Блокчейны второго уровня: изучение степени их масштабируемости

Блокчейны второго уровня являются одной из наиболее перспективных концепций в криптосообществе. Многие разработчики считают, что эта технология может решить проблемы масштабируемости и сделать использование блокчейна значительно более доступным. 

Почему блокчейны второго уровня так важны? Ознакомьтесь с этим руководством, чтобы узнать, как они работают, и об их интересных приложениях.

Ключевые выводы.

• Блокчейн второго уровня (Layer 2) — это второй блокчейн, развёрнутый поверх основного блокчейна.

• Блокчейн второго уровня использует безопасность и другие функции основного блокчейна, а его собственная отдельная структура расширяет возможности системы.

• Предстоящее обновление Ethereum Cancun, вероятно, повлияет на блокчейны второго уровня и предоставит ещё больше возможностей для их использования. 

Что такое блокчейн второго уровня?

Блокчейн второго уровня (Layer 2) — это второй блокчейн, развёрнутый поверх основного блокчейна. Блокчейн второго уровня использует безопасность и другие функции основного блокчейна, а его собственная отдельная структура расширяет возможности системы.

Зачем нужны блокчейны второго уровня?

Блокчейны второго уровня были разработаны для решения трилеммы блокчейна, которая состоит в том, что очень сложно создать сеть, которая была бы одновременно безопасной, децентрализованной и масштабируемой. Блокчейн второго уровня помогает решить так называемую трилемму, улучшая масштабируемость сети.

Блокчейны второго уровня добавляют новое измерение для обработки транзакций в блокчейне. Поскольку блокчейн второго уровня построен на основном блокчейне, он наследует его безопасность и децентрализацию. Таким образом, он может выполнять дополнительные транзакции быстрее, чтобы сеть не перегружалась по мере присоединения к ней новых пользователей.

Эта функция делает блокчейны второго уровня важной частью современной web3-разработки. Поскольку так много людей используют блокчейны для хранения данных, выполнения многочисленных транзакций и обеспечения безопасности, на первый план выходит их масштабируемость. Сети с блокчейнами второго уровня могут предлагать пользователям дополнительную скорость и более низкие комиссии за транзакции.

Как работает блокчейн второго уровня?

Блокчейн второго уровня повышает масштабируемость, изменяя способ обработки транзакций. Если используется блокчейн второго уровня, наши транзакции сначала обрабатываются в нём. Блокчейн второго уровня использует различные криптографические доказательства и другие методы проверки этих транзакций по мере их поступления в сеть. Тем не менее, операции не будут полностью подтверждены до тех пор, пока не будут размещены в основном блокчейне. Чтобы завершить транзакцию и передачу активов, происходит межсетевое взаимодействие, и блокчейн второго уровня публикует выполненные транзакции в основном блокчейне.

Блокчейны второго уровня выполняют свои задачи по-разному. Ниже приведены некоторые из распространённых механизмов, используемых в настоящее время в определённых блокчейнах второго уровня.

Роллапы

Роллап по существу является типом пакетной транзакции. Вместо того, чтобы требовать от главной сети обработки каждой транзакции по мере её возникновения, блокчейн второго уровня может собирать и обрабатывать несколько похожих транзакций перед их отправкой в основной блокчейн одним пакетом. 

Некоторые роллапы, такие как zero-knowledge rollups, даже выполняют обработку за пределами основного блокчейна, проверяя транзакции с помощью смарт-контракта, а затем предоставляя доказательства основному блокчейну для завершения транзакции. Роллапы повышают пропускную способность сети, поскольку основному блокчейну приходится иметь дело с пакетом транзакций, что упрощает их валидацию. У большинства роллапов нет отдельного механизма консенсуса. Вместо этого они просто используют механизм консенсуса родительского блокчейна.

Сайдчейны

Сайдчейны работают ещё более независимо, чем роллапы. Они работают параллельно основной сети, но на том же коде или вычислительном движке, что и основная сеть. Сайдчейны часто используют свой собственный механизм консенсуса без получения разрешения от основной сети. Они просто иногда подключаются к основной сети, чтобы передавать активы между сетями. В дополнение к отдельному механизму консенсуса сайдчейны обычно имеют свои собственные токены и протоколы.

Валидиумы

Валидиум — это решение для масштабируемости, которое использует доказательства достоверности для проверки транзакций вне сети. Для завершения транзакций эти смарт-контракты используют доказательства с нулевым разглашением. Если транзакция недействительна, доказательство не позволит транзакции попасть в основной блокчейн. Если это действительная транзакция, то информация о том, что все данные верны, поступает в основной блокчейн, в то время как данные самой транзакции хранятся вне блокчейна. Простая проверка достоверности позволяет исполнять смарт-контракты в основном блокчейне без необходимости передачи избыточных объёмов данных.

Преимущества и недостатки блокчейна второго уровня

Как и другие блокчейны, в одних ситуациях блокчейны второго уровня работают хорошо, а в других могут создавать проблемы.

Ниже приведены преимущества блокчейна второго уровня.

• Масштабируемость. С блокчейном второго уровня сеть может работать бесперебойно и эффективно даже при добавлении новых пользователей. Блокчейн второго уровня позволяет любому блокчейну заранее планировать свою работу в случае добавления новых пользователей.

• Надёжность. Вместо того, чтобы создавать совершенно новой блокчейн с нуля, проектировщики блокчейнов второго уровня создают их уже на существующей прочной основе. Они используют децентрализацию и безопасность основного блокчейна, а также знакомую кодовую базу и систему.

• Гибкость. Блокчейны второго уровня могут добавлять функции, которые отсутствуют в основном блокчейне. Они позволяют блокчейну расширять свои услуги по мере того, как разработчики создают больше приложений для своих технологий.

• Скорость. Блокчейн второго уровня может значительно увеличить количество транзакций, выполняемых блокчейном. Большинство систем с блокчейнами второго уровня могут легко обрабатывать тысячи транзакций в секунду (TPS).

• Доступность. Если блокчейн не испытывает перегрузки, комиссии за транзакции становятся намного дешевле, поэтому люди начинают чаще использовать этот блокчейн.

Ниже приведены некоторые недостатки блокчейнов второго уровня.

• Некомпонуемость.Компонуемый блокчейн имеет несколько взаимосвязанных активов, которые могут быть собраны различными способами. Блокчейны второго уровня снижают компонуемость, поскольку они часто указывают, что в определённых сетях можно использовать только определённые активы. Это усложняет взаимодействие некоторых децентрализованных приложений (DApps) с конкретными блокчейнами и может отпугнуть менее технически подкованных разработчиков.

• Отсутствие ликвидности. В некоторых случаях блокчейн второго уровня почти полностью перехватывает трафик основного блокчейна. Это становится проблемой, когда все основные активы блокчейна блокируются, а пользователи сосредотачиваются только на работе с токенами второго уровня. По мере снижения ликвидности выполнение сделок и поддержание стоимости в основном блокчейне может быть затруднительным.

• Уязвимости в системе безопасности. Блокчейн второго уровня наследует систему безопасности основного блокчейна. Однако некоторые механизмы, такие как мосты блокчейна, могут создавать дополнительные потенциальные уязвимости в системах безопасности в хорошо защищённых сетях.

• Пониженный уровень конфиденциальности. Блокчейн второго уровня часто требует от пользователей работы со сторонними сервисами. Это может привести к потере анонимности, которую пользователь мог бы иметь в основном блокчейне.

Лучшие блокчейны второго уровня

Когда на свет появилась концепция блокчейнов второго уровня, разработчики блокчейнов начали с ней экспериментировать. Сейчас существует бесчисленное множество вариантов блокчейнов второго уровня. Ниже перечислены некоторые излучших блокчейноввторого уровня.

Mantle Network

Среди них выделяетсяMantle Network, потому что он управляется децентрализованной автономной организацией (DAO). Эта система второго уровня под руководством сообщества на Ethereum имеет модульную структуру. Люди могут работать на разных уровнях, в зависимости от необходимого уровня безопасности и типа транзакции. В ней есть множество инструментов для развёртывания смарт-контрактов, поэтому она популярна среди активных пользователей.

Eclipse

В отличие от многих других блокчейнов второго уровня, Eclipse не прикреплён к одной единственной сети. Это настраиваемая архитектура, которую можно использовать в нескольких блокчейнах. Разработчики могут использовать Eclipse для развёртывания роллапов в таких системах, как Celestia, NEAR и Solana. Можно создавать роллапы для любых проектов и находить такие решения для масштабирования вне сети, которые соответствуют их уникальным потребностям.

Optimism

Этот блокчейн второго уровня использует технологию optimistic rollups, которая рассматривают каждую транзакцию как действительную. Транзакции отменяются только в том случае, если в отношении их появляются доказательства мошенничества, которые идентифицируют транзакцию как недействительные, поэтому сети не нужно тратить много времени на подтверждение блоков вручную. Такой механизм консенсуса требует предоставления участниками доли для каждого нового блока, поэтому он поддерживает безопасность даже без обширной проверки или времени, затрачиваемого на поиск доказательств мошенничества.

Arbitrum

Arbitrum имеет впечатляющую скорость 40 000 транзакций в секунду и отличается очень низкой комиссией. Это решение для масштабируемости использует технологию optimistic rollups и пользуется популярностью у разработчиков DApp, которые могут создавать коды с помощью базового языка, используемого в виртуальной машине Ethereum (EVM).

Polygon

Polygon — одна из самых популярных систем второго уровня для масштабирования Ethereum. Этот блокчейн второго уровня упрощает разработку новых программ. Polygon используется во многих проектах DApp и платёжных каналах, а разработчики могут использовать Polygon для создания собственных сайдчейнов.

Lightning Network

В отличие от многих блокчейнов второго уровня, Lightning Network работает на биткоине. Этот блокчейн второго уровня обеспечивает более быстрые транзакции в обмен на микроплатежи. Несмотря на то, что Lightning Network достаточно прост, он является основой для бесчисленных транзакций в биткоинах. Большую пользу приносит возможность выбора различных платёжных каналов в зависимости от желаемой скорости транзакций.

Каким образом предстоящее обновление Ethereum Cancun будет способствовать обновлению блокчейнов второго уровня?

Блокчейн Ethereum уже известен своим необычно высоким уровнем блокчейнов второго уровня. Новое обновление Ethereum может предоставить ещё больше возможностей для разработчиков блокчейнов второго уровня. Обновление Cancun-Deneb, также известное как EIP-4844 (или более неформально — «Dencun»), станет основой для такого типа масштабируемости, как данкшардинг. Прото-данкшардинг, доступный в обновлении Cancun, обеспечит универсальный краткосрочный способ хранения данных, который упростит процесс развёртывания роллапов. Блокчейны второго уровня могут во многом выиграть от обновления Cancun.

Масштабируемость

Новая система Cancun основана на концепции «блобов». Блобы (сокращение от «binary large objects») представляют собой модули данных, которые позволяют роллапам временно использовать данные без необходимости платить за постоянное хранение всех данных на уровне исполнения в основном блокчейне. Это значительно увеличивает ёмкость хранилища, и сеть может обрабатывать больше данных транзакций. Это также упрощает передачу данных, чтобы сеть могла повысить пропускную способность, сохраняя при этом гарантии безопасности.

Снижение комиссий за газ

Основная причина, по которой пользователи так ждут обновления Cancun, заключается в обещании снизить стоимость комиссии за газ на основном блокчейне Ethereum. Поскольку прото-данкшардинг стимулирует развитие блокчейнов второго уровня, эта технология может помочь переместить ненужные транзакции из основного блокчейна. Такое снижение пропускной способности транзакций приводит к снижению комиссий за транзакции для всех пользователей, независимо от того, пользуются ли они преимуществами новой системы роллапов и хранения данных.

Снижение расходов на транзакции

Одним из самых впечатляющих способов снижения комиссий за транзакции является передача данных между блокчейном первого уровня и блокчейном второго уровня, поскольку получение информации из блокчейна второго уровня и её передача в основной блокчейн станет значительно дешевле. По оценкам экспертов, стоимость транзакций может снизиться до $0,001 за транзакцию, что позволит создать весьма доступный платёжный канал и пользователи смогут отправлять транзакции, практически не выплачивая никаких комиссий.

Доступность модульных данных

Прото-данкшардинг использует модульный подход к хранению данных. Необходимые для транзакций данные могут быть разбиты на «блобы», поэтому пользователи смогут получить доступ к необходимым данным без необходимости просматривать целые блоки. Такая повышенная доступность данных позволит людям использовать блокчейны для различных проектов web3-разработки. В настоящее время Ethereum не является полностью модульной системой, но это обновление прокладывает путь к повышению модульности.

Будущее блокчейнов второго уровня

Благодаря способности обеспечивать масштабируемость и доступность сети блокчейны второго уровня могут рассматриваться как блокчейны будущего. Всего за несколько лет они превратились из новинки в неотъемлемую часть web3-разработки. Существуют платёжные каналы, децентрализованные приложения (DApps) и многое другое, что построено на концепции блокчейнов второго уровня. Мало того, что на блокчейнах второго уровня работают всё больше и больше проектов, связанных со смарт-контрактами, при этом всё чаще создаются системы второго уровня, на которых такие проекты работают.

Помимо того, что блокчейны второго уровня станут ещё более распространёнными в будущем, они, судя по всему, будут двигаться в нескольких конкретных направлениях. В частности, учитывая акцент сети Ethereum на шардинг и данкшардинг, вполне вероятно, что новые блокчейны второго уровня начнут отдавать приоритет модульности. 

Ещё одна тенденция, за которой следует следить, — это усиление мер безопасности. Несмотря на то, что блокчейны второго уровня получают некоторую встроенную безопасность от своих основных блокчейнов, такие варианты, как optimistic proofs, часто жертвуют безопасностью ради скорости. Некоторые проекты не используют этот подход и пытаются создать более надёжные гарантии безопасности для своих блокчейнов второго уровня.

Заключение

Благодаря своей способности управлять несколькими транзакциями вне основного блокчейна, блокчейны второго уровня могут снизить комиссии за транзакции, повысить пропускную способность сети и увеличить скорость транзакций. Используя архитектуру основного блокчейна, они могут обеспечить надёжные и комфортные условия работы для пользователей. Поскольку спрос на обработку большого количества транзакций быстро растёт, блокчейны второго уровня, вероятно, станут важной частью системы блокчейнов.