Co je vrstva 2 a proč je tak důležitá?

Pro jednoduchou analogii si představte velkou společnost s obrovským objemem obchodů. Aby zvládla část tohoto objemu práce, založí dceřinou společnost. Mateřská společnost představuje vrstvu 1, zatímco dceřiná společnost představuje vrstvu 2. Tímto způsobem se sníží zátěž mateřské společnosti.

Nejprve je třeba definovat, co je vrstva 1: Sítě vrstvy 1 jsou základní vrstvou nebo spodní vrstvou infrastruktury blockchainů. Označuje se také jako mainnet nebo „vrstva 1“ a nejenže definuje základní pravidla ekosystému, ale také ověřuje a finalizuje transakce, jak je vidět na příkladech jako Ethereum, Bitcoin a Solana.

Blockchainy vrstvy 1 obvykle začínají se zaměřením na decentralizaci a bezpečnost – oba základní principy každé zdravé sítě – a jsou udržovány různorodou globální sítí vývojářů a účastníků (například validátorů), výjimek je jen málo.

Viz také: Co je technologie blockchain?“

Vzhledem k absenci jakéhokoli centrálního orgánu nebo dohledu vyžadují tyto platformy inherentní bezpečnost samotné technologie, aby chránily uživatele před podvody a útoky. Kvůli tomuto upřednostnění při návrhu, nemluvě o značných zdrojích potřebných k udržení plně funkčního ekosystému, jim často chybí škálovatelnost.

Zatímco někteří vývojáři považují neschopnost vyvážit bezpečnost, decentralizaci a škálovatelnost za nevyhnutelnou vadu technologie (označovanou jako blockchainové trilema), řešení na 2. vrstvě, jako jsou rollupy v Ethereu a Lightning Network v Bitcoinu, jsou jedním z řešení těchto problémů.

Co je vrstva 2?

Vrstva 2 označuje sadu řešení mimo řetězec postavených na vrstvě 1 (nezávislé blockchainy), která zmírňují úzká místa díky škálovatelnosti a redukci dat. Představte si to jako v kuchyni restaurace – kdyby každou objednávku před potvrzením a doručením musel od začátku do konce vyřídit jeden člověk, byl by to pomalý proces, kdy by se za hodinu vyřídilo jen několik objednávek. Ale vrstva 2 je jako přípravné stanice – jedna slouží k čištění a krájení, druhá k vaření, třetí k sestavování pokrmů – což umožňuje soustředit se na úkoly a dokončit je efektivněji. Když je čas, může finální personál porovnat každý sestavený pokrm s objednávkami a potvrdit je před odesláním na místo určení (k zákazníkovi).

Podobné systémy využívají i platební platformy, jako je Visa. Visa nezpracovává jednotlivě tisíce denních mikrotransakcí od prodejců, které by zahltily síť během několika minut; místo toho je dávkuje a pravidelně zúčtovává v bankovním systému. Banky pak transakce kategorizují a ukládají prostřednictvím svých interních ekvivalentů zúčtovacích vrstev. V tomto scénáři slouží Visa jako vrstva 2 a zároveň jako širší síť institucí a vládních sítí, které ukládají záznamy o transakcích a definují pravidla finančního odvětví na vrstvě 1.

Ethereum rovněž využívá podobné metody prostřednictvím funkcí, jako jsou optimistické a zero-knowledge (ZK) rollupy, které snižují zátěž spojenou se správou transakcí v mainnetu, což vede k větší inkluzivitě transakcí a propustnosti (vyšší počet transakcí za sekundu). To vše přináší bezproblémovější a praktičtější uživatelský zážitek. Mezi příklady řešení vrstvy 2 na platformě Ethereum patří Arbitrum, Optimism, Loopring a zkSync.

Poptávka po vrstvě 2

Technologie blockchain se objevila v roce 2008. Od té doby se tisíce výzkumných pracovníků a vývojářů věnovaly řešení problémů se škálovatelností blockchainu, aby splnili rostoucí požadavky aplikací. Tato úzká místa vedla k vysokým transakčním nákladům, pomalé rychlosti provádění transakcí a byla překážkou pro mainstreamové přijetí technologie blockchain.

Vitalik Buterin, spoluzakladatel společnosti Ethereum, poprvé navrhl koncept „blockchainového trilematu„, v němž tvrdí, že blockchain nemůže současně dosáhnout škálovatelnosti, bezpečnosti a decentralizace. Vývojáři musí mezi těmito třemi rozměry dělat kompromisy. Dnešní blockchainové sítě mohou současně splňovat maximálně dva z těchto rozměrů.

Vrstva 2 je nová technologie, která tvrdí, že omezení škálovatelnosti blockchainu je způsobeno nadměrným množstvím úkolů, které musí blockchain splnit. Existují tři základní funkce současného blockchainu:

• Provádění transakcí: zpracování a dokončení transakcí. Měřítkem je počet výpočtů (včetně počtu transakcí), které může blockchain dokončit za sekundu.
• Dostupnost dat: uzly a validátory v síti musí uchovávat transakce, stavy a další data. Měřítkem jsou standardní úložné jednotky, například MB a GB.
• Konsensus: uzly a validátory musí dosáhnout konsensu o stavu sítě a pořadí transakcí. Mírou je úroveň decentralizace a rychlost finalizace neboli doba potřebná k tomu, aby se všechny uzly shodly na změně stavu.

Proč je důležitá vrstva 2?

Decentralizace a bezpečnost jsou charakteristickými rysy první vrstvy neboli mainnetu Etherea, ale roky přijetí sítě trhem vedly k její současné kapacitě více než 1,5 milionu transakcí denně. Navíc vzhledem k omezení mainnetu na zpracování přibližně 15 transakcí za sekundu vedou období vysoké aktivity sítě často k přetížení dat. To má zase za následek zvyšování plynu (transakčních poplatků) a zpomaluje výkon aplikací, ačkoli se to na současném medvědím trhu nemusí projevovat, je zřejmé, že na medvědím trhu nebudeme vždy.

Aby se tyto problémy vyřešily, rozšiřuje vrstva 2 Ethereum jako samostatný blockchain na vrstvu 1 sítě. Jak již bylo zmíněno, komunikuje prostřednictvím chytrých kontraktů na Ethereu se silným decentralizovaným bezpečnostním modelem, což napomáhá zmírnit velkou zátěž transakcí na mainnetu. V podstatě platí, že zatímco vrstva 1 se stará o bezpečnost, dostupnost dat a decentralizaci, vrstva 2 se zabývá škálovatelností související s transakcemi.

Ve většině případů mají blockchainy vrstvy 1:

• Sítě uzlů pro ochranu a ověřování sítě.
• Sítě pro vytváření bloků
• Hlavní blockchain a data transakcí
• Přidružené mechanismy konsensu

Rozdíl oproti vrstvě 2 spočívá v tom, že poskytuje:

• Snížení nákladů: Vrstva 2 spojuje více transakcí mimo řetězec do jediné transakce vrstvy 1, což pomáhá snížit datovou zátěž. Zachovávají také bezpečnost a decentralizaci tím, že vypořádávají transakce v mainnetu.
• Praktičnost: Díky kombinaci výhod vyššího počtu transakcí za sekundu a nižších poplatků se projekty na 2. vrstvě mohou soustředit na zlepšování uživatelského komfortu a rozšiřování rozsahu aplikací.

Většina problémů se škálovatelností souvisí s decentralizací. Na rozdíl od tradičních bank s uzavřenými a efektivnějšími přístupy k regulaci plateb musí správa transakcí a dat v blockchainu projít řadou systematických kroků, jako je přijetí, validace a distribuce v síti (s tisíci účastníky), při zachování bezpečnosti a transparentnosti.

Jak funguje vrstva 2?

Protokoly 2. vrstvy poskytují druhý rámec, v němž mohou transakce probíhat odděleně od 1. vrstvy. To znamená, že značné množství práce vykonávané hlavním řetězcem lze přesunout na vrstvu 2. Aplikace vrstvy 2 pak zveřejňují údaje o transakcích do vrstvy 1 a jsou chráněny v rámci blokových účetních knih a historie.

Stejně jako každá jiná otevřená nebo uzavřená platforma se i přístupnost vrstvy 2 liší. Některé z nich může využívat celá řada aplikací, zatímco jiné uspokojují rozmary konkrétních projektů. To znamená, že mezi několik klíčových komponent využívaných vrstvou 2 patří rollupy a sidechainy.

Rollupy vrstvy 2 (Rollups)

Rollupy jsou specifickým typem řešení vrstvy 2, které provádí stovky transakcí mimo řetězec a komprimuje je do jediného kompaktního údaje, než je zveřejní zpět do mainnetu, aby je mohl kdokoli zkontrolovat a zpochybnit, pokud je považuje za podezřelé. Tímto způsobem rollupy nejen využívají bezpečnost Etherea, ale mohou také snížit poplatky za plyn až 10-100krát.

Zatímco rollupy pomáhají s vklady, výběry a ověřováním důkazů, existují jemné varianty fungování rollupů, například rollupy Optimism a ZK, které zveřejňují data zpět do vrstvy 1.

Optimistické rollupy

Optimistické rollupy provádějí všechny transakce paralelně s hlavním řetězcem Etherea a poté publikují data zpět do vrstvy 1. Uživatelé jsou motivováni k transakcím na těchto vrstvách 2 díky konkurenčním nízkým poplatkům. Pokud existuje podezření na podvodné transakce, lze je zpochybnit a posoudit prostřednictvím důkazů podvodu. V tomto scénáři rollupy provozují výpočet transakcí s dostupnými stavovými daty. V porovnání s rollupy ZK (vysvětleno níže) to znamená o něco delší dobu výstupu pro rollup a výběr prostředků do vrstvy 1. Uživatelé „uvnitř“ rollupů však stále dostávají rychlá potvrzení transakcí.

Obecně jsou Optimistic rollupy kompatibilní s Ethereum Virtual Machine (EVM) a Solidity, což znamená, že vše, co je možné na vrstvě Ethereum 1, lze replikovat na vrstvě 2.

Mezi příklady optimistických rollupů patří Arbitrum, Optimism a Boba.

Sidechains

Z projektů jako xDai a Polygon PoS jsou sidechainy nezávislé, EVM kompatibilní blockchainy, které běží paralelně a s mainnetem komunikují prostřednictvím mostů. Protože používají samostatné mechanismy konsensu a nejsou chráněny vrstvou 1, nejsou technicky považovány za vrstvu 2. Fungují však podobně jako Ethereum, protože modelují na EVM. To znamená, že sidechainy nesou větší riziko pro provozovatele, protože jim uživatelé důvěřují.

své finanční prostředky spíše než protokolu Ethereum (nebo příslušné vrstvě 2). Poznámka: (Společnost Polygon dokončila několik akvizic prostřednictvím fúzí a akvizic, takže termín „sidechain“ již nemusí být přesný).

Validiums

Validia, jako například StarkWare, používají důkazy platnosti (podobně jako ZK rollupy), ale neukládají data na 1. vrstvě. Více řetězců validity může běžet paralelně, přičemž každý z nich je schopen zpracovat přibližně 10 000 transakcí za sekundu. Vzhledem k potřebě specializovanějších jazyků je však podpora obecných chytrých kontraktů omezená.

Sidechainy a Validiums jsou blockchainy, které běží paralelně s Ethereem a komunikují s aktivy prostřednictvím mostů připojených k hlavní síti. Nečerpají bezpečnost ani data ze samotného Etherea, takže nejsou považovány za správnou vrstvu 2 jako Optimistic nebo ZK rollupy. To platí zejména s ohledem na potenciální důsledky pro bezpečnost a důvěryhodnost. Oba však rozšiřují škálovatelnost podobně jako vrstva 2 tím, že poskytují nižší transakční poplatky a vysokou propustnost.

ZK Rollups

Ve srovnání s optimistickými rollupy generují ZK rollupy kryptografické důkazy pro ověření pravosti transakcí. Tyto důkazy (zveřejňované na vrstvě 1) se nazývají důkazy platnosti nebo SNARK (Succinct Non-interactive Argument of Knowledge) nebo STARK (Scalable Transparent Argument of Knowledge).

ZK rollupy jsou efektivnější, protože udržují stav všech přenosů na vrstvě 2, aktualizovaný pouze prostřednictvím důkazů platnosti. Protože ZK rollup nevyžaduje úplné údaje o transakcích, je snazší ověřovat bloky a přesouvat hlavní token Etherea, Ether (ETH), na vrstvu 1. Důkazy platnosti (akceptované kontrakty ZK rollup) již ověřily pravost transakcí. To znamená, že nemají plnou podporu EVM a provádějí výpočty intenzivněji pro aplikace s menší aktivitou v řetězci.

Řešení zkSync i Starkware používají řešení zk-proof, ale jsou mezi nimi rozdíly:

• Starknet je sice technicky ZKRollup (dostupnost dat v řetězci), ale v podstatě se jedná o Validium: současná architektura virtuálního počítače Cairo neumožňuje vynucování libovolných transakcí prostřednictvím L1.
• Mechanismus Validium je podobný zkRollup, ale jeden rozdíl je v tom, že dostupnost dat v zkRollup je na řetězci, zatímco Validium ji udržuje mimo řetězec. Díky tomu může Validium dosáhnout vyšší propustnosti – ale tyto centralizované části mají svou cenu: Operátoři Validium mohou zmrazit prostředky uživatelů. Zatímco zkSync je plně decentralizovaný.

Proč tolik vrstev 2?

Zatímco jsme se věnovali hlavním aplikacím vrstvy 2 (optimistické rollupy, ZK rollupy a postranní řetězce), ekosystém se neustále vyvíjí a některé aplikace byly nakonec opuštěny, jako například Plasma a stavové kanály.

Další zdroje a úvahy o vrstvě 2

Vzhledem k tomu, že tyto vrstvy 2 jsou stále v raných fázích, stále existují rizika a různé stupně chybných předpokladů důvěry ve srovnání s transakcemi v mainnetu. Za zmínku také stojí, že ačkoli využívají zabezpečení vrstvy mainnet, jsou vrstvy 2 skutečně bezpečné pouze tehdy, když jsou povoleny důkazy podvodu, což (v době psaní tohoto článku) ještě nejsou.

Blockchainové mosty (které mohou lidé používat k přesunu aktiv na vrstvu 2) jsou také v raných fázích vývoje a nesou s sebou vysoká rizika. Vzhledem k tomu všemu je vhodné před zapojením do jakékoli vrstvy 2 provést důkladnou prověrku, mimo jiné prostřednictvím zdrojů, jako je L2BEAT.