Что такое Layer 2 и почему он так важен?
Чтобы привести простую аналогию, представьте себе крупную компанию с огромным объемом бизнеса. Чтобы справиться с частью этого объема работы, они создают дочернюю компанию. Материнская компания представляет собой уровень 1, а дочерняя — уровень 2. Таким образом, нагрузка на материнскую компанию снижается.
Прежде всего, необходимо определить, что такое уровень 1: Сети первого уровня — это основополагающий слой или нижний уровень инфраструктуры блокчейн. Также называемые mainnet или «уровень 1», они не только определяют основные правила экосистемы, но и проверяют и завершают транзакции, как это видно на примере Ethereum, Bitcoin и Solana.
Блокчейн первого уровня, как правило, основан на децентрализации и безопасности — основных принципах любой надежной сети — и поддерживается разнообразной глобальной сетью разработчиков и участников (таких как валидаторы), за редким исключением.
Смотрите также: Что такое технология блокчейн?
Из-за отсутствия какого-либо центрального органа или надзора эти платформы требуют обеспечения безопасности, присущей самой технологии, чтобы защитить пользователей от мошенничества и атак. Из-за такой расстановки приоритетов при разработке, не говоря уже о значительных ресурсах, необходимых для поддержания полнофункциональной экосистемы, им часто не хватает масштабируемости.
Хотя некоторые разработчики считают неспособность сбалансировать безопасность, децентрализацию и масштабируемость неизбежным недостатком технологии (так называемая трилемма блокчейна), решения второго уровня, такие как ролловеры в Ethereum и Lightning Network в Bitcoin, являются одним из вариантов решения этих проблем.
Что такое уровень 2?
Уровень 2 — это набор решений вне цепочки, построенных поверх уровня 1 (независимых блокчейнов), которые устраняют узкие места за счет масштабируемости и уменьшения объема данных. Представьте себе, что это похоже на кухню ресторана — если бы каждый заказ от начала до конца, до подтверждения и доставки, выполнял один человек, это был бы медленный процесс, в котором в час выполнялось бы всего несколько заказов. Но Layer 2 — это как станции подготовки: одна для очистки и резки, другая для приготовления, третья для сборки блюд, что позволяет сфокусировать задачи и выполнить их более эффективно. В нужный момент персонал может сопоставить каждое собранное блюдо с заказом и подтвердить его, прежде чем отправить по назначению (клиенту).
Платежные платформы, такие как Visa, также используют подобные системы. Visa не обрабатывает по отдельности тысячи ежедневных микротранзакций от продавцов, что привело бы к засорению сети в считанные минуты; вместо этого она собирает их в пакет, периодически обрабатывая в банковской системе. Затем банки классифицируют и хранят транзакции в своих внутренних аналогах расчетных уровней. В этом сценарии Visa выступает в качестве второго уровня и более широкой сети учреждений и правительственных сетей, которые хранят записи о транзакциях и определяют правила финансовой индустрии на первом уровне.
Ethereum также использует аналогичные методы благодаря таким функциям, как оптимистичный и нулевой (ZK) ролловеры, которые облегчают бремя управления транзакциями в основной сети, что приводит к большей инклюзивности транзакций и пропускной способности (больше транзакций в секунду). Все это делает работу пользователей более удобной и практичной. Примерами решений второго уровня на Ethereum являются Arbitrum, Optimism, Loopring и zkSync.
Спрос на Layer 2
Технология блокчейн появилась в 2008 году. С тех пор тысячи исследователей и разработчиков посвятили себя решению проблемы масштабируемости блокчейна для удовлетворения растущих потребностей приложений. Эти узкие места привели к высоким транзакционным издержкам, низкой скорости выполнения операций и стали камнем преткновения на пути к массовому внедрению технологии блокчейн.
Виталик Бутерин, сооснователь Ethereum, впервые предложил концепцию «трилеммы блокчейна«, утверждая, что блокчейн не может одновременно достичь масштабируемости, безопасности и децентрализации. Разработчикам приходится искать компромисс между этими тремя параметрами. Современные блокчейн-сети могут одновременно удовлетворять только двум из этих параметров.
Layer 2 — это новая технология, которая утверждает, что ограничение масштабируемости блокчейна связано с чрезмерным количеством задач, которые должен решать блокчейн. Существуют три основные функции современного блокчейна:
- Выполнение транзакций: обработка и завершение транзакций. Мерой является количество вычислений (включая количество транзакций), которые блокчейн может выполнить в секунду.
- Доступность данных: узлам и валидаторам в сети необходимо хранить транзакции, состояния и другие данные. Мерой служат стандартные единицы хранения, такие как МБ и ГБ.
- Консенсус: узлам и валидаторам необходимо достичь консенсуса по статусу сети и порядку транзакций. Мерой является уровень децентрализации и скорость достижения консенсуса, или время, необходимое всем узлам для согласования изменения состояния.
Почему важен уровень 2?
Хотя децентрализация и безопасность являются отличительными чертами первого уровня Ethereum, или мейннета, годы освоения рынка привели к тому, что в настоящее время производительность сети составляет более 1,5 миллиона транзакций в день. Кроме того, в связи с тем, что основная сеть ограничивается обработкой около 15 транзакций в секунду, периоды высокой активности сети часто приводят к перегрузке данных. Это, в свою очередь, приводит к росту газа (платы за транзакции) и замедляет работу приложений. Хотя на текущем медвежьем рынке это может быть не так заметно, очевидно, что мы не всегда будем находиться на медвежьем рынке.
Чтобы решить эти проблемы, Layer 2 расширяет Ethereum как отдельный блокчейн поверх сети Layer 1. Как упоминалось ранее, он взаимодействует через смарт-контракты на Ethereum с сильной децентрализованной моделью безопасности, помогая облегчить тяжелое бремя транзакций в основной сети. По сути, если уровень 1 отвечает за безопасность, доступность данных и децентрализацию, то уровень 2 занимается масштабируемостью, связанной с транзакциями.
В большинстве случаев блокчейн первого уровня имеет:
- сети узлов для защиты и верификации сети
- сети для производства блоков
- Основной блокчейн и данные о транзакциях
- Сопутствующие механизмы консенсуса
Разница с уровнем 2 заключается в том, что он обеспечивает:
- Снижение затрат: Уровень 2 объединяет несколько внецепочечных транзакций в одну транзакцию Уровня 1, помогая снизить нагрузку на данные. Они также поддерживают безопасность и децентрализацию, осуществляя расчеты по транзакциям в основной сети.
- Практичность: Благодаря совокупности преимуществ, таких как более высокая скорость транзакций в секунду и более низкие комиссии, проекты второго уровня могут сосредоточиться на улучшении пользовательского опыта и расширении сферы применения.
Большинство проблем масштабируемости связано с децентрализацией. В отличие от традиционных банков с закрытыми и более эффективными подходами к регулированию платежей, в блокчейне управление транзакциями и данными должно проходить ряд систематических этапов, таких как принятие, проверка и распространение в сети (с тысячами участников), сохраняя при этом безопасность и прозрачность.
Как работает уровень 2?
Протоколы уровня 2 обеспечивают вторую структуру, в которой транзакции могут происходить отдельно от уровня 1. Это означает, что значительная часть работы, выполняемой основной цепочкой, может быть перенесена на уровень 2. Затем приложения второго уровня публикуют данные о транзакциях на первом уровне и защищаются в рамках блокчейн-бухгалтерии и истории.
Как и любая другая открытая или закрытая платформа, доступ к уровню 2 также различается. Некоторые из них могут использоваться целым рядом приложений, в то время как другие удовлетворяют прихоти конкретных проектов. Тем не менее, несколько ключевых компонентов, используемых в Layer 2, включают в себя роллапы и сайдчейны.
Роллапы второго уровня (Rollups)
Роллапы — это особый тип решений Layer 2, которые выполняют сотни транзакций вне цепочки, сжимая их в единые компактные данные, а затем публикуют их обратно в мейннет, чтобы любой желающий мог просмотреть их и оспорить, если сочтет подозрительными. Таким образом, роллапы не только повышают безопасность Ethereum, но и позволяют снизить газовые сборы в 10-100 раз.
Хотя ролловеры помогают с депозитами, снятием средств и проверкой доказательств, существуют тонкие различия в работе ролловеров, например ролловеры Optimism и ZK, которые публикуют данные обратно на уровень 1.
Оптимистичные роллапы
Оптимистичные ролловеры выполняют все транзакции параллельно с основной цепочкой Ethereum, а затем публикуют данные обратно на уровень 1. Пользователи стимулируются к проведению транзакций на этом втором уровне благодаря конкурентно низким комиссиям. Если есть подозрения на мошеннические транзакции, их можно оспорить и оценить с помощью доказательств мошенничества. В этом сценарии роллапы управляют вычислением транзакций с помощью доступных данных о состоянии. По сравнению с роллапами ZK (объяснение ниже), это означает немного большее время выхода для сворачивания и вывода средств на уровень 1. Однако «внутренние» пользователи роллапов по-прежнему получают быстрые подтверждения транзакций.
Как правило, роллапы Optimistic совместимы с виртуальной машиной Ethereum Virtual Machine (EVM) и Solidity, что означает, что все, что возможно на первом уровне Ethereum, может быть воспроизведено на втором уровне.
Примерами оптимистичных роллапов являются Arbitrum, Optimism и Boba.
Сайдчейны
В таких проектах, как xDai и Polygon PoS, сайдчейны представляют собой независимые, EVM-совместимые блокчейны, которые работают параллельно и взаимодействуют с мейннетом через мосты. Поскольку они используют отдельные механизмы консенсуса и не защищены Уровнем 1, технически они не считаются Уровнем 2. Однако они функционируют аналогично Ethereum, поскольку основаны на модели EVM. При этом сайдчейны несут больший риск для операторов, поскольку пользователи доверяют им
свои средства, а не протоколу Ethereum (или соответствующему второму уровню). Примечание: (Polygon совершила несколько приобретений через M&A, поэтому термин «сайдчейн» может быть уже не совсем точным).
Validiums
Валидиумы, такие как StarkWare, используют доказательства валидности (аналогично ZK rollups), но не хранят данные на первом уровне. Несколько цепочек валидности могут работать параллельно, каждая из них способна обрабатывать около 10 000 транзакций в секунду. Однако из-за необходимости использования более специализированных языков поддержка общих смарт-контрактов ограничена.
Сайдчейны и валидиумы — это блокчейны, которые работают параллельно с Ethereum и взаимодействуют с активами через мосты, подключенные к мейннету. Они не получают безопасность и данные от самого Ethereum, поэтому не считаются надлежащими блокчейнами второго уровня, как, например, Optimistic или ZK rollups. Это особенно актуально, учитывая потенциальные последствия для безопасности и доверия. Тем не менее, оба они обеспечивают масштабируемость, схожую с уровнем 2, обеспечивая более низкие комиссии за транзакции и высокую пропускную способность.
Свертывание ZK
По сравнению с оптимистичными роллапами, ZK-роллапы генерируют криптографические доказательства для проверки подлинности транзакций. Эти доказательства (публикуемые на уровне 1) называются доказательствами достоверности или SNARKs (Succinct Non-interactive Argument of Knowledge) или STARKs (Scalable Transparent Argument of Knowledge).
ZK-роллапы более эффективны, поскольку они поддерживают состояние всех передач на втором уровне, обновляемое только с помощью доказательств достоверности. Поскольку ZK rollup не требует полных данных о транзакциях, проще проверять блоки и перемещать основной токен Ethereum, Ether (ETH), на уровень 1. Доказательства действительности (принимаемые контрактами ZK rollup) уже подтверждают подлинность транзакций. То есть они не имеют полной поддержки EVM и выполняют вычисления более интенсивно для приложений с меньшей активностью на цепи.
zkSync и Starkware используют zk-защищенные решения, но есть и различия:
- Хотя Starknet технически является ZKRollup (доступность данных на цепочке), по сути это Validium: текущая архитектура ВМ Cairo не позволяет принудительно выполнять произвольные транзакции через L1.
- Механизм Validium похож на zkRollup, но одно отличие заключается в том, что доступность данных в zkRollup находится на цепи, а в Validium она находится вне цепи. Это позволяет Validium достичь более высокой пропускной способности, но за централизованную часть приходится платить: Операторы Validium могут замораживать средства пользователей. В то время как zkSync полностью децентрализован.
Почему так много второго уровня?
Хотя мы рассмотрели основные слои 2 (оптимистичные роллапы, роллапы ZK и сайдчейны), экосистема постоянно развивается, и некоторые приложения, такие как Plasma и каналы состояний, в конечном итоге будут отменены.
Другие ресурсы и соображения по второму уровню
Поскольку 2-й уровень все еще находится на ранних стадиях развития, он все еще связан с рисками и разной степенью ошибочных предположений о доверии по сравнению с транзакциями в мейннете. Также стоит отметить, что, используя безопасность уровня мейннета, Layer 2 по-настоящему безопасен только при наличии доказательств мошенничества, которых (на момент написания статьи) еще нет.
Блокчейн-мосты (которые люди могут использовать для перемещения активов на второй уровень) также находятся на ранних стадиях разработки и несут высокие риски. Учитывая все это, рекомендуется провести тщательную проверку, прежде чем участвовать в каких-либо Layer 2, используя, в частности, такие ресурсы, как L2BEAT.