Layer 2 (L2). Як покращити роботу блокчейну?

З моменту появи першого блокчейну у 2008 році тисячі дослідників працюють над оптимізацією технології, зокрема над покращенням масштабованості мережі.

Масштабованість — це здатність блокчейну вирівнювати співвідношення попиту та пропозиції, щоб операції всередині системи були швидкими та недорогими. Проте обмеження, спричинені низькою масштабованістю, призвели до високих комісій та повільного виконання операцій. А це не дозволяє блокчейнам працювати у «промислових масштабах».

Їж, Молися, Люби. Що таке трилема блокчейну?

Продуктивність можна описати характеристикою TPS (Transactions Per Second). У контексті блокчейну TPS означають кількість транзакцій, які мережа здатна обробляти кожну секунду. Наприклад, у Bitcoin цей показник дорівнює приблизно 7 TPS на секунду, в Ethereum – близько 15 TPS. Враховуючи популярність цих мереж, такі показники можна вважати дуже низькими, особливо якщо порівняти їх з TPS централізованих платіжних систем. Наприклад, платіжна система VISA обробляє до 24,000 транзакцій за секунду.

Чому блокчейн не може покращити свою пропускну здатність?

Як правило, блокчейн-мережа складається з нод (вузлів) — комп’ютерів у мережі, на яких зберігається реєстр транзакцій. Це означає, що кожен вузол має залучити значні обчислювальні ресурси, щоб забезпечити доступ до реєстру та підтримати консенсус — згоду на додавання нового блоку транзакцій. Тобто чим децентралізованішим є блокчейн, тим більше в ньому вузлів. Ця надмірність підходить для безпеки мережі, проте погано впливає на її швидкість, оскільки у перевірці транзакцій беруть участь багато вузлів. А от мала кількість вузлів підвищить вразливість мережі, що може призвести до атаки 51%.

Святий Грааль блокчейн-технології полягає в тому, щоб створити безпечну, децентралізовану та добре масштабовану мережу. У цьому й полягає трилема — децентралізовані мережі можуть забезпечити виконання лише двох властивостей.

1) Масштабованість — це здатність розподіленої системи обробляти великий обсяг транзакцій.

2) Безпека — це насамперед здатність захищати дані в мережі від атак, а також подвійних витрат.

3) Децентралізація гарантує, що мережа не контролюється обмеженим колом людей.

Збільшення транзакційних зборів в Ethereum під час підвищеного попиту є прикладом невирішеної трилеми. У мережі Ethereum основна увага приділялася децентралізації та безпеці, обмежуючи кількість транзакцій на секунду, тобто масштабованість.

Боротьба за масштабованість змушує блокчейн-розробників вигадувати нові рішення, які покращують роботу мережі без шкоди безпеці та децентралізації.

Рішення першого рівня (Layer 1, L1)

До L1 відносяться мережі, які дозволяють обробляти транзакції “не відходячи від каси”. Тобто проводити операції без участі іншої мережі.

Наприклад, основною мережею великої екосистеми Ethereum є блокчейн Ethereum, тобто це і є L1. Те саме можна сказати про Bitcoin, його основна мережа є «ядром» екосистеми.

Як правило, L1 страждають від трилеми блокчейну і реалізують лише дві властивості з трьох. Кількість охочих провести транзакцію в один і той же момент зростає, а ось TPS залишається низьким.

Рішення для масштабування першого рівня (для самої бази блокчейну або його коду) — фундаментальні та торкаються будови самого блокчейну.

Рішення другого рівня (Layer 2, L2)

Якщо основний блокчейн це перший рівень, то надбудова поверх основної мережі це другий рівень. Це сторонні інтеграції з L1, які вирішують одну з проблем трилеми для L1, найчастіше — проблему масштабування, а також допомагають розширити можливості мережі базового рівня.

Однією з основних вимог L2 є спадкова безпека блокчейну, на базі якого вона побудована.

Дані транзакцій повинні перевірятися та підтверджуватися базовою мережею блокчейну, а не окремим набором вузлів. Так, наприклад, SideChains часто не вважаються L2, оскільки вони використовують власні механізми, що призводить до іншого набору гарантій безпеки, ніж у базовому рівні.

Як правило, для L2 використовуються такі технічні рішення:

State Channels — канали станів, обмін транзакціями поза блокчейну, після якого в сам блокчейн записується лише результат.

Nested Blockchains — “вкладені” блокчейни. Робота масштабованого L2 блокчейну коштом менш безпечного механізму консенсусу поверх L1.

Rollups — об’єднання кількох транзакцій та обробка їх у мережі L1.

SideChains — поєднання Nested Blockchains і State Channels, яке використовується для обробки великої кількості транзакцій.

Отже, ці інфраструктурні рішення виступають у вигляді додатків та різного ПЗ, які розгортаються поверх основного блокчейну. Їхнє головне завдання — обробляти великі обсяги інформації та знімати навантаження з основної мережі.

Наприклад, якщо Bitcoin є блокчейном першого рівня, то рішенням другого рівня для нього є Lightning Network — мережа платіжних каналів між користувачами, розгорнута поверх головної мережі. Вона допомагає проводити операції поза блокчейном Bitcoin, передаючи йому інформацію про вже виконані транзакції. А ось відомі мережі Polygon, Arbitrum та Optimism є рішеннями L2 для Ethereum.

Підсумок

Поліпшити роботу мережі без шкоди децентралізації та безпеки — одне з основних завдань блокчейн-спільноти. Пошуки оптимального рішення привели розробників до двох основних методів — змін основи блокчейну, або його першого рівня, та зовнішніх надбудов — рішень другого рівня. Обидва способи з усіма їх варіаціями допомагають блокчейн-гігантам справлятися з їх популярністю.

Блокчейни першого рівня (L1) призначені для швидкості, безпеки та масштабованості, а другий рівень (L2) удосконалює технології та продукти, які сприяють масштабованості основної мережі.

Кожного дня блокчейн-спільнота працює над створенням ідеального балансу між двома рівнями, що незабаром може змінити правила гри, а також наблизити впровадження блокчейн-технологій у найрізноманітніші сфери.