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

Распространенная проблема сетей первого уровня — неспособность к масштабированию. Биткоин и другие крупные блокчейны с трудом справляются с обработкой транзакций в периоды повышенного спроса. Это связано с тем, что Биткоин использует механизм консенсуса Proof of Work (PoW), который требует значительных вычислительных ресурсов.

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:

  1. Увеличение размера блока для обработки большего числа транзакций в каждом блоке.
  2. Изменение механизма консенсуса, как в грядущем обновлении Ethereum 2.0.
  3. 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

Один из примеров решения для масштабирования сетей первого уровня — обновление протокола SegWit. Ему удалось увеличить пропускную способность Биткоина за счет изменения способа организации данных блока (отказ от цифровых подписей для входа транзакции). Обновление освободило место для транзакций в блоках, не повлияв на безопасность сети. SegWit был реализован через софтфорк с обратной совместимостью. Это означает, что даже еще не прошедшие обновление ноды Биткоина способны обрабатывать транзакции.

Что такое шардинг первого уровня

Шардинг — это популярное решение для масштабирования первого уровня, используемое для увеличения пропускной способности транзакций. Он представляет собой форму разделения базы данных, которая может быть применена к распределенным реестрам блокчейна. Для распределения рабочей нагрузки и повышения скорости транзакций сеть и ее ноды разделяются на разные шарды. Каждый шард управляет подмножеством активности сети, то есть имеет собственные транзакции, ноды и отдельные блоки.

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

Первый уровень обладает определенными технологическими ограничениями, которые практически невозможно обойти в основном блокчейне. К примеру, Ethereum планирует обновление до Proof of Stake (PoS), но на разработку этого процесса ушли годы.
Некоторые способы использования просто не совместимы с первым уровнем из-за проблем с масштабируемостью. Например, Биткоин не подходит для игры на блокчейне из-за длительного времени транзакций. Тем не менее для игры по-прежнему можно использовать безопасность и децентрализацию первого уровня. Для этого просто нужно построить решение второго уровня поверх основной сети.

Lightning Network

Решения второго уровня основаны на первом уровне и используют его для завершения транзакций. Один из известных примеров — Lightning Network. В периоды большого спроса обработка транзакций в сети Биткоин может занять несколько часов. Lightning Network же позволяет пользователям совершать быстрые платежи в биткоинах за пределами основной сети, передавая в нее только окончательный баланс. По сути, обновление объединяет все транзакции в одну окончательную запись, экономя время и ресурсы.

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

Elrond — это сеть первого уровня, основанная в 2018 году и использующая шардинг для повышения производительности и масштабируемости. Блокчейн Elrond может обрабатывать более 100 000 транзакций в секунду (TPS). Его две уникальные особенности — протокол консенсуса Secure Proof of Stake (SPoS) и технология Adaptive State Sharding.

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.

EGLD — нативный токен сети, используемый для комиссий за транзакции, развертывания DApps и вознаграждения валидаторов. Кроме того, сеть Elrond сертифицирована Carbon Negative, так как она компенсирует выбросы CO2 своего механизма PoS.

Harmony

Harmony — это сеть первого уровня с механизмом консенсуса Effective Proof of Stake (EPoS) и поддержкой шардинга. Майннет этого блокчейна состоит из четырех шардов, каждый из которых параллельно создает и проверяет новые блоки. Каждый шард придерживает своей скорости, то есть все они могут иметь разную высоту блоков.
Для привлечения разработчиков и пользователей Harmony использует модель кроссчейн-финансов. Не требующие доверия мосты с Ethereum (ETH) и Биткоином играют ключевую роль, позволяя пользователям обмениваться токенами без рисков, связанных с мостами. Harmony планирует масштабировать Web3 за счет децентрализованных автономных организаций (DAO) и доказательств с нулевым разглашением.
Harmony набирает популярность среди пользователей, так как становится очевидно, что будущее DeFi (децентрализованных финансов) связано с мульти- и кроссчейн-возможностями. В основном эта сеть направлена на инфраструктуру NFT, инструменты DAO и межпротокольные мосты.

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

Celo — это сеть первого уровня, созданная в результате форка Go Ethereum (Geth) в 2017 году. Однако в нее были внесены некоторые существенные изменения, включая внедрение PoS и уникальной системы адресов. Экосистема Celo Web3 включает в себя DeFi, NFT и платежные решения с более чем сотней миллионов подтвержденных транзакций. Пользователи Celo в качестве публичного ключа могут использовать номер телефона или адрес электронной почты. Блокчейн легко запускается на стандартных компьютерах и не требует специального оборудования.
CELO — utility-токен, используемый для оплаты транзакций, обеспечения безопасности и вознаграждений. В сети Celo также есть стейблкоины cUSD, cEUR и cREAL, генерируемые пользователями. Их привязки поддерживаются механизмом, аналогичным DAI MakerDAO. При этом транзакции со стейблкоинами Celo можно оплачивать любым другим активом Celo.

Адресная система CELO и стейблкоины направлены на повышение доступности сети для новых пользователей, которых может пугать волатильность криптовалютного рынка.

THORChain

THORChain — это общедоступная децентрализованная кроссчейн-биржа (DEX). Она представляет собой сеть первого уровня, построенную с использованием Cosmos SDK. THORChain также использует механизм консенсуса Tendermint для проверки транзакций. Основная цель THORChain — обеспечить децентрализованную кроссчейн-ликвидность без необходимости привязывать или оборачивать активы. Сеть пользуется спросом кроссчейн-инвесторов, так как необходимость привязывать и оборачивать монеты сопряжена с дополнительным риском.

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.

Модель автоматического маркет-мейкера (AMM) THORChain использует RUNE в качестве базовой пары, позволяя обменять токен на любой другой поддерживаемый актив. В некотором смысле проект работает как кроссчейн Uniswap, где RUNE служит расчетным и безопасным активом для пулов ликвидности.

Kava

Kava — это блокчейн первого уровня, который сочетает скорость и совместимость Cosmos и поддержку разработчиков Ethereum. Kava Network имеет отдельный блокчейн для сред разработки EVM и Cosmos SDK. Поддержка IBC в кочейне Cosmos позволяет разработчикам развертывать децентрализованные приложения для беспрепятственного взаимодействия между экосистемами Cosmos и Ethereum.

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

IoTeX — это сеть первого уровня, основанная в 2017 году с целью объединить блокчейн с Интернетом вещей. Она дает пользователям контроль над данными, генерируемыми их устройствами, позволяя использовать «обеспеченные машинами DApps, активы и сервисы». Механизм сети обеспечивает хранение и безопасность информации своих пользователей.

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.

Видео

Ru

Проблемы масштабирования блокчейна. Мосты к Ethereum. Layer 2+ решение от Skale.

0 0 votes
Рейтинг статьи