Layer 1: що таке блокчейн першого рівня?

Основні функції блокчейну Layer 1

Надання безпеки

Механізми консенсусу (Proof of Work, Proof of Stake):

Блокчейни Layer 1 використовують різні механізми консенсусу для підтримки безпеки та перевірки транзакцій. Найвідоміші механізми — це Proof of Work (PoW) і Proof of Stake (PoS). PoW, який використовується біткоїном, вимагає від майнерів вирішення складних математичних задач, щоб додати новий блок до блокчейну. Цей процес є ресурсомістким, надає високу безпеку за рахунок енергоефективності. З іншого боку, PoS, який використовується блокчейнами, такими як Ethereum 2.0, вимагає від валідаторів віддавати певну суму криптовалюти як заставу для підтвердження транзакцій. Цей метод є більш енергоефективним, але зберігає надійну безпеку.

Захист від атак (наприклад, атаки 51%):

Блокчейни проєктів першого рівня повинні захищати від різних типів атак, причому атака 51% є однією з найбільш значущих загроз. Атака 51% відбувається, коли один об’єкт або група об’єктів отримує контроль над понад 50% майнінгу або стекінгу в мережі, що дозволяє їм маніпулювати блокчейном. Ефективні блокчейни L1 мають вбудовані механізми для запобігання такому домінуванню та наданню безпеки й децентралізації мережі.

Масштабованість

Пропускна здатність мережі:

Масштабованість є критично важливою функцією блокчейнів Layer 1 і світу Web3 та DeFi. Це стосується здатності мережі обробляти зростаючу кількість транзакцій за секунду (TPS). Масштабований блокчейн може розвиватися та адаптуватися до вищих вимог без шкоди для продуктивності чи безпеки. Покращення масштабованості гарантує, що блокчейн може підтримувати більшу базу користувачів і більший обсяг транзакцій, що є важливим для широкого впровадження.

Час підтвердження транзакції:

Іншим аспектом масштабованості є час, необхідний для підтвердження транзакцій. Швидший час підтвердження покращує взаємодію з користувачем і робить блокчейн більш життєздатним для щоденного використання. Блокчейни Layer 1 спрямовані на скорочення часу, необхідного для перевірки та підтвердження транзакцій, таким чином підвищуючи загальну ефективність мережі.

Децентралізація

Участь ноди:

Децентралізація є основним принципом технології блокчейн. Вона передбачає розподіл контролю та прийняття рішень через широку мережу нодів, а не покладатися на центральний орган. Блокчейни рівня 1 сприяють децентралізації, дозволяючи будь-кому запускати ноди та брати участь у мережі. Ця інклюзивність гарантує, що жодна особа не зможе монополізувати контроль, зберігаючи цілісність і надійність блокчейну. Крім того, оператори нодів керують і захищають свої приватні ключі, ще більше децентралізуючи контроль і підвищуючи безпеку мережі.

Розподіл прав і обов’язків:

Децентралізація також передбачає розподіл прав і обов’язків у мережі. Це означає, що жодна нода не має непропорційного контролю або впливу на блокчейн. Натомість влада розподіляється між усіма учасниками, що забезпечує справедливі та прозорі системи. Цей розподіл допомагає запобігти централізації та гарантує, що блокчейн залишається відкритим і доступним для всіх.

Layer 1 vs. Layer 2

Рівень 1 і 2 є важливими поняттями в екосистемі блокчейну, кожен з яких виконує окремі ролі для покращення загальної функціональності мережі. Layer 1 відноситься до базового рівня або основної архітектури блокчейну, такої як Bitcoin або Ethereum, яка забезпечує фундаментальну інфраструктуру для запису транзакцій, підтримки консенсусу та забезпечення безпеки за допомогою таких механізмів, як Proof of Work (PoW) або Proof of Stake (PoS). Ці блокчейни відповідають за основні операції та безпеку мережі, але часто стикаються з обмеженнями масштабованості та швидкості через їх децентралізований характер. Рішення Layer 2, з іншого боку, є вторинними фреймворками, створеними поверх блокчейнів першого рівня для усунення цих обмежень. Вони спрямовані на збільшення пропускної здатності транзакцій і зниження комісії шляхом перенесення транзакцій з основного ланцюга на вторинні протоколи. Такі технології, як Lightning Network для біткоїна та різні зведені пакети для Ethereum, є прикладами рішень Layer 2. Ці вдосконалення дозволяють здійснювати швидші та дешевші транзакції, водночас надаючи безпеку та децентралізацію основного блокчейну першого рівня, створюючи більш масштабовану й ефективну екосистему.

Трилема блокчейну та підходи до її вирішення

Трилема блокчейну стосується одночасного досягнення трьох ключових атрибутів: децентралізації, безпеки та масштабованості. Як правило, покращення одного аспекту може скомпрометувати інші. Наприклад, підвищення масштабованості може зменшити децентралізацію або безпеку. Для вирішення цієї трилеми було запропоновано різні підходи:

Шардинг:

Шардинг передбачає поділ блокчейну на менші, більш керовані частини або сегменти, кожна з яких здатна обробляти транзакції незалежно. Цей підхід може значно підвищити масштабованість без шкоди для безпеки чи децентралізації.

Протоколи масштабування:

Такі протоколи, як Segregated Witness (SegWit) і Lightning Network, спрямовані на підвищення масштабованості блокчейну. SegWit змінює спосіб зберігання даних транзакцій, зменшуючи розмір даних кожної транзакції. Мережа Lightning Network дозволяє здійснювати транзакції поза ланцюгом, які пізніше можна розрахувати в основному блокчейні, таким чином збільшуючи пропускну здатність транзакцій. Ці протоколи масштабування можна бездоганно інтегрувати з криптогаманцем, дозволяючи користувачам отримувати переваги від швидших та ефективніших транзакцій.

Альтернативні механізми консенсусу:

Нові механізми консенсусу, як-от Delegated Proof of Stake (DPoS) і Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), пропонують різні способи досягнення консенсусу, часто підвищуючи масштабованість і ефективність, зберігаючи безпеку та децентралізацію.

Приклади блокчейнів Layer 1

Bitcoin

Перший і найвідоміший блокчейн:

Біткоїн, запущений у 2009 році анонімною організацією, відомою як Сатоші Накамото, є першим і найвідомішим блокчейном рівня 1. Він представив концепцію децентралізованої цифрової валюти та заклав основу для всієї індустрії блокчейнів.

Використання підтвердження роботи:

Біткоїн використовує механізм консенсусу Proof of Work (PoW), за допомогою якого майнери вирішують складні математичні задачі для перевірки транзакцій і захисту мережі. Цей метод є дуже безпечним, але ресурсомістким, вимагає значної обчислювальної потужності та енергії.

Ethereum

Підтримка смартконтрактів і децентралізованих застосунків:

Ethereum, представлений у 2015 році, зі своїми токенами ERC20 розширив функціональність технології блокчейн, підтримуючи смартконтракти та децентралізовані програми (dapps). Ці самовиконувані контракти працюють на блокчейні, уможливлюючи складні транзакції без посередників.

Перехід від Proof of Work до Proof of Stake (Ethereum 2.0):

Токен Ethereum зазнав значного оновлення до Ethereum 2.0, перейшовши від Proof of Work (PoW) до Proof of Stake (PoS). Ця зміна спрямована на підвищення масштабованості, зменшення споживання енергії та підвищення загальної ефективності мережі.

Solana

Висока пропускна здатність і низькі комісії:

Solana відома своєю високою пропускною здатністю та низькими комісіями за транзакції. Блокчейн може обробляти тисячі транзакцій за секунду, що робить його одним із найбільш масштабованих серед L1.

Унікальний механізм консенсусу Proof of History:

У Солані використовується унікальний консенсусний механізм під назвою «Доказ історії» (Proof of History, PoH), який ставить мітки часу на транзакції для створення історичного запису. Цей метод підвищує швидкість і ефективність перевірки транзакцій, сприяючи високій масштабованості Solana.

Технології та інновації Layer 1

Шардинг

Шардинг — це техніка, яка покращує масштабованість шляхом поділу блокчейну на менші, більш керовані частини, які називаються сегментами. Кожен шард працює незалежно, обробляючи транзакції та зберігаючи дані. Ця можливість паралельної обробки дозволяє мережі обробляти більше транзакцій одночасно, значно підвищуючи пропускну здатність і масштабованість.

Протоколи масштабування

Segregated Witness (SegWit):

Segregated Witness або SegWit — це оновлення протоколу, яке змінює спосіб зберігання даних транзакцій у блокчейні. Відокремлюючи підписи транзакцій від даних транзакцій, SegWit зменшує розмір кожної транзакції, збільшуючи кількість транзакцій, які можуть поміститися в блок. Це вдосконалення підвищує загальну потужність і масштабованість блокчейну.

Мережа Lightning:

Lightning Network — це рішення для масштабування рівня 2, яке дозволяє здійснювати транзакції поза мережею. Користувачі можуть проводити кілька транзакцій поза мережею та пізніше розраховувати чистий результат у мейннеті. Цей підхід значно збільшує пропускну здатність транзакцій і знижує комісії, роблячи блокчейн більш масштабованим та ефективним.

Альтернативні механізми консенсусу

Delegated Proof of Stake (DPoS):

DPoS — це механізм консенсусу, коли зацікавлені сторони голосують за невелику кількість делегатів, які перевіряють транзакції та підтримують блокчейн. Цей метод покращує масштабованість та ефективність, зберігаючи децентралізацію та безпеку.

Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT):

PBFT — це консенсусний алгоритм, розроблений для стійкості до візантійських помилок, коли ноди в мережі можуть діяти зловмисно або непередбачувано. PBFT гарантує, що чесні ноди можуть досягти консенсусу навіть за наявності несправних нодів, підвищуючи безпеку та надійність блокчейну.

Переваги Layer 1

Високий рівень безпеки

Блокчейни L1 розроблені для забезпечення високого рівня безпеки. Завдяки надійним механізмам консенсусу та децентралізації вони гарантують, що транзакції перевіряються й точно записуються, захищаючи мережу від атак і шахрайства.

Підтримка децентралізації

Блокчейни рівня 1 за своєю суттю підтримують децентралізацію, розподіляючи контроль і прийняття рішень по широкій мережі нодів. Ця децентралізована структура запобігає центральній владі та сприяє прозорості, справедливості та стійкості.

Основа для рішень Layer 2

Блокчейни першого рівня служать основою для рішень рівня 2. Ці вторинні мережі та протоколи, побудовані на рівні 1, спрямовані на підвищення масштабованості, швидкості та ефективності. Для ефективної роботи рішення другого рівня покладаються на безпеку та функціональність, які забезпечують блокчейни першого рівня. Активи проєктів L1 і L2 доступні на найбільших криптобіржах, що дозволяє широкій аудиторії використовувати їх інноваційні технології.

Обмеження Layer 1

Незважаючи на численні переваги блокчейнів Layer 1, вони стикаються з певними обмеженнями, які потрібно враховувати. Одним із основних обмежень є проблема масштабованості. У міру зростання кількості користувачів та транзакцій на блокчейні першого рівня його пропускна здатність може стати вузьким місцем. Це призводить до більш повільних підтверджень транзакцій та збільшення комісій, що знижує ефективність та зручність використання мережі. Децентралізація, будучи основною перевагою, також стає викликом, оскільки підтримка великої кількості вузлів може сповільнити процес консенсусу.

Блокчейни Layer 1, такі як Bitcoin та Ethereum, також стикаються з проблемами енергоефективності, особливо при використанні механізму Proof of Work (PoW). Цей метод вимагає значних обчислювальних ресурсів та енергії для майнінгу, що робить його менш стійким у довгостроковій перспективі. Інші механізми консенсусу, такі як Proof of Stake (PoS), намагаються вирішити цю проблему, але ще не довели свою абсолютну надійність і безпеку в масштабі.

Майбутнє першого рівня (L1)

Майбутнє блокчейнів Layer 1 обіцяє значні покращення та інновації, спрямовані на подолання існуючих обмежень та підвищення загальної ефективності. Очікується, що розвиток та впровадження нових механізмів консенсусу, таких як Proof of Stake (PoS) та Delegated Proof of Stake (DPoS), сприятиме зниженню енергоспоживання та покращенню масштабованості, зберігаючи при цьому високу безпеку та децентралізацію мережі.

Крім того, такі технології, як шардинг, продовжать розвиватися, пропонуючи рішення для збільшення пропускної спроможності блокчейнів. Шардинг дозволяє розділити блокчейн на менші сегменти, кожен з яких може обробляти транзакції паралельно, що значно підвищує швидкість та масштабованість мережі.

Інтеграція з рішеннями Layer 2 також відіграватиме ключову роль у майбутньому блокчейнів першого рівня. Ці вторинні мережі та протоколи, такі як Lightning Network для Bitcoin та різні зведені пакети для Ethereum, допоможуть значно збільшити пропускну спроможність транзакцій та знизити комісії, забезпечуючи ширше застосування та зручність використання блокчейнів.

Висновок

Блокчейни Layer 1 є основою екосистеми блокчейнів, забезпечуючи необхідну інфраструктуру для децентралізованих мереж. Вони надають безпеку, масштабованість і децентралізацію, вирішуючи трилему блокчейну за допомогою інноваційних підходів і технологій. Такі приклади, як Bitcoin, Ethereum і Solana, демонструють різноманітні можливості та застосування блокчейнів першого рівня. Оскільки індустрія блокчейнів розвивається, ланцюги рівня 1 продовжуватимуть відігравати вирішальну роль у зростанні та розвитку децентралізованих технологій. Їх надійна безпека, підтримка децентралізації та основа для рішень рівня 2 роблять їх незамінними в постійному розвитку екосистеми блокчейну.