper Labs, создателем блокчейн-игры cryptokitties, в 2009 году. Блокчейн flow был создан, чтобы предлагать масштабируемые решения для блокчейн-игр, NFT и других приложений в блокчейн-сети.

Источник: Flow.com

Блокчейн Flow использует алгоритм консенсуса proof-of-stake и имеет собственный криптовалютный токен под названием FLOW, который облегчает транзакции на блокчейне Flow. Капитализация Flow выросла до $1.05 миллиарда.

Cardano

Cardano - это открытый блокчейн уровня 1 с открытым исходным кодом, созданный Чарльзом Хоскинсоном, одним из сооснователей Ethereum. Хотя он был создан в 2015 году, запущен был только в 2017 году. Цель создания Cardano заключалась в устранении недостатков существующих протоколов блокчейна, связанных с масштабируемостью и вопросами взаимодействия.

Источник:Cardanofeed.com

Cardano позволил разработчикам и пользователям создавать децентрализованные приложения (DApps) и поддерживал смарт-контракты. Блокчейн Cardano имеет свой собственный токен, известный как ADA. С рыночной капитализацией около $19 миллиардов Cardano приобрел большую популярность в индустрии блокчейна, и его собственный токен ADA входит в топ-10 криптовалют.

Космос

Блокчейн Cosmos был создан в 2014 году и запущен в 2019 году. Cosmos - это блокчейн уровня 0, что означает, что блокчейны уровня 1 могут существовать на нем. Как блокчейн уровня 0, у Cosmos есть инфраструктура, которую блокчейны уровня 1 могут использовать для создания своих экосистем. В настоящее время в экосистеме Cosmos существует более 260 блокчейнов, поэтому люди называют его «интернетом блокчейнов».

Источник: cosmos.network

Объем цифровых активов, совершаемых по протоколу Cosmos, превышает $150 миллиардов. Нет ничего удивительного в этом развитии, учитывая, что соответствующий блокчейн размещает множество dApps, игр, рынков и проектов. Cosmos улучшает быструю окончательность транзакций, масштабируемость, безопасность и взаимодействие между блокчейнами.

Сравнение блокчейнов уровня 1 и уровня 2

Помимо блокчейнов уровня 1, которые служат строительным блоком сети криптовалют, существуют также блокчейны уровня 2. Блокчейн уровня 2 построен на блокчейне уровня 1. Хотя блокчейны уровня 2 зависят от безопасности и децентрализации блокчейнов уровня 1, они гораздо более масштабируемы, чем блокчейны уровня 1. Поэтому блокчейны уровня 2 имеют более высокую пропускную способность или скорость транзакции, чем блокчейны уровня 1.

Как и блокчейны уровня 1, блокчейны уровня 2 имеют свои собственные решения масштабирования, которые позволяют им проводить более высокие объемы транзакций на своей сети блокчейнов. Некоторые из этих решений масштабирования включают; роллапы, сайдчейны и каналы состояния.

Роллапы

Rollup - это процесс, при котором различные транзакции объединяются в одну транзакцию. Вместо индивидуальной обработки транзакций в сети блокчейн несколько различных транзакций удаляются из блокчейна и обрабатываются как одна транзакция вне цепи, после чего они возвращаются и записываются в основной блокчейн. Rollup - это эффективное решение масштабирования, поскольку увеличивает количество транзакций, которые могут быть обработаны в секунду.

Боковые цепи

Сайдчейны — это блокчейн-сети, которые обрабатывают транзакции независимо друг от друга. У них есть свой собственный механизм консенсуса и собственный набор валидаторов, которые позволяют им обрабатывать транзакции независимо от основной цепочки. Благодаря сайдчейнам блокчейны уровня 2 способны обрабатывать больше транзакций в данный момент времени.

Каналы состояния

Каналы состояния тесно похожи на боковые цепи, их транзакции записываются вне цепи. Однако эти транзакции обычно записываются оптом. Когда большая часть транзакций полностью обработана, это "полное" состояние транслируется на главную цепь, после чего оптовые транзакции записываются на главной цепи. Таким образом, блокчейны уровня 2 могут обрабатывать больше транзакций на своей главной цепи или сети блокчейнов.

Сводка решений масштабирования блокчейнов уровня 1 и уровня 2

)

Заключение

Мы видели, что блокчейны уровня 1 являются основой или фундаментом всех блокчейн-сетей. Они определяют правила, которые управляют функционированием блокчейна. Хотя у них может быть высокий уровень безопасности и децентрализации, масштабируемость часто является одной из их самых больших проблем.

Однако поскольку исследования по улучшению масштабируемости блокчейнов уровня 1 постоянно ведутся, мы можем ожидать значительных улучшений и блокчейнов, которые смогут обрабатывать криптовалютные транзакции большого объема.

Статья оригинальная и проверена на точность. Если статья принята, статья защищена авторским правом Gate.io.