Сьогодні існує безліч протоколів блокчейну. Однак не всі протоколи блокчейну можуть існувати незалежно. Деякі протоколи блокчейну потребують базового рівня, тоді як інші - ні. Ті, що можуть існувати незалежно, - це блокчейни рівня 1.

Layer 1 блокчейни - це блокчейн мережі, які можуть керувати всіма аспектами роботи блокчейну, такими як консенсус, безпека та обробка транзакцій.

Блокчейни рівня 1 можна уподібнити фундаменту будівлі. Він забезпечує інфраструктуру або архітектуру, на якій ґрунтуються всі інші програми та протоколи на блокчейні. Крім того, окрім того, що він служить фундаментом або базою для будівництва, блокчейни рівня 1 визначають та встановлюють правила, якими керується робота мережі блокчейн.

Ці правила визначають, як перевіряються транзакції на блокчейні, а також допомагають підтримувати розподілений реєстр блокчейну. Блокчейни першого рівня також мають свої власні токени, які використовуються для полегшення транзакцій на блокчейні та стимулювання майнерів. Біткоїн, Ефіріум, Кардано та Полкадот є популярними блокчейнами першого рівня з BTC, ETH, ADA та DOT як їх відповідними токенами.

Історія та розвиток блокчейнів рівня 1

Біткойн був вперше представлений 31 жовтня 2008 року, коли особа під псевдонімом Сатоші Накамото випустив дев'ятисторінковий технічний документ Bitcoin під назвою «Біткойн: однорангова електронна грошова система». У білій книзі викладені концепції та технічні деталі Bitcoin.

Хоча концепція технології блокчейну була не зовсім новою, біла книга Bitcoin більш детально розкрила технологію, на якій ґрунтується Bitcoin, підкресливши його роль у децентралізації Bitcoin. Хоча спочатку Bitcoin розуміли лише фанати технологій, незмінний, прозорий та безпечний спосіб здійснення транзакцій Bitcoin зробив його популярним серед новачків у сфері технологій. Все це завдяки базовому блокчейну, на якому він був побудований.

Створення та випуск Bitcoin відкрили шлях для вивчення технології блокчейну. У 2011 році Чарльз «Чарлі» Лі, колишній інженер Google та випускник MIT, випустив першу альтернативну криптовалюту (альткоїн), відому як Litecoin. Хоча у litecoin були функції, схожі на Bitcoin, він мав вищу швидкість транзакцій, ніж Bitcoin. На відміну від Bitcoin, який займав близько 10 хвилин на підтвердження транзакцій, у litecoin час підтвердження транзакцій становив 2,5 хвилини.

Подібно до Bitcoin, Litecoin використовує механізм консенсусу 'доказ роботи', де шахраї повинні працювати, щоб вирішити складну математичну задачу. Шахраї, які могли вирішити математичну задачу, отримували 6,25 Litecoins як стимул чи винагороду за свої зусилля. Перед створенням Litecoin лише користувачі з спеціалізованими пристроями для майнінгу могли брати участь у майнінгу Bitcoin. Однак коли був створений Litecoin, використовувався алгоритм майнінгу Scrypt.

Перевагою алгоритму майнінгу Scrypt було те, що він забезпечив кращу безпеку. Він також дозволив користувачам з менш спеціалізованими (не-ASIC) пристроями для обладнання брати участь у його процесі майнінгу. Так само, як і з кожною криптовалютою, Litecoin пережив значні поліпшення. Значне поліпшення можна побачити у 2017 році, коли на блокчейн Litecoin було впроваджено відокремлений свідок (SegWit). Ця реалізація призвела до збільшення масштабованості блокчейн Litecoin.

З розвитком галузі блокчейну розробники блокчейну почали створювати блокчейни та криптовалюти, які відповідали б різним використанням, шукаючи вдосконалення недоліків біткойна. У 2012 році Джед МакКалеб, Артур Брітто та Кріс Ларсен об'єдналися, щоб заснувати компанію під назвою OpenCoin, пізніше перейменовану на Ripple Labs. Джед МакКалеб і його товариші створили Ripple, платіжний протокол з власною криптовалютою XRP.

XRP був створений переважно для сприяння швидких і дешевих міжнародних платежів. Він мав інший блокчейн, відомий як XRP ledger. На відміну від Bitcoin, який використовує алгоритм підтвердження роботи, блокчейн XRP використовує алгоритм консенсусу протоколу Ripple (RPCA), де вузли, відомі як унікальні списки вузлів, підтверджують та підтверджують транзакції, виконані на блокчейні XRP. Litecoin та Ripple продовжували мати другий та третій за величиною ринкову капіталізацію після Bitcoin, але це мало змінитися.

У 2013 році Віталік Бутерін, комп'ютерний програміст, опублікував білу книгу під назвою «Ethereum: A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform». У білій книзі було представлено Ethereum світу. Ethereum мав набагато ширший варіант використання, ніж Bitcoin. Окрім того, як використовується для здійснення криптовалютних транзакцій, Ethereum є платформою, яка дозволяє користувачам будувати децентралізовані додатки.

Після того, як Віталік Бутерін опублікував білий папір Ethereum, до розробки проєкту Ethereum приєдналися кілька інших комп'ютерних вчених, включаючи Гавіна Вуда, Чарльза Хоскінсона, Аміра Четріта, Ентоні Ді Іоріо, Джеффрі Вільке, Джозефа Лубіна та інших. Засновники розпочали Ініціативну Розміщення Монет (ICO), щоб забезпечити фінансування проєкту Ethereum в 2014 році. Між 22 липня та 2 вересня 2014 року через цей ICO було зібрано неймовірних $18 мільйонів. Ті, хто інвестували в ICO Ethereum, торгували своїм Bitcoin (BTC) на нативний токен Ethereum, Ефір (ETH), сподіваючись, що вартість Ефіру колись підніметься дуже високо.

Хоча Ефір був доступний для покупки, проєкт не був запущений до 30 липня 2015 року, коли була випущена перша версія Ethereum - Frontier. Цей запуск нарешті дозволив користувачам та розробникам використовувати блокчейн Ethereum для виконання різних завдань, починаючи від проведення криптовалютних транзакцій до створення смарт-контрактів. Після випуску першої версії Ethereum - Frontier, Ethereum пройшов декілька оновлень.

Значне оновлення можна побачити 15 вересня 2022 року, коли мережа Ethereum прийняла механізм консенсусу доказу ставлення. Ця зміна була пов'язана із безпекою, масштабованістю та енергоефективністю механізму консенсусу доказу ставлення, який не є таким енергоємним і вимогливим, як механізм консенсусу доказу роботи, який він спочатку використовував.

Зародження блокчейнів Bitcoin та Ethereum встановило сцену для розробки кількох інших блокчейнів рівня 1, які пропонують значно покращені функціональні можливості. Наприклад, GateChain, розроблений криптовалютною біржею Gate.io, дозволяє користувачам подолати крадіжку активів та втрату приватних ключів. Блокчейн Solana, розроблений Анатолієм Яковенко у 2020 році, забезпечує покращену масштабованість та швидкість транзакцій близько 65 000 TPS, та було розроблено кілька інших блокчейнів рівня 1.

Розуміння Блокчейн Трилеми

Блокчейнова трилема - це концепція, яка вперше була представлена Віталіком Бутеріном, одним з співзасновників Ethereum, у березні 2017 року. блокчейн трилеммаце викликано тим, що децентралізація, безпека та масштабованість є складними завданнями для блокчейну. Вказується, що мережі блокчейн можуть досягти лише двох з цих трьох властивостей або функцій, жертвуючи третю властивість.

Децентралізація

Децентралізація є основною функцією кожного громадського блокчейну. Це функція, яка дозволяє користувачам громадського блокчейну здійснювати угоди від одного до одного без потреби посередника або центральної влади. Децентралізація важлива, оскільки вона дає користувачам повний контроль над їхніми криптовалютними активами. Мережа блокчейну стане більш децентралізованою, коли збільшується кількість учасників. Це тому, що контрольна сила блокчейну розподіляється між усіма учасниками в мережі блокчейну.

Безпека

Безпека - друга важлива риса громадського блокчейну. Всі громадські блокчейни повинні бути безпечними, що означає, що вони повинні витримувати маніпуляції та напади поганих акторів. Щоб бути безпечними, блокчейни використовують криптографію та алгоритми консенсусу. Криптографія допомагає захищати конфіденційність користувачів та забезпечує послідовність даних.

Алгоритм підтвердження роботи перешкоджає маніпулюванню або підробці мереж блокчейн поганими акторами. Погані актори, які хочуть маніпулювати мережею блокчейн за допомогою цього алгоритму підтвердження, повинні отримати контроль понад 51% вузлів у мережі, що є дуже складним.

Для алгоритму підтвердження участі, валідатори або ті, хто братимуть участь у підтвердженні транзакцій на блокчейні Ethereum, повинні поставити на кону 32 ETH. Оскільки кожен валідатор має щось на кону, вони повинні діяти чесно або ризикувати втратою своїх коштів.

Масштабованість

Масштабованість відноситься до можливості мереж блокчейн обробляти великі обсяги транзакцій без зменшення продуктивності. Масштабованість мереж блокчейн важлива, якщо технологія блокчейн має конкурувати з традиційними фінансовими системами. Хоча масштабованість колись була великою проблемою для блокчейнів рівня 1, постійно проводяться дослідження та вдосконалення, щоб довести блокчейни рівня 1 до потрібного рівня.

Вирішення проблеми масштабованості блокчейнів рівня 1

Були розроблені різні рішення масштабування, щоб зробити блокчейни 1 рівня більш масштабованими та покращити їх пропускну здатність або швидкість обробки. Серед них збільшення розміру блоку, зміна механізму консенсусу, шарування та використання SegWit.

Збільшення розміру блоку

Масштабний блокчейн - це той, чий блок може містити та обробляти велику кількість транзакцій у блокчейні. Два відомих способи масштабування шляхом збільшення розміру блоку -

1. Оновлення коду блокчейну
2. Відокремлений свідок (SegWit)

Оновлення коду Блокчейну

Оновлення коду блокчейну для збільшення розміру блоку - відмінний спосіб масштабування та збільшення пропускної спроможності або швидкості обробки транзакцій у блокчейні. Саме це призвело до створення Bitcoin Cash (BCH) 1 серпня 2017 року.

У зв'язку з обмеженою масштабованістю блокчейну Bitcoin, деякі члени біткойн-спільноти вважали за необхідне збільшити розмір блоку Bitcoin з 1 МБ до 8 МБ. Хоча не всі в біткойн-спільноті погодилися з цим, прихильники цієї ідеї продовжили.

Це призвело до створення Bitcoin Cash, форку Bitcoin. Bitcoin Cash може обробляти більше транзакцій, ніж Bitcoin, а саме 100 транзакцій в секунду, замість семи транзакцій Bitcoin в секунду. Хоча Bitcoin Cash може бути більш масштабованим, ніж Bitcoin, виникли інші проблеми, пов'язані з його недостатньою децентралізацією.

Розділений свідок (SegWit)

Розділений свідок сприяє масштабованості, зменшуючи кількість інформації про транзакції в блоках. Він робить це, видаливши цифровий підпис та інші дані свідка з головного блоку та помістивши їх у блок SegWit. З частиною навантаження з головного блоку, головний блок зможе містити та обробляти більше транзакцій. SegWit був впроваджений на блокчейн Bitcoin для забезпечення швидших транзакцій.

Транзакція блокчейну зазвичай складається з 3 основних частин:

• Введення: Введення посилається на джерело транзакції. Це людина, що ініціює транзакцію блокчейну.
• Вивід: Вивід відноситься до отримувача транзакції. Зазвичай вивід містить адресу гаманця отримувача та суму криптовалюти, яка відправляється.
• Цифровий підпис: цифровий підпис є доказом того, що витрачена криптовалюта прив'язана до відправника. Цифровий підпис перевіряє справжність відправника.

Зміна механізму консенсусу

Механізм консенсусу відноситься до способу, яким учасники мережі в блокчейн мережі приходять до згоди. Зміна механізму консенсусу - це великий спосіб покращити масштабованість блокчейнів. Це одна з причин, чому Ethereum змінився з механізму консенсусу доказу роботи на механізм консенсусу доказу ставлення.

Незважаючи на те, що механізм консенсусу доказів роботи надає більше безпеки мережі блокчейн, він обмежує масштабованість. Зміна механізму консенсусу - це великий спосіб привести мережу блокчейн до масштабів. Однак розробка нового механізму консенсусу часто потребує років досліджень і точного планування.

Шардинг рівня 1

Шардування - це форма розділення бази даних, де база даних блокчейну розбивається на менші частини для одночасної обробки транзакцій. Це означає, що при шардуванні мережа блокчейну розбивається на підмножини, відомі як шари. Кожен шар складається з колекції вузлів або комп'ютерів. Після розділення кожному шару призначаються різні транзакції для підтвердження.

Отже, давайте скажемо, що блокчейн мережа складається з 1 000 вузлів або комп'ютерів. Вузли можуть бути розділені на 10 фрагментів, кожен з приблизно 100 вузлів. Припустимо, що потрібно перевірити 10 транзакцій. Кожен фрагмент, який складається з 100 вузлів, перевірить одну транзакцію, поки всі 10 транзакцій не будуть перевірені. Таким чином, транзакції перевіряються одночасно і швидко.

Приклади блокчейнів рівня 1

Bitcoin та Ethereum - найвідоміші приклади блокчейнів рівня 1. Біткоїн використовує механізм консенсусу proof-of-work, тоді як Ethereum наразі використовує механізм консенсусу proof-of-stake. Інші приклади блокчейнів рівня 1 - Solana, Avalanche, Flow, Cardano та Cosmos.

Solana

Solana - це відкритий блокчейн-платформа, створена Анатолієм Яковенком, колишнім співробітником Qualcomm, в 2017 році. Анатолій створив Solana, щоб вирішити проблему масштабованості, яка турбувала існуючі протоколи блокчейну в той час. Solana використовує комбінацію алгоритму підтвердження стейкування та алгоритму підтвердження історії. Для кожної транзакції, що відбувається в блокчейні Solana, алгоритм підтвердження історії створює відмітку часу, яка подальш покращує масштабованість Solana.

Джерело:Solana.com

Збільшена масштабованість блокчейну Solana дозволяє обробляти тисячі транзакцій за секунду. Нативний токен SOL Solana був запущений у березні 2020 року. Токен SOL використовується як засіб обміну на блокчейні Solana і вже виросло до топ-10 криптовалют з ринковою капіталізацією понад 47 мільярдів доларів.

Лавина

Avalanche - це блокчейн рівня 1, запущений Еміном Гюн Сірером, генеральним директором Avalabs, у 2020 році. Блокчейн avalanche використовує алгоритм консенсусу Snow і також має свою власну криптовалюту, відому як AVAX, яка використовується для здійснення операцій в мережі блокчейн avalanche.

Джерело. avax.network

З моменту свого випуску в 2020 році Avalanche зросла до ринкової капіталізації близько 14 мільярдів доларів, а його монета, AVAX, входить до топ-10 криптовалют. Блокчейн-система avalanche спрямована на покращення масштабованості та швидкості обробки транзакцій блокчейну та інших блокчейн-протоколів.

FLOW

Блокчейн Flow був створений Dapper Labs, творцем гри на блокчейні Cryptokitties, у 2009 році. Блокчейн Flow був створений для надання масштабованих рішень для ігор на блокчейні, NFT та інших додатків у мережі блокчейн.

Джерело: Flow.com

Блокчейн flow використовує алгоритм консенсусу proof-of-stake і має власний криптовалютний токен, відомий як FLOW, який полегшує транзакції в блокчейні flow. Ринкова капіталізація Flow зросла до 1,05 мільярда доларів.

Cardano

Cardano - це відкритий блокчейн першого рівня, створений Чарльзом Хоскінсоном, одним з співзасновників Ethereum. Хоча він був створений в 2015 році, але він був запущений лише в 2017 році. Cardano був створений для вирішення недоліків існуючих протоколів блокчейн, що стосуються питань масштабованості та сумісності.

Джерело: Cardanofeed.com

Cardano дозволяв розробникам і користувачам створювати децентралізовані програми (DApps) і підтримував смарт-контракти. Блокчейн Cardano має власний токен, відомий як ADA. З ринковою капіталізацією близько 19 мільярдів доларів США, Cardano набув великої популярності в індустрії блокчейну, а його нативний токен ADA входить до топ-10 криптовалют.

Космос

Блокчейн Cosmos, який був створений у 2014 році і запущений у 2019 році. Cosmos - це блокчейн нульового рівня, що означає, що блокчейни першого рівня можуть існувати на ньому. Як блокчейн нульового рівня, у Cosmos є інфраструктура, яку можуть використовувати блокчейни першого рівня для створення своїх екосистем. Наразі у космосі існує понад 260 блокчейнів, тому люди називають його "інтернетом блокчейнів".

Джерело: cosmos.network

Обсяг цифрових активів, які транслюються за протоколом Космос, тепер перевищує 150 мільярдів доларів. Нічого дивного в цьому розвитку немає, враховуючи, що відповідний блокчейн господарює багатьма додатками, іграми, ринками та проектами. Космос покращує швидкість завершення транзакцій, масштабованість, безпеку та взаємодію між блокчейнами.

Блокчейни рівня 1 проти рівня 2

Крім блокчейнів рівня 1, які служать будівельним блоком криптовалютної мережі, існують також блокчейни рівня 2. Блокчейн рівня 2 побудований на блокчейні рівня 1. Хоча блокчейни рівня 2 залежать від безпеки та децентралізації блокчейнів рівня 1, вони набагато більш масштабовані, ніж блокчейни рівня 1. Тому блокчейни рівня 2 мають вищу пропускну здатність або швидкість транзакцій, ніж блокчейни рівня 1.

Так само, як і блокчейни рівня 1, блокчейни рівня 2 мають власні рішення для масштабування, які дозволяють їм здійснювати більші обсяги транзакцій у своїй блокчейн-мережі. Деякі з цих рішень для масштабування включають: роллапи, сайдчейни та канали стану.

Rollups

Зведення – це процес, за допомогою якого різні транзакції об'єднуються в одну транзакцію. Замість того, щоб окремо обробляти транзакції в мережі блокчейн, ряд різних транзакцій видаляються з блокчейну і обробляються як одна транзакція поза мережею, після чого повертаються назад і записуються в основний блокчейн. Rollup є ефективним рішенням для масштабування, оскільки збільшує кількість транзакцій, які можуть бути оброблені за секунду.

Бічні ланцюги

Сайдчейни – це блокчейн-мережі, які обробляють транзакції незалежно. Вони мають власний механізм консенсусу та власний набір валідаторів, які дозволяють їм обробляти транзакції незалежно від основного ланцюга. Завдяки сайдчейнам блокчейни рівня 2 здатні обробляти більше транзакцій за певний час.

Канали стану

Канали стану дуже схожі на сайдчейни, їхні транзакції записуються поза мережею. Однак ці операції, як правило, реєструються масово. Коли основна частина транзакцій повністю оброблена, цей «завершений» стан транслюється в основний ланцюг, після чого масові транзакції записуються в основний ланцюг. Таким чином, блокчейни рівня 2 можуть обробляти більше транзакцій у своєму основному ланцюжку або блокчейн-мережі.

Огляд рішень масштабування блокчейнів рівня 1 та рівня 2

)

Висновок

Ми побачили, що блокчейни рівня 1 є основою або основою всіх блокчейн-мереж. Вони визначають правила, які регулюють функціонування блокчейну. Хоча вони можуть мати високий рівень безпеки та децентралізації, масштабованість часто є однією з їхніх найбільших проблем.

Однак, оскільки дослідження постійно триває для поліпшення масштабованості блокчейнів рівня 1, ми можемо очікувати помітних поліпшень і блокчейнів, які зможуть обробляти великий обсяг криптовалютних транзакцій.

Стаття є оригінальною і була перевірена на достовірність. Якщо стаття прийнята, стаття захищена авторським правом Гейт.іо.