В технологии блокчейн термин «масштабирование» относится к увеличению пропускной способности системы, измеряемой количеством транзакций, выполняемых в секунду. В связи с все более распространенным использованием криптовалют в повседневной жизни возникла необходимость в создании слоев блокчейна для повышения сетевой безопасности, ведения записей и многого другого. Слой 1 в децентрализованной экосистеме — это блокчейн. Уровень 2, с другой стороны, представляет собой стороннюю интеграцию в сочетании с уровнем 1 для увеличения количества узлов и, следовательно, пропускной способности системы. В настоящее время реализуется множество блокчейн-решений уровня 2. Эти решения используют смарт-контракты для автоматизации транзакций.
К первому уровню относятся основные сети, такие как Биткоин, BNB и Ethereum, и их базовая инфраструктура. Блокчейны первого уровня способны проверять и завершать транзакции без участия другой сети. Развитие блокчейна Биткоин показало, что улучшить масштабируемость сетей первого уровня довольно сложно. В качестве решения разработчики создали протоколы второго уровня, которые опираются на безопасность и консенсус в сети первого уровня. Lightning Network — один из примеров протокола второго уровня. Он позволяет пользователям свободно совершать транзакции, не записывая информацию в публичный блокчейн.
Первый уровень и второй уровень — это термины, которые помогают понять архитектуру различных блокчейнов, проектов и инструментов разработчика. Чтобы понять связь между Polygon и Ethereum или Polkadot и его парачейнами, необходимо изучить различные уровни блокчейна.
Что такое первый уровень
Сетями первого уровня называют основные блокчейны, к которым относятся BNB Smart Chain (BNB), Ethereum (ETH), Bitcoin (BTC) и Solana. Их относят к первому уровню, потому что они служат главными сетями в своей экосистеме. Кроме них существуют и офчейн-решения — блокчейны второго уровня, построенные поверх основных.
Другими словами, протокол первого уровня обрабатывает и завершает транзакции в собственном блокчейне. У него также есть нативный токен, используемый для оплаты комиссий за транзакции.
Что такое блокчейн уровня 1?
Блокчейны уровня 1 — это базовые блокчейны, которые обеспечивают основные утилиты сети. Они функционируют сами по себе и полагаются на майнеров или валидаторов для обеспечения безопасности и подтверждения транзакций. Тем не менее, чтобы обеспечить пуленепробиваемую безопасность, блокчейнам уровня 1 иногда приходится идти на компромисс в отношении скорости и масштабирования.
Блокчейны первого поколения, такие как Биткойн, были созданы с учетом одного варианта использования, чтобы служить цифровой платежной сетью посредством консенсуса доказательства работы. И даже вначале Биткойн считался ущербным из-за его целенаправленного недостатка скорости.
Другие блокчейны уровня 1, такие как Ethereum, также изначально были созданы на основе механизма консенсуса Proof-of-Work. Следовательно, Ethereum очень плохо масштабируется для своей цели, поскольку его первоначальный дизайн предусматривает массовое использование его сети. Решения уровня 2 были созданы, чтобы позволить базовому блокчейну предоставлять свои услуги, сохраняя при этом свои функции безопасности.
Что такое блокчейн-решение уровня 2?
Блокчейн-решение уровня 2 — это стороннее программное обеспечение, которое работает поверх базовой цепочки. Они созданы, чтобы улучшить масштабируемость базового слоя и сделать его более эффективным для массового использования.
Они позволяют это, облегчая транзакцию базовой цепочки для внешнего вычислительного протокола. Эти цепочки уровня 2 затем выполняют пакеты транзакций в боковой цепочке и сообщают об этом основной цепочке для записи окончательных результатов в реестр уровня 1.
Сеть Lightning — прекрасный пример решения уровня 2 для биткойнов. В двух словах, пользователи, желающие совершить транзакцию в Lightning Network, открывают канал транзакций и могут совершать несколько транзакций BTC, не записывая их в основную цепочку биткойнов.
Как только они решают закрыть канал транзакций, пакет транзакций записывается в блок блокчейна Биткойн. Следовательно, пользователи получают выгоду от безопасности и неизменности блокчейна Биткойн 1-го уровня. В то же время они могут совершать транзакции как бесплатно, так и мгновенно, используя канал состояний Lightning Network.
В целом, решения уровня 2 необходимы для преодоления недостатков исходных сетей, независимо от того, были ли они запрограммированы как таковые намеренно или по недосмотру.
Уровень 1 блокчейна против уровня 2
Технология блокчейн имеет много преимуществ: она повышает уровень безопасности, обеспечивает беспрепятственные транзакции и делает возможным ведение записей. Однако по мере того, как его использование становится все более распространенным, возникает ряд проблем. Одной из таких проблем является масштабируемость.
В блокчейне каждая транзакция в децентрализованной системе должна пройти несколько этапов, которые требуют значительных вычислительных мощностей и времени. Чтобы улучшить пропускную способность блокчейна, разработчики блокчейна внедряют в структуру масштабирование уровня 2. Давайте узнаем больше о том, как это работает.
Почему важна масштабируемость блокчейна?
Определение слова «масштабируемость» варьируется от эксперта к эксперту. Однако по своей сути масштабируемость блокчейна относится к способности системы предлагать богатый опыт каждому пользователю, независимо от общего количества пользователей в любой момент времени.
Термин «пропускная способность» относится к количеству транзакций, которые система обрабатывает в секунду. В то время как компании/каналы платежей, такие как Visa, обрабатывают почти 20 000 транзакций в секунду с помощью сети электронных платежей VisaNet, основная цепочка Биткойн может выполнять только от 3 до 7 транзакций в секунду.
Разница в емкости может шокировать, но этому есть простое объяснение. Биткойн использует децентрализованную систему, а VisaNet работает в централизованной системе. Первый использует больше вычислительной мощности и времени для защиты конфиденциальности своих пользователей. Каждая транзакция данных должна пройти несколько этапов, включая принятие, добычу, распространение и проверку сетью узлов.
Ожидается, что криптовалюта станет императивной силой в деловом мире, и разработчики блокчейна пытаются расширить возможности обработки блокчейна. Создавая слои блокчейна и оптимизируя масштабирование уровня 2, они хотят ускорить время обработки и увеличить количество TPS.
Биткойн борется с масштабируемостью
Биткойн начинался как простая цепочка блоков, позволяющая пользователям отправлять и получать цифровую валюту. Однако с самого начала он боролся с проблемой масштабируемости, что породило вопрос: что произойдет, если все больше и больше людей начнут использовать Биткойн?
Этот сценарий можно рассматривать как сетевую проблему. Каждая система имеет определенную пропускную способность и может обрабатывать только определенное количество транзакций в секунду (TPS). Кроме того, каждая транзакция в децентрализованной системе должна быть проверена, и поэтому требуется достаточно места для хранения.
Перенесемся в 2021 год. Когда биткойн стал популярным, произошло ожидаемое: протокол заполнился. В результате скорость обработки упала.
Почему текущий блокчейн требует технологии уровня 2?
Ответ прост: повышенный спрос и более высокая стоимость транзакций. Давайте объясним это на примере Ethereum.
Поскольку Ethereum имеет механизм консенсуса, он позволяет использовать несколько децентрализованных приложений. В технологии блокчейн механизм консенсуса представляет собой отказоустойчивую систему, позволяющую договариваться об одном состоянии сети в распределенных узлах. Эти протоколы гарантируют, что все узлы согласовывают транзакции и синхронизируются. Это делает цепочку Ethereum чрезвычайно сложной для перезаписи или атаки.
Благодаря стабильности и безопасности Ethereum началось повальное увлечение ICO , побуждающее людей создавать монеты на блокчейне. Следовательно, произошел приток пользователей и резкое увеличение количества транзакций, совершенных на Ethereum. По мере того как система засорялась, плата за транзакцию — или «газ», выплачиваемый сторонам, обрабатывающим транзакции в сети Ethereum, — увеличивалась.
Когда сеть блокчейна перегружена, ожидающие транзакции попадают в пул памяти, и для их обработки требуется больше времени. Чтобы решить эту проблему, майнеры начинают отдавать приоритет транзакциям с более высокими ценами на газ, чтобы подтвердить их. Это еще больше увеличивает минимальную стоимость, необходимую для совершения транзакции.
Цикл роста цен достигает точки, когда плата за газ резко возрастает, что ухудшает ситуацию для всех. Масштабирование уровня 2 направлено на решение этой проблемы и снижение стоимости транзакций.
Масштабирование первого уровня
Хотя Proof of Work обеспечивает децентрализацию и безопасность, он часто замедляет работу сети, когда объем транзакций становится слишком большим. В результате это приводит к увеличению времени подтверждения транзакций и стоимости комиссий.
Разработчики блокчейна работают над способами увеличения масштабируемости уже много лет, но до сих пор не пришли к единому решению. Возможные решения для масштабирования первого уровня включают:
- Увеличение размера блока для обработки большего числа транзакций в каждом блоке.
- Изменение механизма консенсуса, как в грядущем обновлении Ethereum 2.0.
- Использование шардинга — формы разделения баз данных.
Реализовать улучшения для первого уровня достаточно сложно, поскольку не все пользователи сети на них согласятся. Это может привести к расколу сообщества или хардфорку, как это произошло с Биткоином и Bitcoin Cash в 2017 году.
SegWit
Что такое шардинг первого уровня
Шардинг избавляет ноды от необходимости хранить полную копию всего блокчейна. Вместо этого каждая нода сообщает основной цепи о выполненной работе, делясь состоянием локальных данных, включая баланс адресов и другие ключевые показатели.
Первый уровень и второй уровень
Lightning Network
Примеры блокчейнов первого уровня
Давайте рассмотрим несколько примеров блокчейнов первого уровня. Они бывают разными, и многие из них имеют уникальные варианты использования. Они не ограничиваются Биткоином и Ethereum, причем каждая сеть по-разному решает проблемы децентрализации, безопасности и масштабируемости.
Elrond
Функция Adaptive State Sharding — разделение и объединение шардов по мере сокращения и увеличения количества пользователей. Вся архитектура сети использует шардинг, включая ее состояние и транзакции. Валидаторы перемещаются между шардами, предотвращая злоупотребление ими.
Harmony
Ее нативный токен ONE используется для оплаты комиссий за транзакции. Его также можно разместить в стейкинге для участия в механизме консенсуса и управлении Harmony. За эти действия валидаторы сети получают вознаграждения за блок и комиссии за транзакции.
Celo
Адресная система CELO и стейблкоины направлены на повышение доступности сети для новых пользователей, которых может пугать волатильность криптовалютного рынка.
THORChain
По сути, THORChain действует как управляющий хранилища, который контролирует ввод и вывод средств. Это помогает создать децентрализованную ликвидность и устранить централизованных посредников. RUNE — это нативный токен THORChain, используемый для оплаты комиссий за транзакции, управления, безопасности и проверки.
Kava
Kava использует механизм консенсуса Tendermint PoS, обеспечивающий мощную масштабируемость приложений в кочейне EVM. Сеть Kava Network, финансируемая KavaDAO, также предлагает открытые ончейн-поощрения разработчиков, предназначенные для вознаграждения ста лучших проектов в каждом кочейне в зависимости от использования.
У этой сети есть KAVA — нативный токен, который выступает в роли utility-токена и токена управления, а также стейблкоин USDX, привязанный к доллару США. KAVA используют для оплаты комиссии за транзакции и размещения активов в стейкинге с целью достижения консенсуса в сети. Пользователи могут делегировать валидаторам KAVA, добавленные в стейкинг, чтобы получать долю эмиссии KAVA. Стейкеры и валидаторы также могут голосовать за предложения по управлению, определяющие параметры сети.
IoTeX
Сочетание аппаратного и программного обеспечения IoTeX позволило разработать новое решение для эффективного управления конфиденциальностью и данными. Полученная система получения цифровых активов из реальных данных называется MachineFi.
IoTeX выпустила два полезных аппаратных продукта, известных как Ucam и Pebble Tracker. Ucam — это передовая камера домашней безопасности, которая позволяет следить за происходящим дома откуда угодно и в условиях полной конфиденциальности. Pebble Tracker — это интеллектуальный GPS с поддержкой 4G и функцией отслеживания и контроля. Он отслеживает не только данные GPS, но и погодные условия в реальном времени, включая температуру, влажность и качество воздуха.
IoTeX имеет несколько протоколов второго уровня, построенных поверх него. Блокчейн предоставляет инструменты для создания настраиваемых сетей, использующих IoT для завершения. Эти чейны также могут взаимодействовать друг с другом и обмениваться информацией через IoTeX. Разработчики могут легко создать новый подчейн для удовлетворения конкретных потребностей устройства IoT. Монеты IoTeX под названием IOTX используются для оплаты комиссий за транзакции, стейкинга, управления и проверки сети.
Вывод
Современная экосистема блокчейна имеет несколько сетей первого уровня и протоколов второго уровня. В них легко запутаться, но как только вы усвоите их принципы, вам станет легче понять их структуру. Эти знания могут быть полезны при изучении новых блокчейн-проектов, особенно когда они связаны с сетевой совместимостью и кроссчейн-решениями.