Проблема трилеммы блокчейна была впервые предложена основателем Ethereum, Виталиком Бутериным. Трилемма блокчейна заключается в невозможности одновременного обеспечения быстроты, безопасности и децентрализации блокчейна. С увеличением популярности криптовалют наблюдается постоянный рост числа пользователей и транзакций, которые ежедневно происходят на блокчейне. Поэтому возникает необходимость в более эффективных и масштабируемых блокчейнах, чтобы справиться со всей обработкой транзакций и продуктами, построенными на них.

Решения масштабирования уровня 2 сильно помогли решить эту проблему. Блокчейны уровня 1, такие как Bitcoin и Ethereum, защищены и децентрализованы, но очень медленные. Например, Ethereum может обрабатывать всего около 30 транзакций в секунду (TPS). При ежедневном миллионе транзакций требуется более быстрое решение, которое не компрометировало бы безопасность блокчейна. Давайте поподробнее разберем, как достичь этого с помощью решений масштабирования уровня 2.

Что такое Уровень 2?

Уровень 2 - это протокол, построенный поверх существующего блокчейна (уровень 1) для увеличения производительности и выходных данных. Уровень 1 делится своей транзакционной нагрузкой с этим дополнительным уровнем, который в свою очередь выполняет транзакции и отправляет результаты обратно на базовый уровень для постоянной записи. Целью решения масштабирования уровня 2 является снижение нагрузки на базовый блокчейн, улучшение скорости обработки и, что самое важное, решение проблем масштабируемости, с которыми сталкиваются блокчейны. Благодаря взаимодействию между уровнем 1 и уровнем 2 блокчейн может достичь масштабируемости, не жертвуя при этом безопасностью.

Уровень 2 также может называться внеланцевыми решениями. Это потому, что они предоставляют структуру для обработки транзакций, независимую от базового блокчейна. Arbitrum, Polygon и Optimism являются решениями масштабирования уровня 2 блокчейна Ethereum. Они обрабатывают транзакции Ethereum и отправляют транзакционные данные обратно на главный блокчейн. Транзакции дешевле и быстрее на уровне 2. Например, время формирования блока в сети Polygon составляет примерно 2 секунды, в то время как в Ethereum это примерно 10 секунд. Стоимость транзакции с использованием Polygon варьируется от $0.0005 до $0.2, в то время как в Ethereum она может достигать $10 и даже больше.

Зачем нужны масштабируемые решения уровня 2?

Блокчейн должен быть быстрым, безопасным и децентрализованным. Но с проблемой трилеммы блокчейна можно достичь только двух из этих функций одновременно. Для решения этой проблемы необходимы масштабируемые решения. С увеличением числа пользователей и транзакций на блокчейнах уровня 1, таких как Биткойн и Эфириум, требуется повышенная пропускная способность без ущерба для безопасности и децентрализации. Отсюда и потребность в масштабируемых решениях уровня 2.

Как работает Уровень 2?

Уровень 2 включает в себя все масштабируемые решения, разработанные для обеспечения масштабируемости базовой блокчейн. Они предназначены для ускорения транзакций на уровне 1 без ущерба для безопасности и децентрализации. Транзакции на уровне 1 передаются на уровень 2 для обработки. Таким образом, уровень 2 облегчает базовый уровень от транзакционной нагрузки.

Уровень 2 после обработки этих транзакций возвращает их на базовый уровень. Между обоими уровнями есть регулярное взаимодействие, это сделано для обеспечения децентрализации и безопасности на уровне 2. Сняв транзакционную нагрузку с уровня 1, базовый уровень становится менее перегруженным и масштабируемым.

Типы решений масштабирования уровня 2

Давайте взглянем на различные решения масштабирования уровня 2 и то, как они работают.

Rollups

Роллапы объединяют множество транзакций в одни транзакционные данные и отправляют их на основной блокчейн. Этот протокол экономит много места на блокчейне, а также делает транзакции быстрее и дешевле. Существуют два типа роллапов: роллапы с нулевым доказательством и оптимистические роллапы.

Роллапы с нулевым доказательством

Также известные как ZK-rollups, они выполняют внеблоковые вычисления и отправляют результат на основную цепь. Результаты известны как доказательства достоверности. Доказательство достоверности означает, что все транзакции были проверены и их можно безопасно отправить в базовую блокчейн. Zero Knowledge rollups используют доказательство работы (PoW), происходящее вне блокчейна. Это снижает нагрузку на основной блокчейн, поэтому транзакции обрабатываются быстрее.

Оптимистичные Rollups

Они предполагают, что транзакции по умолчанию хороши и переносят их на основную цепь. Когда система сталкивается с проблемой, система проверяется, и любая обнаруженная мошенническая транзакция аннулируется, а ответственный за блок валидатор получает предупреждение. Транзакция здесь медленнее по сравнению с ZK-rollups, но Оптимистические rollups предлагают большую безопасность и децентрализацию.

Сайдчейны

Они являются отдельными блокчейнами, которые работают параллельно с основным блокчейном. Они используют встроенные в них ресурсы, чтобы снизить нагрузку на основную цепь. Они используют информацию из базовой цепи в сочетании со своим виртуальным исполнительным устройством для выполнения смарт-контрактов или проверки транзакций, после чего отправляют окончательный результат обратно в основной блокчейн. Боковые цепи независимы от основной цепи и имеют своих валидаторов. Боковые цепи предлагают более дешевые и быстрые транзакции по сравнению с их родительским блокчейном. Хорошим примером боковой цепи является сеть Polygon, решение для масштабирования блокчейна Ethereum. Транзакции на Polygon выполняются быстрее и дешевле по сравнению с родительской цепью Ethereum.

Каналы состояния

Как следует из названия, канал служит связующим звеном между двумя транзакционными сторонами. Каналы позволяют вам блокировать ваши средства и торговать виртуальной формой на более быстрой и дешевой внебиржевой сети. В конце концов, транзакции пересылаются на главную блокчейн. Это решение возможно с использованием смарт-контрактов или мультиподписи и аналогично тому, что происходит при использовании визовской карты. Вы отправляете и получаете виртуальное числовое представление реальных денег. Хорошим примером этого решения масштабирования является сеть молний Bitcoin. Ваши BTC блокируются с кем-то, связанным с главной блокчейн. Затем вы можете выполнять свои обычные транзакции, которые будут дешевле и быстрее по сравнению с сетью Bitcoin, в конце концов все пересылается на главную цепочку. Сеть молний была использована для масштабирования Bitcoin и также для избегания высоких транзакционных издержек.

Вложенный блокчейн

Это вторичная блокчейн, которая находится поверх основной цепи. Основная блокчейн не участвует в обработке транзакций, а скорее делегирует работу и условия Gate.io на вложенный блокчейн, который возвращает результаты после завершения работы. Основная цепь отвечает за обеспечение безопасности всей системы. Это снижает нагрузку на основную цепь и улучшает работу блокчейн.

Решения масштабирования Bitcoin Layer 2

Сеть молний Bitcoin

The Молниеносная сетьбыл эффективен в масштабировании сети биткойна. Как и другие решения по масштабированию, транзакции обрабатываются вне цепочки и возвращаются на основную цепочку. Это снимает транзакционную нагрузку с базовой цепочки, делая сеть масштабируемой. Среднее время транзакции в сети биткойна составляет около 10, но с сетью Lightning это происходит в течение миллисекунд. Пользователи могут испытать низкие транзакционные издержки и более быстрые платежи.

Решения масштабирования Ethereum Уровня 2

С возможностью развертывания смарт-контрактов многие проекты считают целесообразным строить на блокчейне Ethereum. Это привело к повышенным комиссиям за транзакции и медленным операциям, поскольку сеть становится более загруженной, следовательно, возникает необходимость в решении масштабирования. С тех пор появилось много решений масштабирования. Существуют 2 основных группы решений масштабирования Уровня 2 на блокчейне Ethereum, а именно: Обобщенные и Прикладные специальные решения масштабирования Уровня 2.

Обобщенные решения масштабирования аналогичны основной цепочке, но предлагают более дешевые и быстрые транзакции. Все функции, доступные на уровне 1, также присутствуют в них. DApps могут быть развернуты на этих решениях масштабирования, так как они служат тому же цели, что и основная цепочка. Примеры обобщенных решений масштабирования включают Arbitrum One, Optimism, Boba Network, StarkNet, и т. д.

Решения масштабирования, специфичные для приложений, разработаны для конкретных приложений в сети. Они предназначены для оптимизации и улучшения производительности. Хорошим примером является децентрализованная биржа dydx для торговли криптовалютными активами. Другие примеры включают Loopring, zKSync, ZKSpace, Aztec и т. д.

Заключение

Трехлемм децентрализованных сетей блокчейн является основной проблемой, с которой сталкиваются криптовалюты. Блокчейны уровня 1 обычно медленно обрабатывают транзакции. Попытка ускорить их приведет к изменению одного из важных факторов, поэтому необходимы решения масштабирования уровня 2. Эти протоколы предотвращают перегруженность и перегруженность блокчейнов уровня 1, поэтому транзакции проходят быстрее и дешевле. Для создания решения уровня 2 не требуется изменение родительской цепи, поэтому безопасность всего блокчейна не подвергается риску во всем процессе.