Mikä on Layer 2 ja miksi se on niin tärkeä?

Yksinkertaisen vertauksen vuoksi kuvittele suuri yritys, jolla on valtava liiketoiminta. Hoitaakseen osan tästä työmäärästä se perustaa tytäryhtiön. Emoyhtiö edustaa kerrosta 1, kun taas tytäryhtiö edustaa kerrosta 2. Näin emoyhtiön taakka vähenee.

Ensin on määriteltävä, mikä on kerros 1: Layer 1 -verkot ovat lohkoketjujen perustava kerros tai alimman kerroksen infrastruktuuri. Siihen viitataan myös nimellä mainnet tai ”Layer 1”, ja se ei ainoastaan määrittele ekosysteemin keskeisiä sääntöjä vaan myös todentaa ja viimeistelee transaktiot, kuten nähdään esimerkiksi Ethereumissa, Bitcoinissa ja Solanassa.

Layer 1 -lohkoketjuissa keskitytään tyypillisesti hajauttamiseen ja turvallisuuteen – jotka ovat minkä tahansa järkevän verkon keskeisiä periaatteita – ja niitä ylläpitää monipuolinen maailmanlaajuinen kehittäjien ja osallistujien (kuten validoijien) verkosto, mutta poikkeuksia on vain vähän.

Katso myös: Mitä on lohkoketjuteknologia?

Koska keskusviranomaista tai -valvontaa ei ole, nämä alustat vaativat luontaista turvallisuutta itse teknologiassa suojatakseen käyttäjiä petoksilta ja hyökkäyksiltä. Tämän suunnittelun priorisoinnin vuoksi, puhumattakaan huomattavista resursseista, joita tarvitaan täysin toimivan ekosysteemin ylläpitämiseen, niiltä puuttuu usein skaalautuvuus.

Vaikka jotkut kehittäjät pitävät kyvyttömyyttä tasapainottaa turvallisuutta, hajautusta ja skaalautuvuutta teknologian väistämättömänä puutteena (jota kutsutaan lohkoketjujen trilemmaksi), Layer 2 -ratkaisut, kuten Ethereumin rollupit ja Bitcoinin Lightning Network, ovat yksi ratkaisu näiden ongelmien ratkaisemiseen.

Mikä on Layer 2?

Kerros 2 tarkoittaa kerroksen 1 (itsenäiset lohkoketjut) päälle rakennettuja ketjun ulkopuolisia ratkaisuja, jotka lieventävät pullonkauloja skaalautuvuuden ja pienemmän datamäärän avulla. Kuvittele se kuin ravintolan keittiö – jos jokaisen tilauksen joutuisi suorittamaan yksi henkilö alusta loppuun ennen vahvistusta ja toimitusta, prosessi olisi hidas, ja vain muutama tilaus saataisiin valmiiksi tunnissa. Mutta Layer 2 on kuin valmisteluasemia – yksi on siivousta ja leikkaamista, yksi ruoanvalmistusta ja yksi ruokien kokoamista varten – jolloin tehtävät voidaan keskittää ja suorittaa tehokkaammin. Kun aika on oikea, lopputyöntekijät voivat sovittaa jokaisen kootun lautasen tilauksiin ja vahvistaa ne ennen niiden lähettämistä lopulliseen määränpäähänsä (asiakkaalle).

Visan kaltaiset maksualustat käyttävät myös samanlaisia järjestelmiä. Visa ei käsittele erikseen tuhansia päivittäisiä mikrotransaktioita myyjiltä, mikä tukkisi verkon muutamassa minuutissa; sen sijaan se erittelee ne erissä ja tilittää ne määräajoin pankkijärjestelmässä. Tämän jälkeen pankit luokittelevat ja tallentavat tapahtumat sisäisten selvityskerrostensa kautta. Tässä skenaariossa Visa toimii sekä kerroksena 2 että laajempana laitosten ja viranomaisverkostojen verkostona, joka tallentaa tapahtumatiedot ja määrittelee rahoitusalan säännöt kerroksessa 1.

Myös Ethereum käyttää samankaltaisia menetelmiä optimististen ja nollatietoisten (ZK) rollupien kaltaisten ominaisuuksien avulla, jotka helpottavat transaktioiden hallinnan taakkaa pääverkossa, mikä johtaa suurempaan transaktioiden kattavuuteen ja läpimenoon (enemmän transaktioita sekunnissa). Kaikki nämä tuovat mukanaan saumattomamman ja käytännöllisemmän käyttökokemuksen. Esimerkkejä Layer 2 -ratkaisuista Ethereumissa ovat Arbitrum, Optimism, Loopring ja zkSync.

Layer 2:n kysyntä

Lohkoketjuteknologia syntyi vuonna 2008. Siitä lähtien tuhannet tutkijat ja kehittäjät ovat paneutuneet lohkoketjujen skaalautuvuuden pullonkaulan ratkaisemiseen, jotta sovellusten kasvaviin vaatimuksiin voitaisiin vastata. Nämä pullonkaulat ovat johtaneet korkeisiin transaktiokustannuksiin ja hitaisiin suoritusnopeuksiin, ja ne ovat olleet kompastuskiviä lohkoketjuteknologian yleistymisen tiellä.

Vitalik Buterin, Ethereumin toinen perustaja, ehdotti ensimmäisenä käsitettä ”lohkoketjutrilemma” ja väitti, että lohkoketjuilla ei voida samanaikaisesti saavuttaa skaalautuvuutta, turvallisuutta ja hajauttamista. Kehittäjien on tehtävä kompromisseja näiden kolmen ulottuvuuden välillä. Nykyiset lohkoketjuverkot pystyvät täyttämään näistä ulottuvuuksista korkeintaan kaksi samanaikaisesti.

Layer 2 on kehittyvä teknologia, jonka mukaan lohkoketjujen skaalautuvuuden rajoitus johtuu liiallisista tehtävistä, joita lohkoketjujen on suoritettava. Nykyisessä lohkoketjussa on kolme ydintoimintoa:

• Transaktioiden suorittaminen: transaktioiden käsittely ja loppuunsaattaminen. Mittarina on laskutoimitusten määrä (mukaan lukien transaktioiden määrä), jonka lohkoketju voi suorittaa sekunnissa.
• Tietojen saatavuus: verkon solmujen ja validoijien on tallennettava transaktioita, tiloja ja muita tietoja. Mittayksikkönä käytetään vakiotallennusyksiköitä, kuten MB ja GB.
• Konsensus: Solmujen ja validoijien on päästävä yhteisymmärrykseen verkon tilasta ja tapahtumien järjestyksestä. Mittarina on hajautuneisuuden taso ja lopullisuuden nopeus eli aika, jonka kaikki solmut tarvitsevat sopiakseen tilamuutoksesta.

Miksi kerros 2 on tärkeä?

Hajauttaminen ja turvallisuus ovat Ethereumin Layer 1:n eli pääverkon ominaisuuksia, mutta vuosien ajan markkinoilla tapahtuneen käyttöönoton ansiosta verkko on saavuttanut nykyisen kapasiteettinsa, joka on yli 1,5 miljoonaa transaktiota päivässä. Lisäksi koska pääverkon rajoitus on käsitellä noin 15 transaktiota sekunnissa, verkon vilkas toiminta johtaa usein datan ruuhkautumiseen. Tämä puolestaan johtaa kaasun (transaktiomaksujen) nousuun ja hidastaa sovellusten suorituskykyä, vaikka tämä ei ehkä näy nykyisillä karhumarkkinoilla, on ilmeistä, ettemme aina tule olemaan karhumarkkinoilla.

Näiden ongelmien ratkaisemiseksi Layer 2 laajentaa Ethereumia erillisenä lohkoketjuna Layer 1 -verkon päälle. Kuten aiemmin mainittiin, se kommunikoi Ethereumissa olevien älykkäiden sopimusten kautta vahvan hajautetun turvallisuusmallin avulla, mikä auttaa keventämään pääverkon raskasta transaktiotaakkaa. Pohjimmiltaan Layer 1 huolehtii tietoturvasta, tietojen saatavuudesta ja hajauttamisesta, kun taas Layer 2 huolehtii transaktioihin liittyvästä skaalautuvuudesta.

Useimmissa tapauksissa Layer 1 -lohkoketjuissa on:

• Solmuverkot verkon suojaamiseen ja todentamiseen.
• Lohkoja tuottavat verkot
• Päälohkoketju ja transaktiotiedot
• Liittyvät konsensusmekanismit

Erona Layer 2:een on, että se tarjoaa:

• Kustannusten vähentäminen: Layer 2 niputtaa useita ketjun ulkopuolisia transaktioita yhdeksi Layer 1 -transaktioksi, mikä auttaa vähentämään datakuormitusta. Ne myös ylläpitävät turvallisuutta ja hajautusta selvittämällä transaktiot pääverkossa.
• Käytännöllisyys: Kun suuremmat transaktiot sekunnissa ja alhaisemmat maksut ovat yhdistettyjä etuja, Layer 2 -hankkeet voivat keskittyä käyttäjäkokemuksen parantamiseen ja sovellusten laajenemiseen.

Useimmat skaalautuvuusongelmat liittyvät hajauttamiseen. Toisin kuin perinteisissä pankeissa, joilla on suljettuja ja tehokkaampia maksujen sääntelyä koskevia lähestymistapoja, lohkoketjujen transaktioiden ja tietojen hallinnan on läpäistävä useita järjestelmällisiä vaiheita, kuten hyväksyminen, validointi ja jakelu verkossa (jossa on tuhansia osallistujia), ja samalla on säilytettävä turvallisuus ja avoimuus.

Miten kerros 2 toimii?

Layer 2 -protokollat tarjoavat toisen kehyksen, jossa transaktiot voivat tapahtua erillään Layer 1:stä. Tämä tarkoittaa, että huomattava osa pääketjun suorittamasta työstä voidaan siirtää Layer 2:lle. Tämän jälkeen kerroksen 2 sovellukset julkaisevat transaktiotiedot kerrokselle 1, ja ne on suojattu lohkoketjun pääkirjoissa ja historiassa.

Kuten mikä tahansa muu avoin tai suljettu alusta, myös Layer 2:n saavutettavuus vaihtelee. Joitakin voivat käyttää useat eri sovellukset, kun taas toiset palvelevat tiettyjen projektien oikkuja. Tästä huolimatta useat keskeiset komponentit, joita Layer 2 hyödyntää, ovat rollupit ja sivuketjut.

Layer 2 Rollups (Rollups)

Rollupit ovat erityyppinen Layer 2 -ratkaisu, joka suorittaa satoja transaktioita ketjun ulkopuolella ja tiivistää ne yhdeksi kompaktiksi dataksi ennen kuin ne julkaistaan takaisin pääverkkoon, jotta kuka tahansa voi tarkistaa ja kiistää ne, jos ne katsotaan epäilyttäviksi. Näin toimimalla rollupit eivät ainoastaan hyödynnä Ethereumin turvallisuutta, vaan ne voivat myös vähentää kaasumaksuja jopa 10-100-kertaisesti.

Vaikka rollupit auttavat talletusten, nostojen ja todisteiden validoinnissa, rollupien toiminnassa on hienovaraisia variaatioita, kuten Optimism- ja ZK-rollupit, jotka julkaisevat tietoja takaisin Layer 1:lle.

Optimistiset rollupit

Optimistiset rollupit suorittavat kaikki transaktiot rinnakkain Ethereumin pääketjun kanssa ja julkaisevat sitten tiedot takaisin Layer 1:lle. Käyttäjiä kannustetaan tekemään liiketoimia näillä Layer 2 -kerroksilla kilpailukykyisten ja matalien maksujen vuoksi. Jos epäillään vilpillisiä transaktioita, ne voidaan kyseenalaistaa ja arvioida petostodisteiden avulla. Tässä skenaariossa rollupit toimivat transaktioiden laskennassa käytettävissä olevilla tilatiedoilla. Verrattuna ZK-rolluppeihin (selitetään jäljempänä) tämä tarkoittaa hieman pidempää poistumisaikaa rollupien ja varojen nostamisen osalta Layer 1:lle. Rollup-käyttäjät ”sisällä” saavat kuitenkin edelleen nopeat vahvistukset tapahtumista.

Yleisesti ottaen Optimistic rollupit ovat yhteensopivia Ethereum Virtual Machinen (EVM) ja Solidityn kanssa, mikä tarkoittaa, että mitä tahansa Ethereum Layer 1:llä mahdollista voidaan replikoida Layer 2:lla.

Esimerkkejä Optimistic rollupeista ovat Arbitrum, Optimism ja Boba.

Sivuketjut

xDain ja Polygon PoS:n kaltaisista projekteista tutut sivuketjut ovat itsenäisiä, EVM-yhteensopivia lohkoketjuja, jotka toimivat rinnakkain ja ovat vuorovaikutuksessa pääverkon kanssa siltojen kautta. Koska ne käyttävät erillisiä konsensusmekanismeja eivätkä ole Layer 1:n suojaamia, niitä ei teknisesti katsota Layer 2:ksi. Ne toimivat kuitenkin samalla tavalla kuin Ethereum, koska ne toimivat EVM:n mallina. Tästä huolimatta sivuketjuihin liittyy suurempi riski operaattoreille, sillä käyttäjät luottavat niihin.

varojaan Ethereumin protokollan (tai asianmukaisen Layer 2:n) sijaan. Huomautus: (Polygon on toteuttanut useita yritysostoja M&A:n kautta, joten termi ”sivuketju” ei ehkä ole enää tarkka).

Validiums

Validiumit, kuten StarkWare, käyttävät validiteettitodistuksia (samanlaisia kuin ZK rollupit), mutta eivät tallenna tietoja Layer 1:lle. Useita validiteettiketjuja voidaan käyttää rinnakkain, ja jokainen pystyy käsittelemään noin 10 000 transaktiota sekunnissa. Koska tarvitaan erikoistuneempia kieliä, tuki yleisille älykkäille sopimuksille on kuitenkin rajallinen.

Sivuketjut ja validiumit ovat lohkoketjuja, jotka toimivat rinnakkain Ethereumin kanssa ja ovat vuorovaikutuksessa omaisuuserien kanssa pääverkkoon liitettyjen siltojen kautta. Ne eivät saa tietoturvaa tai dataa itse Ethereumista, joten niitä ei pidetä oikeina Layer 2:na, kuten Optimistic- tai ZK-rolluppeja. Tämä pätee erityisesti, kun otetaan huomioon mahdolliset turvallisuus- ja luottamusvaikutukset. Molemmat kuitenkin laajentavat skaalautuvuutta Layer 2:n tapaan tarjoamalla alhaisemmat transaktiomaksut ja suuren läpimenon.

ZK Rollups

Optimistisiin rollupeihin verrattuna ZK rollupit tuottavat kryptografisia todisteita transaktion aitouden todentamiseksi. Näitä todisteita (jotka julkaistaan kerroksessa 1) kutsutaan validiteettitodistuksiksi tai SNARK:iksi (Succinct Non-interactive Argument of Knowledge) tai STARK:iksi (Scalable Transparent Argument of Knowledge).

ZK-rullaukset ovat tehokkaampia, koska ne säilyttävät kaikkien siirtojen tilan kerroksessa 2, jota päivitetään vain validiteettitodistusten avulla. Koska ZK rollup ei vaadi täydellisiä transaktiotietoja, on helpompi tarkistaa lohkoja ja siirtää Ethereumin tärkein token, Ether (ETH), Layer 1:lle. Validiteettitodistukset (jotka ZK rollup -sopimukset hyväksyvät) ovat jo varmistaneet transaktioiden aitouden. Toisin sanoen niillä ei ole täyttä EVM-tukea ja ne suorittavat laskutoimituksia intensiivisemmin sovelluksille, joilla on vähemmän ketjussa tapahtuvaa toimintaa.

zkSync ja Starkware käyttävät kumpikin zk-turvallisia ratkaisuja, mutta niissä on eroja:

• Vaikka Starknet on teknisesti ZKRollup (tietojen saatavuus ketjussa), se on pohjimmiltaan Validium: Cairo VM:n nykyinen arkkitehtuuri ei salli mielivaltaisten transaktioiden toteuttamista L1:n kautta.
• Validiumin mekanismi on samanlainen kuin zkRollup, mutta erona on se, että zkRollupissa tietojen saatavuus on ketjussa, kun taas Validium pitää sen ketjun ulkopuolella. Näin Validium voi saavuttaa suuremman läpimenon, mutta näillä keskitetyillä osilla on hintansa: Validium-operaattorit voivat jäädyttää käyttäjien varoja. zkSync on täysin hajautettu.

Miksi niin paljon Layer 2:ta?

Vaikka olemme käsitelleet tärkeimmät Layer 2:n sovellukset (Optimistiset rollupit, ZK rollupit ja sivuketjut), ekosysteemi kehittyy jatkuvasti, ja joistakin sovelluksista, kuten Plasmasta ja tilakanavista, luovutaan lopulta.

Lisää Layer 2 -resursseja ja näkökohtia

Koska nämä Layer 2:n verkot ovat vielä alkuvaiheessa, niihin liittyy edelleen riskejä ja eriasteisia virheellisiä luottamusoletuksia verrattuna liiketoimiin pääverkossa. On myös syytä huomata, että vaikka Layer 2 -kerroksen tietoturvaa hyödynnetäänkin, ne ovat todella turvallisia vain, kun petostentorjunta on käytössä, mitä ne eivät (tätä kirjoitettaessa) vielä ole.

Lohkoketjusillat (joiden avulla ihmiset voivat siirtää omaisuuseriä Layer 2:lle) ovat myös kehityksen alkuvaiheessa, ja niihin liittyy suuria riskejä. Kaiken tämän vuoksi on suositeltavaa tehdä perusteellinen due diligence -tutkimus ennen Layer 2:n käyttöönottoa muun muassa L2BEATin kaltaisten resurssien avulla.