Введение в масштабирование
В этом модуле мы изучим фундаментальные концепции масштабирования в контексте блокчейна и криптовалют. Мы рассмотрим проблемы масштабируемости и необходимость инновационных решений. Вы поймете, почему масштабирование имеет решающее значение для роста и внедрения сетей blockchain, и мы представим различные решения по масштабированию и их преимущества.
Что такое уровень 1 в криптовалюте?
В контексте технологии блокчейн уровень 1 (L1) относится к базовому протоколу или к самой блокчейн, лежащей в основе. Это первичный слой блокчейна, который устанавливает фундаментальные правила и протоколы системы. Говоря более простым языком, Уровень 1 относится к основной сети блокчейн, которая отвечает за подтверждение транзакций, ведение бухгалтерской книги и создание новых блоков.
Протоколы первого уровня часто называют протоколами "базового уровня", поскольку они служат основой для всей сети блокчейн. Эти протоколы можно рассматривать как фундаментальные строительные блоки блокчейна, обеспечивающие такие важные функциональные возможности, как механизмы консенсуса, проверка блоков и средства защиты.
Одной из ключевых особенностей протоколов первого уровня является их способность обрабатывать транзакции децентрализованно и без доверия. Это достигается за счет использования механизмов консенсуса, которые позволяют узлам сети достигать консенсуса относительно действительности транзакций без необходимости в централизованном органе власти.
Одним из наиболее известных протоколов первого уровня является Bitcoin, который работает с 2009 года. Другие популярные протоколы первого уровня включают Ethereum, Bitcoin Cash и Litecoin. Каждый из этих протоколов имеет свои уникальные особенности и характеристики, такие как время блока, размер блока и пропускная способность транзакции, которые определяют их общую производительность.
Протоколы первого уровня, как правило, разработаны для обеспечения безопасности и неизменяемости, что означает, что после подтверждения транзакции и добавления ее в блокчейн, она не может быть изменена или удалена. Это делает их идеальными для использования в тех случаях, когда прозрачность, безопасность и неизменяемость имеют решающее значение, например, в финансовых операциях, управлении цепочками поставок и системах голосования.
Хотя протоколы первого уровня невероятно мощные, они также имеют некоторые ограничения, например, проблемы масштабируемости. По мере роста количества транзакций в сети время и стоимость, необходимые для обработки транзакций, могут значительно увеличиваться. Это привело к разработке решений по масштабированию 2-го уровня.
Что такое уровень 2 в криптовалюте?
Решение для масштабирования второго уровня - это внецепочечный протокол, построенный поверх блокчейна первого уровня для увеличения его масштабируемости и пропускной способности без ущерба для безопасности. Решения второго уровня могут использоваться для различных приложений, таких как платежи, смарт-контракты и децентрализованные биржи. Перенося часть обработки транзакций за пределы цепочки, решения второго уровня могут значительно сократить количество транзакций, которые необходимо обрабатывать на основном блокчейне, что приводит к более быстрым и дешевым транзакциям.
Одним из наиболее популярных решений масштабирования второго уровня является сеть Lightning Network, которая первоначально была разработана для Биткойна, но затем была адаптирована и для других криптовалют. Сеть Lightning Network обеспечивает мгновенные и недорогие транзакции, создавая платежные каналы между пользователями, позволяя им совершать сделки вне цепи, не дожидаясь подтверждений на основной блокчейн.
Другим примером решения второго уровня является Plasma, разработанная Виталиком Бутериным и Джозефом Пуном. Plasma использует древовидную структуру побочных цепей для обработки транзакций вне цепи и периодически фиксирует сводку этих транзакций в основной блокчейн. Это позволяет обрабатывать большой объем транзакций, сохраняя при этом безопасность основного блокчейна.
Государственные каналы - это еще один тип решений второго уровня, которые позволяют осуществлять внецепочечные транзакции между пользователями. Государственные каналы работают путем создания частного канала между двумя пользователями, позволяя им совершать транзакции вне цепи без участия основного блокчейна. После закрытия канала окончательное состояние канала фиксируется в основном блокчейне, обеспечивая безопасность транзакции.
Rollup-решения - это более новый тип решений второго уровня, который приобрел популярность в последние годы. Ролловеры используют смарт-контракты для пакетной обработки транзакций вне цепи, а затем периодически фиксируют сводку этих транзакций на основной блокчейн. Существует два типа сворачивания: ZK-роллапы, которые используют доказательства с нулевым знанием для доказательства действительности транзакций вне цепи, и оптимистичные роллапы, которые предполагают, что транзакции действительны, если не доказано обратное.
Решения уровня 2 имеют ряд преимуществ перед решениями уровня 1. Во-первых, они могут значительно увеличить масштабируемость и пропускную способность блокчейна, не жертвуя при этом безопасностью. Они также могут снизить комиссионные за транзакции и увеличить скорость транзакций, что делает их более практичными для повседневного использования. Кроме того, решения второго уровня могут быть построены поверх любого блокчейна первого уровня, что означает, что они могут быть использованы для масштабирования любой криптовалюты.
Однако решения уровня 2 имеют и некоторые недостатки. Во-первых, они могут быть сложными и трудными для внедрения, что может ограничить их применение. Кроме того, поскольку решения второго уровня полагаются на внецепочечную обработку, они могут быть менее безопасными, чем решения первого уровня, что может сделать их уязвимыми для атак. Наконец, поскольку решения второго уровня строятся поверх блокчейн первого уровня, они ограничены возможностями базового блокчейна.
Что такое решения для масштабирования?
В мире криптовалют одной из самых больших проблем, стоящих перед технологией блокчейн, является масштабируемость. Масштабируемость относится к способности сети блокчейн обрабатывать большой объем транзакций своевременно и экономически эффективно. По мере того, как популярность приложений на основе блокчейн продолжает расти, растет и спрос на более быструю и эффективную обработку транзакций. Именно здесь на помощь приходят решения по масштабированию.
Масштабирующие решения - это технологии, которые работают над протоколом блокчейна, чтобы повысить скорость и эффективность работы базового блокчейна. Эти решения призваны решить проблему масштабируемости путем обработки транзакций вне основной сети. Это позволяет снизить нагрузку на основную сеть блокчейн и уменьшить комиссию за транзакции, сохраняя при этом безопасность и целостность блокчейна.
Цель решений по масштабированию заключается в том, чтобы позволить сети blockchain обрабатывать больший объем транзакций без ущерба для скорости, стоимости или безопасности. Перекладывая часть работы по обработке данных на решения второго уровня, основная сеть блокчейн может сосредоточиться на своих основных функциях, получая при этом выгоду от дополнительной эффективности и масштабируемости этих решений.
Временная шкала проблем масштабирования и их решений
С момента своего появления масштабирование было критической проблемой, стоящей перед индустрией блокчейн. Биткойн, первая сеть блокчейн, может обрабатывать только ограниченное количество транзакций в секунду (TPS). Это ограничение стало существенным барьером для внедрения, поскольку подтверждение транзакции может занимать несколько минут, что приводит к медленному времени обработки и высоким комиссиям. Эта проблема послужила толчком к разработке многочисленных решений по масштабированию, некоторые из которых мы рассмотрим в этом разделе.
Одним из самых ранних решений по масштабированию было увеличение размеров блоков. Изначально Биткойн имел ограничение на размер блока в 1 МБ, которое позже было увеличено до 2 МБ. Однако такой подход имеет свои ограничения, поскольку для больших блоков требуется больше места для хранения, что увеличивает стоимость эксплуатации узла и потенциально может привести к централизации. В сообществе Биткойн также возникли разногласия по поводу такого подхода, что привело к созданию форка сети под названием Bitcoin Cash, в котором размер блока был увеличен до 8 МБ.
Другое решение для масштабирования известно как сеть Lightning Network, которая была впервые предложена в 2015 году Джозефом Пуном и Таддеусом Дриджа. Сеть Lightning Network работает поверх блокчейна Биткойна и позволяет пользователям проводить внецепочечные транзакции путем создания платежных каналов. Такой подход теоретически может масштабировать Bitcoin до миллионов TPS при сохранении низких тарифов.
Ethereum, другая ведущая сеть блокчейн, также столкнулась с проблемами масштабирования из-за своей популярности и растущего числа децентрализованных приложений (dApps), созданных на ее основе. Одно из первых решений, предложенных для Ethereum, называлось Plasma, целью которого было масштабирование сети путем создания нескольких дочерних цепей или сайдчейнов, которые могут обрабатывать транзакции независимо друг от друга. Однако Plasma столкнулась с рядом технических проблем, и в конечном итоге ее разработка была прекращена.
Другое решение для масштабирования Ethereum известно как шардинг (sharding). Шардинг подразумевает разделение блокчейна Ethereum на более мелкие части, или шарды, которые могут обрабатывать транзакции независимо друг от друга, увеличивая общий TPS сети. В настоящее время компания Ethereum работает над внедрением шардинга в рамках обновления Ethereum 2.0.
Роллапы - это еще одно решение для масштабирования Ethereum, которое приобрело популярность в последние годы. Свертывание предполагает объединение нескольких транзакций в одну транзакцию, которая обрабатывается на блокчейне Ethereum, уменьшая количество необходимых вычислений и увеличивая TPS. Роллапы можно далее классифицировать на оптимистические и ZK-роллапы, в зависимости от используемой базовой технологии.
Решение по масштабированию, известное как Optimistic Rollups, было впервые предложено компанией Plasma Group в 2018 году. Оптимистичные сворачивания позволяют объединить несколько транзакций в одну, которая обрабатывается вне цепи, уменьшая количество необходимых вычислений и увеличивая TPS. Затем транзакции агрегируются и размещаются в блокчейне Ethereum, что позволяет проводить транзакции быстрее и дешевле, сохраняя при этом безопасность и децентрализацию базового блокчейна.
ZK-роллапы - это еще один тип роллапов, которые используют доказательства нулевого знания (ZK) для объединения транзакций в одну транзакцию. Такой подход устраняет необходимость внецепочечной обработки и позволяет обрабатывать больше транзакций в одном блоке, сохраняя при этом безопасность и децентрализацию блокчейна. ZK-роллапы были впервые представлены компанией Matter Labs в 2019 году и в последние годы привлекли к себе значительное внимание.
Сравнение между уровнями Layer-1 и Layer-2
Уровень 1 и уровень 2 - обе важные концепции в экосистеме блокчейн. Каждый слой служит определенной цели, и оба слоя работают вместе, обеспечивая масштабируемую и эффективную сеть блокчейн. Здесь мы сравним эти два слоя, выделив сильные и слабые стороны каждого из них.
Слой 1 - это базовый слой блокчейна. Он состоит из основного протокола блокчейна и отвечает за управление механизмом консенсуса, проверку транзакций и поддержание состояния блокчейна. Уровень 1 - это место, где эмитируется родная криптовалюта блокчейна и где обрабатываются все транзакции. Биткойн, Ethereum и другие крупные блокчейны работают на Уровне 1.
Уровень 2 строится поверх Уровня 1 и обеспечивает дополнительные функциональные возможности сети блокчейн. Он предназначен для повышения масштабируемости и эффективности блокчейна путем разгрузки части обработки данных с Уровня 1. Решения Уровня 2 включают в себя каналы состояний, плазмы, ролловеры и сайдчейны.
Механизм консенсуса Уровня 1, такой как proof-of-work (PoW) или proof-of-stake (PoS), обеспечивает целостность и неизменяемость блокчейна. Уровень 1 также децентрализован, что означает, что ни один отдельный субъект не может контролировать сеть. Это делает Layer 1 идеальным для хранения дорогостоящих активов и проведения операций, требующих высокого уровня безопасности.
Однако вычислительная мощность, необходимая для поддержания механизма консенсуса, высока, что ограничивает пропускную способность сети. Это делает уровень 1 менее эффективным и менее масштабируемым, чем решения уровня 2. Уровень 1 также имеет более высокие комиссии за транзакции по сравнению с уровнем 2, что делает его менее привлекательным для микроплатежей и других операций с низкой стоимостью.
Решения второго уровня, с другой стороны, предназначены для улучшения масштабируемости и эффективности блокчейна. Разгрузив часть обработки данных с Уровня 1, Уровень 2 может обрабатывать транзакции быстрее и с меньшими затратами. Уровень 2 также позволяет реализовать более сложные функциональные возможности смарт-контрактов, которые невозможны на Уровне 1 из-за его ограниченной вычислительной мощности.
Решения второго уровня могут обрабатывать гораздо большее количество транзакций в секунду по сравнению с решениями первого уровня. Это делает уровень 2 идеальным для использования в тех случаях, когда требуется высокая пропускная способность транзакций, например, в онлайн-играх или высокочастотной торговле. Уровень 2 также имеет более низкие комиссии за транзакции по сравнению с Уровнем 1, что делает его более подходящим для микроплатежей и других операций с низкой стоимостью.
Безопасность решений Уровня 2 зависит от безопасности Уровня 1, и компрометация Уровня 1 может повлиять на безопасность Уровня 2. Уровень 2 также требует дополнительных предположений о доверии по сравнению с Уровнем 1, поскольку обработкой занимается меньший набор узлов или доверенных организаций. Это делает уровень 2 менее подходящим для хранения дорогостоящих активов или проведения транзакций, требующих высокого уровня безопасности.
Решения для масштабирования второго уровня
Решения масштабирования второго уровня - это популярный тип решений масштабирования, которые работают поверх основной сети блокчейн. Эти решения направлены на решение проблемы масштабируемости путем обработки транзакций вне основной сети. Тем самым решения второго уровня могут значительно повысить скорость и эффективность обработки транзакций, снизив при этом нагрузку на основную сеть блокчейн.
Одним из примеров решения для масштабирования второго уровня являются Zero-knowledge rollups (ZK-Rollups), которые будут подробно рассмотрены в этом курсе. ZK-Rollups используют криптографическую технику, называемую доказательством нулевого знания, для объединения нескольких транзакций в одну транзакцию, которая затем отправляется в основную сеть блокчейна. Это помогает уменьшить количество транзакций, которые должны обрабатываться основной сетью, сохраняя при этом безопасность и целостность блокчейна.
Другим примером решения для масштабирования на уровне 2 является Optimistic Rollups. Оптимистичные ролловеры работают, обрабатывая транзакции вне цепи, а затем передавая сводку этих транзакций в основную сеть блокчейн. Затем эта сводка проверяется основной сетью, обеспечивая точность и безопасность транзакций. Благодаря обработке транзакций вне цепи, Optimistic Rollups может значительно увеличить скорость и эффективность обработки транзакций, одновременно снижая газовые сборы, связанные с этими транзакциями.
Преимущества использования решений второго уровня
Решения второго уровня предлагают несколько преимуществ по сравнению с традиционными блокчейн-сетями. Вот некоторые из наиболее значимых преимуществ:
Улучшенная скорость транзакций в секунду (TPS): Решения второго уровня могут обрабатывать гораздо больший объем транзакций в секунду, чем традиционные сети блокчейн. Обрабатывая транзакции вне основной сети, решения Layer-2 могут значительно увеличить скорость и эффективность обработки транзакций, что очень важно для приложений на основе блокчейна, требующих быстрой и надежной обработки транзакций.
Снижение платы за газ: Плата за газ относится к транзакционным комиссиям, которые пользователи должны платить за использование сети блокчейн. Одно из основных преимуществ решений второго уровня заключается в том, что они могут значительно снизить газовые сборы, связанные с транзакциями. Благодаря обработке транзакций вне цепи, решения второго уровня могут снизить нагрузку на основную сеть блокчейн, что приводит к снижению платы за газ для пользователей.
Сохранение безопасности: Решения второго уровня предназначены для поддержания безопасности и целостности базового блокчейна. Используя такие криптографические техники, как доказательства с нулевым знанием и проверяемые вычисления, решения второго уровня могут гарантировать точность и безопасность транзакций, даже если они обрабатываются вне основной сети.
Сети, ориентированные на конкретные приложения: Решения второго уровня могут быть настроены на удовлетворение специфических потребностей различных приложений, основанных на блокчейне. Например, некоторые решения второго уровня разработаны специально для децентрализованных финансовых (DeFi) приложений, в то время как другие предназначены для неиграбельных токенов (NFT) или игровых приложений. Это позволяет разработчикам создавать более эффективные и специализированные приложения поверх сети блокчейн.
Сравнение решений по масштабированию уровней Layer-2 и Layer-1
Решения по масштабированию первого уровня и решения по масштабированию второго уровня - это два разных подхода к решению проблемы масштабируемости в сетях блокчейн. В то время как решения первого уровня сосредоточены на совершенствовании самой основной сети блокчейн, решения второго уровня работают над основной сетью и обрабатывают транзакции вне цепи. Вот более подробный взгляд на сравнение этих двух решений:
Скорость и эффективность
Решения второго уровня могут обрабатывать больший объем транзакций в секунду, чем решения первого уровня. Благодаря обработке транзакций вне цепи, решения Layer-2 могут значительно увеличить скорость и эффективность обработки транзакций, что очень важно для приложений на основе blockchain, требующих быстрой и надежной обработки транзакций.
Безопасность
Решения как первого, так и второго уровня предназначены для поддержания безопасности и целостности базового блокчейна. Однако решения второго уровня опираются на криптографические технологии, такие как доказательства нулевого знания и проверяемые вычисления, чтобы гарантировать точность и безопасность транзакций, даже если они обрабатываются вне основной сети.
Плата за газ
Плата за газ - это плата за транзакцию, которую пользователи должны заплатить за использование сети блокчейн. Решения второго уровня могут значительно снизить плату за газ, поскольку они обрабатывают транзакции вне цепи и снижают нагрузку на основную сеть. Решения первого уровня, с другой стороны, могут потребовать более высоких тарифов на газ, чтобы учесть возросший объем обработки транзакций в основной сети.
Гибкость
Решения второго уровня являются более гибкими, чем решения первого уровня, с точки зрения настройки под конкретные приложения. Решения второго уровня могут быть адаптированы к специфическим потребностям различных приложений на основе блокчейна, что позволяет разработчикам создавать более эффективные и специализированные приложения поверх сети блокчейн.
Комплексность
Решения второго уровня часто являются более сложными, чем решения первого уровня, поскольку они требуют дополнительной инфраструктуры и криптографических технологий для обработки транзакций вне цепи. Эта дополнительная сложность может затруднить разработчикам создание приложений поверх решений второго уровня.
Интероперабельность
Решения первого уровня могут быть более интероперабельными, чем решения второго уровня, поскольку они работают непосредственно в основной сети блокчейн. Это облегчает взаимодействие различных сетей блокчейн друг с другом и позволяет пользователям перемещать активы между различными сетями. Решения второго уровня, с другой стороны, могут потребовать дополнительной инфраструктуры взаимодействия для облегчения межцепочечных транзакций.
Основные моменты
- Решения по масштабированию направлены на повышение скорости и эффективности работы сетей блокчейн.
- Масштабируемые решения - это технологии, которые работают поверх протокола блокчейн для решения проблемы масштабируемости сетей блокчейн.
- Примерами решений для масштабирования на уровне 2 являются Zero-knowledge rollups (ZK-Rollups) и Optimistic Rollups.
- Решения второго уровня обеспечивают более высокую скорость транзакций в секунду, более низкую плату за газ, сохраненную безопасность и сети, ориентированные на конкретные приложения.
- Решения второго уровня предлагают более высокую скорость и эффективность, снижение платы за газ, повышенную гибкость и могут быть адаптированы к специфическим потребностям различных приложений на основе блокчейна, в то время как решения первого уровня более совместимы и могут требовать меньшей сложности.
Введение в масштабирование
В этом модуле мы изучим фундаментальные концепции масштабирования в контексте блокчейна и криптовалют. Мы рассмотрим проблемы масштабируемости и необходимость инновационных решений. Вы поймете, почему масштабирование имеет решающее значение для роста и внедрения сетей blockchain, и мы представим различные решения по масштабированию и их преимущества.
Что такое уровень 1 в криптовалюте?
В контексте технологии блокчейн уровень 1 (L1) относится к базовому протоколу или к самой блокчейн, лежащей в основе. Это первичный слой блокчейна, который устанавливает фундаментальные правила и протоколы системы. Говоря более простым языком, Уровень 1 относится к основной сети блокчейн, которая отвечает за подтверждение транзакций, ведение бухгалтерской книги и создание новых блоков.
Протоколы первого уровня часто называют протоколами "базового уровня", поскольку они служат основой для всей сети блокчейн. Эти протоколы можно рассматривать как фундаментальные строительные блоки блокчейна, обеспечивающие такие важные функциональные возможности, как механизмы консенсуса, проверка блоков и средства защиты.
Одной из ключевых особенностей протоколов первого уровня является их способность обрабатывать транзакции децентрализованно и без доверия. Это достигается за счет использования механизмов консенсуса, которые позволяют узлам сети достигать консенсуса относительно действительности транзакций без необходимости в централизованном органе власти.
Одним из наиболее известных протоколов первого уровня является Bitcoin, который работает с 2009 года. Другие популярные протоколы первого уровня включают Ethereum, Bitcoin Cash и Litecoin. Каждый из этих протоколов имеет свои уникальные особенности и характеристики, такие как время блока, размер блока и пропускная способность транзакции, которые определяют их общую производительность.
Протоколы первого уровня, как правило, разработаны для обеспечения безопасности и неизменяемости, что означает, что после подтверждения транзакции и добавления ее в блокчейн, она не может быть изменена или удалена. Это делает их идеальными для использования в тех случаях, когда прозрачность, безопасность и неизменяемость имеют решающее значение, например, в финансовых операциях, управлении цепочками поставок и системах голосования.
Хотя протоколы первого уровня невероятно мощные, они также имеют некоторые ограничения, например, проблемы масштабируемости. По мере роста количества транзакций в сети время и стоимость, необходимые для обработки транзакций, могут значительно увеличиваться. Это привело к разработке решений по масштабированию 2-го уровня.
Что такое уровень 2 в криптовалюте?
Решение для масштабирования второго уровня - это внецепочечный протокол, построенный поверх блокчейна первого уровня для увеличения его масштабируемости и пропускной способности без ущерба для безопасности. Решения второго уровня могут использоваться для различных приложений, таких как платежи, смарт-контракты и децентрализованные биржи. Перенося часть обработки транзакций за пределы цепочки, решения второго уровня могут значительно сократить количество транзакций, которые необходимо обрабатывать на основном блокчейне, что приводит к более быстрым и дешевым транзакциям.
Одним из наиболее популярных решений масштабирования второго уровня является сеть Lightning Network, которая первоначально была разработана для Биткойна, но затем была адаптирована и для других криптовалют. Сеть Lightning Network обеспечивает мгновенные и недорогие транзакции, создавая платежные каналы между пользователями, позволяя им совершать сделки вне цепи, не дожидаясь подтверждений на основной блокчейн.
Другим примером решения второго уровня является Plasma, разработанная Виталиком Бутериным и Джозефом Пуном. Plasma использует древовидную структуру побочных цепей для обработки транзакций вне цепи и периодически фиксирует сводку этих транзакций в основной блокчейн. Это позволяет обрабатывать большой объем транзакций, сохраняя при этом безопасность основного блокчейна.
Государственные каналы - это еще один тип решений второго уровня, которые позволяют осуществлять внецепочечные транзакции между пользователями. Государственные каналы работают путем создания частного канала между двумя пользователями, позволяя им совершать транзакции вне цепи без участия основного блокчейна. После закрытия канала окончательное состояние канала фиксируется в основном блокчейне, обеспечивая безопасность транзакции.
Rollup-решения - это более новый тип решений второго уровня, который приобрел популярность в последние годы. Ролловеры используют смарт-контракты для пакетной обработки транзакций вне цепи, а затем периодически фиксируют сводку этих транзакций на основной блокчейн. Существует два типа сворачивания: ZK-роллапы, которые используют доказательства с нулевым знанием для доказательства действительности транзакций вне цепи, и оптимистичные роллапы, которые предполагают, что транзакции действительны, если не доказано обратное.
Решения уровня 2 имеют ряд преимуществ перед решениями уровня 1. Во-первых, они могут значительно увеличить масштабируемость и пропускную способность блокчейна, не жертвуя при этом безопасностью. Они также могут снизить комиссионные за транзакции и увеличить скорость транзакций, что делает их более практичными для повседневного использования. Кроме того, решения второго уровня могут быть построены поверх любого блокчейна первого уровня, что означает, что они могут быть использованы для масштабирования любой криптовалюты.
Однако решения уровня 2 имеют и некоторые недостатки. Во-первых, они могут быть сложными и трудными для внедрения, что может ограничить их применение. Кроме того, поскольку решения второго уровня полагаются на внецепочечную обработку, они могут быть менее безопасными, чем решения первого уровня, что может сделать их уязвимыми для атак. Наконец, поскольку решения второго уровня строятся поверх блокчейн первого уровня, они ограничены возможностями базового блокчейна.
Что такое решения для масштабирования?
В мире криптовалют одной из самых больших проблем, стоящих перед технологией блокчейн, является масштабируемость. Масштабируемость относится к способности сети блокчейн обрабатывать большой объем транзакций своевременно и экономически эффективно. По мере того, как популярность приложений на основе блокчейн продолжает расти, растет и спрос на более быструю и эффективную обработку транзакций. Именно здесь на помощь приходят решения по масштабированию.
Масштабирующие решения - это технологии, которые работают над протоколом блокчейна, чтобы повысить скорость и эффективность работы базового блокчейна. Эти решения призваны решить проблему масштабируемости путем обработки транзакций вне основной сети. Это позволяет снизить нагрузку на основную сеть блокчейн и уменьшить комиссию за транзакции, сохраняя при этом безопасность и целостность блокчейна.
Цель решений по масштабированию заключается в том, чтобы позволить сети blockchain обрабатывать больший объем транзакций без ущерба для скорости, стоимости или безопасности. Перекладывая часть работы по обработке данных на решения второго уровня, основная сеть блокчейн может сосредоточиться на своих основных функциях, получая при этом выгоду от дополнительной эффективности и масштабируемости этих решений.
Временная шкала проблем масштабирования и их решений
С момента своего появления масштабирование было критической проблемой, стоящей перед индустрией блокчейн. Биткойн, первая сеть блокчейн, может обрабатывать только ограниченное количество транзакций в секунду (TPS). Это ограничение стало существенным барьером для внедрения, поскольку подтверждение транзакции может занимать несколько минут, что приводит к медленному времени обработки и высоким комиссиям. Эта проблема послужила толчком к разработке многочисленных решений по масштабированию, некоторые из которых мы рассмотрим в этом разделе.
Одним из самых ранних решений по масштабированию было увеличение размеров блоков. Изначально Биткойн имел ограничение на размер блока в 1 МБ, которое позже было увеличено до 2 МБ. Однако такой подход имеет свои ограничения, поскольку для больших блоков требуется больше места для хранения, что увеличивает стоимость эксплуатации узла и потенциально может привести к централизации. В сообществе Биткойн также возникли разногласия по поводу такого подхода, что привело к созданию форка сети под названием Bitcoin Cash, в котором размер блока был увеличен до 8 МБ.
Другое решение для масштабирования известно как сеть Lightning Network, которая была впервые предложена в 2015 году Джозефом Пуном и Таддеусом Дриджа. Сеть Lightning Network работает поверх блокчейна Биткойна и позволяет пользователям проводить внецепочечные транзакции путем создания платежных каналов. Такой подход теоретически может масштабировать Bitcoin до миллионов TPS при сохранении низких тарифов.
Ethereum, другая ведущая сеть блокчейн, также столкнулась с проблемами масштабирования из-за своей популярности и растущего числа децентрализованных приложений (dApps), созданных на ее основе. Одно из первых решений, предложенных для Ethereum, называлось Plasma, целью которого было масштабирование сети путем создания нескольких дочерних цепей или сайдчейнов, которые могут обрабатывать транзакции независимо друг от друга. Однако Plasma столкнулась с рядом технических проблем, и в конечном итоге ее разработка была прекращена.
Другое решение для масштабирования Ethereum известно как шардинг (sharding). Шардинг подразумевает разделение блокчейна Ethereum на более мелкие части, или шарды, которые могут обрабатывать транзакции независимо друг от друга, увеличивая общий TPS сети. В настоящее время компания Ethereum работает над внедрением шардинга в рамках обновления Ethereum 2.0.
Роллапы - это еще одно решение для масштабирования Ethereum, которое приобрело популярность в последние годы. Свертывание предполагает объединение нескольких транзакций в одну транзакцию, которая обрабатывается на блокчейне Ethereum, уменьшая количество необходимых вычислений и увеличивая TPS. Роллапы можно далее классифицировать на оптимистические и ZK-роллапы, в зависимости от используемой базовой технологии.
Решение по масштабированию, известное как Optimistic Rollups, было впервые предложено компанией Plasma Group в 2018 году. Оптимистичные сворачивания позволяют объединить несколько транзакций в одну, которая обрабатывается вне цепи, уменьшая количество необходимых вычислений и увеличивая TPS. Затем транзакции агрегируются и размещаются в блокчейне Ethereum, что позволяет проводить транзакции быстрее и дешевле, сохраняя при этом безопасность и децентрализацию базового блокчейна.
ZK-роллапы - это еще один тип роллапов, которые используют доказательства нулевого знания (ZK) для объединения транзакций в одну транзакцию. Такой подход устраняет необходимость внецепочечной обработки и позволяет обрабатывать больше транзакций в одном блоке, сохраняя при этом безопасность и децентрализацию блокчейна. ZK-роллапы были впервые представлены компанией Matter Labs в 2019 году и в последние годы привлекли к себе значительное внимание.
Сравнение между уровнями Layer-1 и Layer-2
Уровень 1 и уровень 2 - обе важные концепции в экосистеме блокчейн. Каждый слой служит определенной цели, и оба слоя работают вместе, обеспечивая масштабируемую и эффективную сеть блокчейн. Здесь мы сравним эти два слоя, выделив сильные и слабые стороны каждого из них.
Слой 1 - это базовый слой блокчейна. Он состоит из основного протокола блокчейна и отвечает за управление механизмом консенсуса, проверку транзакций и поддержание состояния блокчейна. Уровень 1 - это место, где эмитируется родная криптовалюта блокчейна и где обрабатываются все транзакции. Биткойн, Ethereum и другие крупные блокчейны работают на Уровне 1.
Уровень 2 строится поверх Уровня 1 и обеспечивает дополнительные функциональные возможности сети блокчейн. Он предназначен для повышения масштабируемости и эффективности блокчейна путем разгрузки части обработки данных с Уровня 1. Решения Уровня 2 включают в себя каналы состояний, плазмы, ролловеры и сайдчейны.
Механизм консенсуса Уровня 1, такой как proof-of-work (PoW) или proof-of-stake (PoS), обеспечивает целостность и неизменяемость блокчейна. Уровень 1 также децентрализован, что означает, что ни один отдельный субъект не может контролировать сеть. Это делает Layer 1 идеальным для хранения дорогостоящих активов и проведения операций, требующих высокого уровня безопасности.
Однако вычислительная мощность, необходимая для поддержания механизма консенсуса, высока, что ограничивает пропускную способность сети. Это делает уровень 1 менее эффективным и менее масштабируемым, чем решения уровня 2. Уровень 1 также имеет более высокие комиссии за транзакции по сравнению с уровнем 2, что делает его менее привлекательным для микроплатежей и других операций с низкой стоимостью.
Решения второго уровня, с другой стороны, предназначены для улучшения масштабируемости и эффективности блокчейна. Разгрузив часть обработки данных с Уровня 1, Уровень 2 может обрабатывать транзакции быстрее и с меньшими затратами. Уровень 2 также позволяет реализовать более сложные функциональные возможности смарт-контрактов, которые невозможны на Уровне 1 из-за его ограниченной вычислительной мощности.
Решения второго уровня могут обрабатывать гораздо большее количество транзакций в секунду по сравнению с решениями первого уровня. Это делает уровень 2 идеальным для использования в тех случаях, когда требуется высокая пропускная способность транзакций, например, в онлайн-играх или высокочастотной торговле. Уровень 2 также имеет более низкие комиссии за транзакции по сравнению с Уровнем 1, что делает его более подходящим для микроплатежей и других операций с низкой стоимостью.
Безопасность решений Уровня 2 зависит от безопасности Уровня 1, и компрометация Уровня 1 может повлиять на безопасность Уровня 2. Уровень 2 также требует дополнительных предположений о доверии по сравнению с Уровнем 1, поскольку обработкой занимается меньший набор узлов или доверенных организаций. Это делает уровень 2 менее подходящим для хранения дорогостоящих активов или проведения транзакций, требующих высокого уровня безопасности.
Решения для масштабирования второго уровня
Решения масштабирования второго уровня - это популярный тип решений масштабирования, которые работают поверх основной сети блокчейн. Эти решения направлены на решение проблемы масштабируемости путем обработки транзакций вне основной сети. Тем самым решения второго уровня могут значительно повысить скорость и эффективность обработки транзакций, снизив при этом нагрузку на основную сеть блокчейн.
Одним из примеров решения для масштабирования второго уровня являются Zero-knowledge rollups (ZK-Rollups), которые будут подробно рассмотрены в этом курсе. ZK-Rollups используют криптографическую технику, называемую доказательством нулевого знания, для объединения нескольких транзакций в одну транзакцию, которая затем отправляется в основную сеть блокчейна. Это помогает уменьшить количество транзакций, которые должны обрабатываться основной сетью, сохраняя при этом безопасность и целостность блокчейна.
Другим примером решения для масштабирования на уровне 2 является Optimistic Rollups. Оптимистичные ролловеры работают, обрабатывая транзакции вне цепи, а затем передавая сводку этих транзакций в основную сеть блокчейн. Затем эта сводка проверяется основной сетью, обеспечивая точность и безопасность транзакций. Благодаря обработке транзакций вне цепи, Optimistic Rollups может значительно увеличить скорость и эффективность обработки транзакций, одновременно снижая газовые сборы, связанные с этими транзакциями.
Преимущества использования решений второго уровня
Решения второго уровня предлагают несколько преимуществ по сравнению с традиционными блокчейн-сетями. Вот некоторые из наиболее значимых преимуществ:
Улучшенная скорость транзакций в секунду (TPS): Решения второго уровня могут обрабатывать гораздо больший объем транзакций в секунду, чем традиционные сети блокчейн. Обрабатывая транзакции вне основной сети, решения Layer-2 могут значительно увеличить скорость и эффективность обработки транзакций, что очень важно для приложений на основе блокчейна, требующих быстрой и надежной обработки транзакций.
Снижение платы за газ: Плата за газ относится к транзакционным комиссиям, которые пользователи должны платить за использование сети блокчейн. Одно из основных преимуществ решений второго уровня заключается в том, что они могут значительно снизить газовые сборы, связанные с транзакциями. Благодаря обработке транзакций вне цепи, решения второго уровня могут снизить нагрузку на основную сеть блокчейн, что приводит к снижению платы за газ для пользователей.
Сохранение безопасности: Решения второго уровня предназначены для поддержания безопасности и целостности базового блокчейна. Используя такие криптографические техники, как доказательства с нулевым знанием и проверяемые вычисления, решения второго уровня могут гарантировать точность и безопасность транзакций, даже если они обрабатываются вне основной сети.
Сети, ориентированные на конкретные приложения: Решения второго уровня могут быть настроены на удовлетворение специфических потребностей различных приложений, основанных на блокчейне. Например, некоторые решения второго уровня разработаны специально для децентрализованных финансовых (DeFi) приложений, в то время как другие предназначены для неиграбельных токенов (NFT) или игровых приложений. Это позволяет разработчикам создавать более эффективные и специализированные приложения поверх сети блокчейн.
Сравнение решений по масштабированию уровней Layer-2 и Layer-1
Решения по масштабированию первого уровня и решения по масштабированию второго уровня - это два разных подхода к решению проблемы масштабируемости в сетях блокчейн. В то время как решения первого уровня сосредоточены на совершенствовании самой основной сети блокчейн, решения второго уровня работают над основной сетью и обрабатывают транзакции вне цепи. Вот более подробный взгляд на сравнение этих двух решений:
Скорость и эффективность
Решения второго уровня могут обрабатывать больший объем транзакций в секунду, чем решения первого уровня. Благодаря обработке транзакций вне цепи, решения Layer-2 могут значительно увеличить скорость и эффективность обработки транзакций, что очень важно для приложений на основе blockchain, требующих быстрой и надежной обработки транзакций.
Безопасность
Решения как первого, так и второго уровня предназначены для поддержания безопасности и целостности базового блокчейна. Однако решения второго уровня опираются на криптографические технологии, такие как доказательства нулевого знания и проверяемые вычисления, чтобы гарантировать точность и безопасность транзакций, даже если они обрабатываются вне основной сети.
Плата за газ
Плата за газ - это плата за транзакцию, которую пользователи должны заплатить за использование сети блокчейн. Решения второго уровня могут значительно снизить плату за газ, поскольку они обрабатывают транзакции вне цепи и снижают нагрузку на основную сеть. Решения первого уровня, с другой стороны, могут потребовать более высоких тарифов на газ, чтобы учесть возросший объем обработки транзакций в основной сети.
Гибкость
Решения второго уровня являются более гибкими, чем решения первого уровня, с точки зрения настройки под конкретные приложения. Решения второго уровня могут быть адаптированы к специфическим потребностям различных приложений на основе блокчейна, что позволяет разработчикам создавать более эффективные и специализированные приложения поверх сети блокчейн.
Комплексность
Решения второго уровня часто являются более сложными, чем решения первого уровня, поскольку они требуют дополнительной инфраструктуры и криптографических технологий для обработки транзакций вне цепи. Эта дополнительная сложность может затруднить разработчикам создание приложений поверх решений второго уровня.
Интероперабельность
Решения первого уровня могут быть более интероперабельными, чем решения второго уровня, поскольку они работают непосредственно в основной сети блокчейн. Это облегчает взаимодействие различных сетей блокчейн друг с другом и позволяет пользователям перемещать активы между различными сетями. Решения второго уровня, с другой стороны, могут потребовать дополнительной инфраструктуры взаимодействия для облегчения межцепочечных транзакций.
Основные моменты
- Решения по масштабированию направлены на повышение скорости и эффективности работы сетей блокчейн.
- Масштабируемые решения - это технологии, которые работают поверх протокола блокчейн для решения проблемы масштабируемости сетей блокчейн.
- Примерами решений для масштабирования на уровне 2 являются Zero-knowledge rollups (ZK-Rollups) и Optimistic Rollups.
- Решения второго уровня обеспечивают более высокую скорость транзакций в секунду, более низкую плату за газ, сохраненную безопасность и сети, ориентированные на конкретные приложения.
- Решения второго уровня предлагают более высокую скорость и эффективность, снижение платы за газ, повышенную гибкость и могут быть адаптированы к специфическим потребностям различных приложений на основе блокчейна, в то время как решения первого уровня более совместимы и могут требовать меньшей сложности.