Czym jest warstwa 2 i dlaczego jest tak ważna?

Aby dać prostą analogię, wyobraźmy sobie dużą firmę z ogromnym wolumenem działalności. Aby poradzić sobie z częścią tego obciążenia, tworzy ona spółkę zależną. Spółka dominująca reprezentuje warstwę 1, podczas gdy spółka zależna reprezentuje warstwę 2. W ten sposób zmniejsza się obciążenie firmy macierzystej.

Po pierwsze, musimy zdefiniować, czym jest warstwa 1: Sieci warstwy 1 są warstwą fundamentalną lub dolną warstwą infrastruktury łańcuchów bloków. Nazywana również siecią główną lub „warstwą 1”, nie tylko definiuje podstawowe zasady ekosystemu, ale także weryfikuje i finalizuje transakcje, jak widać na przykładach takich jak Ethereum, Bitcoin i Solana.

Łańcuchy bloków warstwy 1 zazwyczaj zaczynają się od skupienia się na decentralizacji i bezpieczeństwie – obu podstawowych zasadach każdej solidnej sieci – i są utrzymywane przez zróżnicowaną globalną sieć programistów i uczestników (takich jak walidatory), z nielicznymi wyjątkami.

Patrz także: Co to jest technologia Blockchain?

Ze względu na brak jakiegokolwiek centralnego organu lub nadzoru, platformy te wymagają nieodłącznego bezpieczeństwa w samej technologii, aby chronić użytkowników przed oszustwami i atakami. Ze względu na ten priorytet w projektowaniu, nie wspominając o znacznych zasobach potrzebnych do utrzymania w pełni funkcjonalnego ekosystemu, często brakuje im skalowalności.

Podczas gdy niektórzy deweloperzy postrzegają niezdolność do zrównoważenia bezpieczeństwa, decentralizacji i skalowalności jako nieuniknioną wadę technologii (określaną jako trylemat blockchain), rozwiązania warstwy 2, takie jak rollupy na Ethereum i Lightning Network na Bitcoinie, są jednym z rozwiązań mających na celu rozwiązanie tych problemów.

Czym jest warstwa 2?

Warstwa 2 odnosi się do zestawu rozwiązań poza łańcuchem zbudowanych na warstwie 1 (niezależne łańcuchy bloków), które łagodzą wąskie gardła poprzez skalowalność i zmniejszenie ilości danych. Wyobraźmy to sobie jak kuchnię w restauracji – gdyby każde zamówienie musiało być zrealizowane przez jedną osobę od początku do końca przed potwierdzeniem i dostawą, byłby to powolny proces, z zaledwie kilkoma zamówieniami zrealizowanymi na godzinę. Ale Layer 2 jest jak stacje przygotowawcze – jest jedna do czyszczenia i krojenia, jedna do gotowania, jedna do montażu potraw – umożliwiając skupienie się na zadaniach i ich wydajniejsze wykonanie. Gdy nadejdzie właściwy czas, personel końcowy może dopasować każde zmontowane danie do zamówienia i potwierdzić je przed wysłaniem do miejsca docelowego (klienta).

Platformy płatnicze, takie jak Visa, również stosują podobne systemy. Visa nie przetwarza indywidualnie tysięcy codziennych mikrotransakcji od sprzedawców, co spowodowałoby zapchanie sieci w ciągu kilku minut; zamiast tego grupuje je, rozliczając je okresowo w systemie bankowym. Następnie banki kategoryzują i przechowują transakcje za pośrednictwem swoich wewnętrznych odpowiedników warstw rozliczeniowych. W tym scenariuszu Visa służy zarówno jako warstwa 2, jak i szersza sieć instytucji i sieci rządowych, które przechowują zapisy transakcji i definiują zasady branży finansowej w warstwie 1.

Ethereum również wykorzystuje podobne metody poprzez funkcje takie jak optymistyczne i zero-knowledge (ZK) rollupy, które zmniejszają obciążenie związane z zarządzaniem transakcjami w sieci głównej, prowadząc do większej inkluzywności transakcji i przepustowości (wyższe transakcje na sekundę). Wszystko to zapewnia bardziej płynne i praktyczne wrażenia użytkownika. Przykłady rozwiązań warstwy 2 na Ethereum obejmują Arbitrum, Optimism, Loopring i zkSync.

Zapotrzebowanie na warstwę 2

Technologia blockchain pojawiła się w 2008 roku. Od tego czasu tysiące badaczy i deweloperów poświęciło się rozwiązaniu wąskiego gardła skalowalności blockchain, aby sprostać rosnącym wymaganiom aplikacji. Te wąskie gardła doprowadziły do wysokich kosztów transakcji, powolnych prędkości wykonywania i były przeszkodą w przyjęciu technologii blockchain do głównego nurtu.

Vitalik Buterin, współzałożyciel Ethereum, po raz pierwszy zaproponował koncepcję „blockchain trilemma„, argumentując, że blockchain nie może jednocześnie osiągnąć skalowalności, bezpieczeństwa i decentralizacji. Deweloperzy muszą dokonywać kompromisów pomiędzy tymi trzema wymiarami. Dzisiejsze sieci blockchain mogą zaspokoić co najwyżej dwa z tych wymiarów jednocześnie.

Warstwa 2 to wyłaniająca się technologia, która twierdzi, że ograniczenie skalowalności w blockchainie wynika z nadmiaru zadań, które blockchain musi wykonać. Istnieją trzy podstawowe funkcje obecnego blockchaina:

• Realizacja transakcji: przetwarzanie i finalizowanie transakcji. Miarą jest liczba obliczeń (w tym liczba transakcji), które blockchain może wykonać na sekundę.
• Dostępność danych: węzły i walidatory w sieci muszą przechowywać transakcje, stany i inne dane. Miarą są standardowe jednostki pamięci, takie jak MB i GB.
• Konsensus: węzły i walidatory muszą osiągnąć konsensus w sprawie stanu sieci i kolejności transakcji. Miarą jest poziom decentralizacji i szybkość finalizacji lub czas wymagany, aby wszystkie węzły zgodziły się na zmianę stanu.

Dlaczego warstwa 2 jest ważna?

Podczas gdy decentralizacja i bezpieczeństwo są cechami warstwy 1 lub sieci głównej Ethereum, lata wdrażania na rynku doprowadziły sieć do jej obecnej przepustowości wynoszącej ponad 1,5 miliona transakcji dziennie. Dodatkowo, ze względu na ograniczenie sieci głównej do przetwarzania około 15 transakcji na sekundę, okresy wysokiej aktywności sieci często prowadzą do przeciążenia danych. To z kolei skutkuje rosnącym gazem (opłatami transakcyjnymi) i spowalnia działanie aplikacji, chociaż może nie być to widoczne na obecnym rynku niedźwiedzia, oczywiste jest, że nie zawsze będziemy na rynku niedźwiedzia.

Aby rozwiązać te problemy, warstwa 2 rozszerza Ethereum jako oddzielny blockchain na szczycie sieci warstwy 1. Jak wspomniano wcześniej, komunikuje się ona za pośrednictwem inteligentnych kontraktów na Ethereum z silnym zdecentralizowanym modelem bezpieczeństwa, pomagając w zmniejszeniu dużego obciążenia transakcjami w sieci głównej. Zasadniczo, podczas gdy warstwa 1 zajmuje się bezpieczeństwem, dostępnością danych i decentralizacją, warstwa 2 zajmuje się skalowalnością związaną z transakcjami.

W większości przypadków blockchainy warstwy 1 mają:

• Sieci węzłów do ochrony i weryfikacji sieci
• Sieci produkujące bloki
• Główny łańcuch bloków i dane transakcji
• Powiązane mechanizmy konsensusu

Różnica w stosunku do warstwy 2 polega na tym, że zapewnia ona:

• redukcję kosztów: Warstwa 2 łączy wiele transakcji poza łańcuchem w pojedynczą transakcję warstwy 1, pomagając zmniejszyć obciążenie danych. Utrzymują również bezpieczeństwo i decentralizację poprzez rozliczanie transakcji w sieci głównej.
• Praktyczność: Dzięki połączonym zaletom wyższej liczby transakcji na sekundę i niższych opłat, projekty warstwy 2 mogą skupić się na poprawie doświadczenia użytkownika i rozszerzeniu zakresu aplikacji.

Większość problemów związanych ze skalowalnością dotyczy decentralizacji. W przeciwieństwie do tradycyjnych banków z zamkniętymi i bardziej wydajnymi metodami regulowania płatności, zarządzanie transakcjami i danymi blockchain musi przejść szereg systematycznych kroków, takich jak akceptacja, walidacja i dystrybucja w sieci (z tysiącami uczestników), przy jednoczesnym zachowaniu bezpieczeństwa i przejrzystości.

Jak działa warstwa 2?

Protokoły warstwy 2 zapewniają drugą strukturę, w której transakcje mogą odbywać się niezależnie od warstwy 1. Oznacza to, że znaczna część pracy wykonywanej przez główny łańcuch może zostać przeniesiona do warstwy 2. Następnie aplikacje warstwy 2 publikują dane transakcji do warstwy 1 i są chronione w ramach ksiąg i historii blockchain.

Podobnie jak w przypadku każdej innej otwartej lub zamkniętej platformy, dostępność warstwy 2 również jest różna. Niektóre z nich mogą być wykorzystywane przez szereg aplikacji, podczas gdy inne zaspokajają kaprysy konkretnych projektów. To powiedziawszy, kilka kluczowych komponentów wykorzystywanych przez warstwę 2 obejmuje rollupy i łańcuchy boczne.

Layer 2 Rollups (Rollupy)

Rollupy to specyficzny rodzaj rozwiązania warstwy 2, które wykonuje setki transakcji poza łańcuchem, kompresując je w pojedyncze kompaktowe dane przed opublikowaniem ich z powrotem w sieci głównej, aby każdy mógł je przejrzeć i zakwestionować, jeśli uzna je za podejrzane. W ten sposób rollupy nie tylko wykorzystują bezpieczeństwo Ethereum, ale mogą również zmniejszyć opłaty za gaz nawet 10-100 razy.

Podczas gdy rollupy pomagają przy wpłatach, wypłatach i weryfikacji dowodów, istnieją subtelne różnice w sposobie działania rollupów, takie jak rollupy Optimism i ZK, które publikują dane z powrotem do warstwy 1.

Rollupy optymistyczne

Optymistyczne rollupy przeprowadzają wszystkie transakcje równolegle z głównym łańcuchem Ethereum, a następnie publikują dane z powrotem do warstwy 1. Użytkownicy są zachęcani do dokonywania transakcji w warstwie 2 ze względu na konkurencyjne niskie opłaty. Jeśli istnieje podejrzenie nieuczciwych transakcji, można je zakwestionować i ocenić za pomocą dowodów oszustwa. W tym scenariuszu rollupy obsługują obliczanie transakcji za pomocą dostępnych danych o stanie. W porównaniu do rollupów ZK (wyjaśnionych poniżej), oznacza to nieco dłuższy czas wyjścia, aby zrolować i wypłacić środki do warstwy 1. Jednak użytkownicy rollupów „wewnętrznych” nadal otrzymują szybkie potwierdzenia transakcji.

Ogólnie rzecz biorąc, rollupy Optimistic są kompatybilne z Ethereum Virtual Machine (EVM) i Solidity, co oznacza, że wszystko, co jest możliwe w warstwie 1 Ethereum, może być replikowane w warstwie 2.

Przykłady optymistycznych rollupów obejmują Arbitrum, Optimism i Boba.

Łańcuchy boczne

Z projektów takich jak xDai i Polygon PoS, łańcuchy boczne są niezależnymi, kompatybilnymi z EVM łańcuchami bloków, które działają równolegle i współdziałają z siecią główną za pośrednictwem mostów. Ponieważ używają one oddzielnych mechanizmów konsensusu i nie są chronione przez warstwę 1, technicznie nie są uważane za warstwę 2. Funkcjonują one jednak podobnie do Ethereum, ponieważ wzorują się na EVM. To powiedziawszy, łańcuchy boczne niosą ze sobą większe ryzyko dla operatorów, ponieważ użytkownicy ufają im w zakresie

zamiast protokołowi Ethereum (lub odpowiedniej warstwie 2). Uwaga: (Polygon dokonał wielu przejęć poprzez fuzje i przejęcia, więc termin „sidechain” może nie być już dokładny).

Validiums

Validiums, takie jak StarkWare, używają dowodów ważności (podobnych do ZK rollups), ale nie przechowują danych w warstwie 1. Wiele łańcuchów ważności może działać równolegle, a każdy z nich może przetwarzać około 10 000 transakcji na sekundę. Jednak ze względu na potrzebę bardziej wyspecjalizowanych języków, wsparcie dla ogólnych inteligentnych kontraktów jest ograniczone.

Sidechains i Validiums to łańcuchy bloków, które działają równolegle z Ethereum i wchodzą w interakcje z aktywami za pośrednictwem mostów połączonych z siecią główną. Nie czerpią one bezpieczeństwa ani danych z samego Ethereum, więc nie są uważane za właściwą warstwę 2, taką jak rollupy Optimistic lub ZK. Jest to szczególnie prawdziwe, biorąc pod uwagę potencjalne implikacje związane z bezpieczeństwem i zaufaniem. Oba jednak zwiększają skalowalność podobną do warstwy 2, zapewniając niższe opłaty transakcyjne i wysoką przepustowość.

ZK Rollups

W porównaniu do rollupów optymistycznych, rollupy ZK generują kryptograficzne dowody w celu weryfikacji autentyczności transakcji. Dowody te (publikowane w warstwie 1) nazywane są dowodami ważności lub SNARK (Succinct Non-interactive Argument of Knowledge) lub STARK (Scalable Transparent Argument of Knowledge).

Rollupy ZK są bardziej wydajne, ponieważ utrzymują stan wszystkich transferów w warstwie 2, aktualizowany tylko poprzez dowody ważności. Ponieważ ZK rollup nie wymaga pełnych danych transakcji, łatwiej jest zweryfikować bloki i przenieść główny token Ethereum, Ether (ETH), do warstwy 1. Dowody ważności (akceptowane przez kontrakty ZK rollup) już zweryfikowały autentyczność transakcji. Oznacza to, że nie mają pełnej obsługi EVM i uruchamiają obliczenia bardziej intensywnie dla aplikacji o mniejszej aktywności w łańcuchu.

zkSync i Starkware używają rozwiązań zk-proof, ale istnieją między nimi różnice:

• Chociaż Starknet jest technicznie ZKRollup (dostępność danych w łańcuchu), jest to zasadniczo Validium: obecna architektura maszyny wirtualnej Cairo nie pozwala na egzekwowanie arbitralnych transakcji za pośrednictwem L1.
• Mechanizm Validium jest podobny do zkRollup, ale jedna różnica polega na tym, że dostępność danych w zkRollup jest w łańcuchu, podczas gdy Validium utrzymuje ją poza łańcuchem. Pozwala to Validium osiągnąć wyższą przepustowość – ale te scentralizowane części mają swoją cenę: Operatorzy Validium mogą zamrażać środki użytkowników. Natomiast zkSync jest w pełni zdecentralizowany.

Dlaczego tak wiele warstw 2?

Chociaż omówiliśmy główne warstwy 2 (optymistyczne rollupy, rollupy ZK i łańcuchy boczne), ekosystem stale się rozwija, a niektóre aplikacje zostały ostatecznie porzucone, takie jak Plasma i kanały stanowe.

Więcej zasobów i rozważań dotyczących warstwy 2

Ponieważ ta warstwa 2 jest wciąż na wczesnym etapie rozwoju, nadal istnieje ryzyko i różne stopnie błędnych założeń dotyczących zaufania w porównaniu z transakcjami w sieci głównej. Warto również zauważyć, że wykorzystując bezpieczeństwo warstwy sieci głównej, warstwa 2 jest naprawdę bezpieczna tylko wtedy, gdy włączone są dowody oszustwa, które (w chwili pisania tego tekstu) jeszcze nie są.

Mosty blockchain (których ludzie mogą używać do przenoszenia aktywów do warstwy 2) są również na wczesnym etapie rozwoju i niosą ze sobą wysokie ryzyko. Biorąc to wszystko pod uwagę, zaleca się przeprowadzenie dokładnej analizy due diligence przed zaangażowaniem się w jakąkolwiek warstwę 2, między innymi za pośrednictwem zasobów takich jak L2BEAT.