Проблему трилеми блокчейну вперше запропонував засновник Ethereum, Віталік Бутерін. Трилема блокчейну полягає в нездатності блокчейну бути швидким, захищеним і децентралізованим одночасно. Зі зростанням популярності криптовалют збільшується кількість користувачів та транзакцій, що відбуваються на блокчейні щодня. Тому потрібні більш ефективні та масштабовані блокчейни, щоб відповідати всім потребам у обробці транзакцій та продуктів, побудованих на них.

Рішення масштабування рівня 2 дуже допомагають вирішити цю проблему. Блокчейни рівня 1, такі як Bitcoin і Ethereum, захищені та децентралізовані, але дуже повільні. Наприклад, Ethereum може обробляти лише близько 30 транзакцій на секунду (TPS). З мільйонами транзакцій, що відбуваються щодня, потрібне швидше рішення, яке не пожертвує безпеку блокчейну. Давайте докладніше розберемося, як досягти цього за допомогою рішень масштабування рівня 2.

Що таке Рівень 2?

Рівень 2 - це протокол, побудований на основі існуючого блокчейну (рівень 1) для підвищення продуктивності та виведення. Рівень 1 ділиться своїми транзакційними навантаженнями з цим додатковим рівнем, який з свого боку виконує транзакції та повертає результати на базовий рівень для постійного запису. Метою рішення масштабування рівня 2 є зменшення навантаження на базовий блокчейн, покращення швидкості обробки та, що найважливіше, вирішення проблем масштабованості, з якими стикаються блокчейни. З взаємодією між рівнем 1 та рівнем 2 блокчейн може досягти масштабованості, не пожертвуючи безпекою.

Рівень 2 також може бути названий рішеннями поза ланцюжком. Це тому, що вони надають каркас для обробки транзакцій, який є незалежним від базового блокчейну. Arbitrum, Polygon та Optimism - це рішення для масштабування рівня 2 для блокчейну Ethereum. Вони обробляють транзакції Ethereum та надсилають транзакційні дані назад на головний блокчейн. Транзакції на рівні 2 є дешевшими та швидшими. Наприклад, час блоку на мережі полігону становить приблизно 2 секунди, тоді як на Ethereum це близько 10 секунд. Вартість транзакції за допомогою Polygon коливається від $0.0005 до $0.2, тоді як на Ethereum вона може бути стільки, скільки $10 і навіть більше.

Чому потрібні рішення для масштабування на рівні 2?

Блокчейн має бути швидким, захищеним та децентралізованим. Але з проблемою трилеми блокчейну можна досягти лише дві з цих можливостей одночасно. Для вирішення цієї проблеми потрібні масштабні рішення. Зі зростанням кількості користувачів та транзакцій на блокчейнах рівня 1, таких як Bitcoin та Ethereum, потрібно збільшити пропускну здатність без ушкодження безпеки та децентралізації. Отже, потрібні масштабні рішення рівня 2.

Як працює Рівень 2?

Layer 2 включає всі рішення масштабування, розроблені для забезпечення масштабованості базового блокчейну. Вони призначені для прискорення транзакцій на рівні 1 без компромісів у безпеці та децентралізації. Транзакції на рівні 1 передаються на рівень 2 для обробки. Таким чином, рівень 2 полегшує базовий рівень від транзакційного навантаження.

Після обробки цих транзакцій рівень 2 повертає їх на базовий рівень. Існує регулярне спілкування між обома рівнями, це зроблено для того, щоб забезпечити, що децентралізація та безпека не постраждали на рівні 2. З видаленням транзакційного навантаження з рівня 1 базовий рівень стає менш перевантаженим і масштабованим.

Типи рішень для масштабування на рівні 2

Давайте розглянемо різні рішення для масштабування на рівні 2 та їхню роботу.

Rollups

Rollups поєднують купу транзакцій в одну транзакційну дані та відправляють її на головний ланцюжок блоків. Цей протокол економить багато місця на ланцюжку блоків, а також робить транзакції швидшими та дешевшими. Існують два типи rollups: Zero Knowledge та Optimistic rollups.

Rollups з нульовими знаннями

Також відомі як ZK-rollups, виконують обчислення поза ланцюжком та надсилають результат на головний ланцюжок. Результати відомі як доказ валідності. Доказ валідності означає, що всі транзакції були перевірені та безпечні для надсилання на базовий блокчейн. Zero Knowledge rollups - це доказ роботи (PoW), який відбувається поза ланцюжком. Це зменшує навантаження на головний блокчейн, тому транзакції обробляються швидше.

Оптимістичні Ролапи

Вони припускають, що транзакції за замовчуванням є хорошими та пересилають їх на головний ланцюг. Коли система стикається з викликом, система перевіряється, і будь-яка шахрайська транзакція, знайдена, скасовується, а відповідальний за блок валідатор отримує попередження. Транзакція тут повільніша порівняно з ZK-rollups, але Оптимістичні rollups пропонують більше безпеки та децентралізації.

Бічні ланцюги

Це окремі блокчейни, які працюють поряд з основним блокчейном. Вони використовують вбудовані в них ресурси, щоб зменшити навантаження на основний ланцюг. Вони використовують інформацію з базового ланцюга в поєднанні зі своєю віртуальною машиною для виконання смарт-контрактів або перевірки транзакцій, а потім надсилають остаточний результат назад до основного блокчейну. Сайдчейни не залежать від основного ланцюга і мають свої валідатори. Сайдчейни пропонують дешевші та швидші транзакції порівняно з їхнім материнським блокчейном. Хорошим прикладом сайдчейну є мережа Polygon, рішення для масштабування блокчейну Ethereum. Транзакції на Polygon швидші та дешевші порівняно з батьківським ланцюгом Ethereum.

Канали стану

Як зрозуміло з назви, канал служить сполучною ланкою між двома сторонами, що здійснюють транзакції. Канали дозволяють заблокувати свої кошти та торгувати віртуальною формою в швидшій та дешевшій мережі офчейн. Зрештою, транзакції перенаправляються до основного блокчейну. Це рішення можливе за допомогою смарт-контрактів або мультипідпису і схоже на те, що відбувається при використанні картки Visa. Ви відправляєте і отримуєте віртуальний номер, що представляє реальні гроші. Хорошим прикладом такого рішення для масштабування є мережа Bitcoin lightning. Ваш BTC заблокований кимось, хто підключений до основного блокчейну. Потім ви можете здійснювати звичайні транзакції, які будуть дешевшими та швидшими порівняно з мережею Bitcoin, наприкінці все перенаправляється до основного ланцюга. Мережа lightning була використана для масштабування Bitcoin, а також для уникнення високих транзакційних витрат.

Вкладений блокчейн

Це другорядний блокчейн, який знаходиться над головним ланцюжком. Головний блокчейн не бере участь у обробці транзакцій, а передає роботу та умови до вкладеного блокчейну, який повертає результати після завершення роботи. Головний ланцюжок відповідає за забезпечення безпеки всього налаштування. Це зменшує навантаження на головний ланцюжок та покращує роботу блокчейну.

Рішення масштабування Bitcoin на 2 рівні

Біткоін Мережа Lightning

Мережа Lightningбуло ефективним у масштабуванні мережі Bitcoin. Як інші рішення щодо масштабування, операції обробляються поза ланцюгом та повертаються на головний ланцюг. Це знімає транзакційне навантаження з основного ланцюга, роблячи мережу масштабованою. Середній час транзакції в мережі Bitcoin становить близько 10, але за допомогою мережі Lightning це відбувається за кілька мілісекунд. Користувачі можуть відчути низькі витрати на транзакції та швидкі платежі.

Рішення масштабування Ethereum на рівні 2

З можливістю впровадження розумних контрактів багато проектів вважають за доцільне будувати на блокчейні Ethereum. Це призвело до високих комісій за транзакції та сповільнених транзакцій, оскільки мережа стає більш перенаселеною, отже потрібне масштабування. З тих пір наростає багато масштабних рішень. Існують 2 основні групи рішень для масштабування другого рівня на блокчейні Ethereum, а саме: узагальнені та спеціалізовані застосування для рішень для масштабування другого рівня.

Загальні рішення по масштабуванню схожі на головний ланцюжок, але пропонують дешевші та швидші транзакції. Усі функції, доступні в рівні 1, також присутні в них. DApps можуть бути розгорнуті на цих рішеннях по масштабуванню, оскільки вони служать тій самій меті, що і головний ланцюжок. Приклади загальних рішень по масштабуванню включають Arbitrum One, Optimism, Boba Network, StarkNet тощо.

Рішення масштабування, спеціалізовані для конкретних додатків в мережі. Вони розроблені для оптимізації та покращення продуктивності. Хорошим прикладом є децентралізована біржа dydx для торгівлі криптовалютою. Інші приклади включають Loopring, zKSync, ZKSpace, Aztec тощо.

Висновок

Трілема блокчейну була головною проблемою, з якою стикається зростання та ухвалення криптовалюти. Блокчейни рівня 1, як правило, повільні у обробці транзакцій. Спроба прискорити їх призведе до зміни одного з важливих факторів, тому потрібні рішення масштабування рівня 2. Ці протоколи запобігають тому, щоб блокчейни рівня 1 ставали надто незручними та перенасиченими, тому транзакції відбуваються швидше та дешевше. Побудова рішення рівня 2 не вимагає зміни батьківського ланцюжка, тому безпека всього блокчейну не порушується в цілому процесі.