Layer 1: что такое блокчейн первого уровня?

Основные функции блокчейна Layer 1

Предоставление безопасности

Механизмы консенсуса (Proof of Work, Proof of Stake):

Блокчейны Layer 1 используют разные механизмы консенсуса для поддержания безопасности и проверки транзакций. Самые заметные механизмы — это Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS). PoW, используемый биткоином, требует от майнеров решения сложных математических задач, чтобы добавить новый блок в блокчейн. Этот процесс является ресурсоемким, обеспечивает высокую безопасность за счет энергоэффективности. С другой стороны, PoS, используемый новыми блокчейнами, такими как Ethereum 2.0, требует от валидаторов отдавать определенную сумму криптовалюты как залог для подтверждения транзакций. Этот метод более энергоэффективным, но сохраняет надежную безопасность.

Защита от атак (например, атаки 51%):

Блокчейны проектов первого уровня должны защищать от разных типов атак, причем атака 51% является одной из наиболее значимых угроз. Атака 51% происходит, когда один объект или группа объектов получает контроль над более чем 50% майнинга или стекинга в сети, что позволяет им манипулировать блокчейном. Эффективные блокчейны L1 имеют встроенные механизмы для предотвращения такого доминирования и обеспечения безопасности и децентрализации сети.

Масштабируемость

Пропускная способность сети:

Масштабируемость является критически важной функцией блокчейнов Layer 1 и мира Web3 и DeFi. Это касается способности сети обрабатывать растущее количество транзакций в секунду (TPS). Масштабированный блокчейн может развиваться и адаптироваться к более высоким требованиям без ущерба для производительности или безопасности. Улучшение масштабируемости гарантирует, что блокчейн может поддерживать большую базу пользователей и больший объем транзакций, что важно для широкого внедрения.

Время подтверждения транзакции:

Другим аспектом масштабируемости является время, необходимое для подтверждения транзакций. Более быстрое подтверждение улучшает взаимодействие с пользователем и делает блокчейн более жизнеспособным для ежедневного использования. Блокчейн первого уровня направлен на сокращение времени, необходимого для проверки и подтверждения транзакций, таким образом, повышая общую эффективность сети.

Децентрализация

Участие ноды:

Децентрализация является главным принципом технологии блокчейн. Она предполагает распределение контроля и принятия решений через широкую сеть нодов, а не полагаться на центральный орган. Блокчейны уровня 1 способствуют децентрализации, позволяя любому запускать ноды и участвовать в сети. Эта инклюзивность гарантирует, что ни один человек не сможет монополизировать контроль, сохраняя целостность и надежность блокчейна. Кроме того, операторы нодов управляют и защищают свои частные ключи, еще больше децентрализуя контроль и повышая безопасность сети.

Распределение прав и обязанностей:

Децентрализация также подразумевает распределение прав и обязанностей в сети. Это означает, что ни одна нода не имеет непропорционального контроля или влияния на блокчейн. Власть же распределяется между всеми участниками, что обеспечивает справедливые и прозрачные системы. Это распределение помогает предотвратить централизацию и гарантирует, что блокчейн остается открытым и доступным для всех.

Layer 1 vs. Layer 2

Уровень 1 и 2 являются важными понятиями в экосистеме блокчейна, каждый из которых выполняет отдельные роли для улучшения общей функциональности сети. Layer 1 относится к базовому уровню или основной архитектуре блокчейна, такой как Bitcoin или Ethereum, которая обеспечивает фундаментальную инфраструктуру для записи транзакций, поддержки консенсуса и обеспечения безопасности с помощью таких механизмов как Proof of Work (PoW) или Proof of Stake (PoS). Эти блокчейны отвечают за основные операции и безопасность сети, но часто сталкиваются с ограничениями масштабируемости и скорости из-за их децентрализованного характера. Решение Layer 2, с другой стороны, является вторичными фреймворками, созданными поверх блокчейнов первого уровня для устранения этих ограничений. Они направлены на увеличение пропускной способности транзакций и понижение комиссии путем переноса транзакций из основной цепи на вторичные протоколы. Такие технологии, как Lightning Network для биткоина и различные сводные пакеты для Ethereum, являются примерами решений Layer 2. Эти усовершенствования позволяют совершать более быстрые и более дешевые транзакции, в то же время обеспечивая безопасность и децентрализацию основного блокчейна первого уровня, создавая более масштабируемую и эффективную экосистему.

Трилемма блокчейна и подходы к ее решению

Трилемма блокчейна относится к одновременному достижению трех ключевых атрибутов: децентрализации, безопасности и масштабируемости. Как правило, улучшение одного аспекта может скомпрометировать другие. К примеру, повышение масштабируемости может уменьшить децентрализацию или безопасность. Для решения этой трилеммы были предложены разные подходы:

Шардинг:

Шардинг подразумевает разделение блокчейна на меньшие, более управляемые части или сегменты, каждая из которых способна обрабатывать транзакции независимо. Этот подход может значительно повысить масштабируемость без ущерба безопасности или децентрализации.

Протоколы масштабирования:

Такие протоколы, как Segregated Witness (SegWit) и Lightning Network, направлены на повышение масштабируемости блокчейна. SegWit изменяет способ хранения данных транзакций, уменьшая размер данных каждой транзакции. Сеть Lightning Network позволяет осуществлять транзакции вне цепи, которые позже можно рассчитать в основном блокчейне, таким образом увеличивая пропускную способность транзакций. Эти протоколы масштабирования можно безупречно интегрировать с криптокошельком, позволяя пользователям получать преимущества от более быстрых и эффективных транзакций.

Альтернативные механизмы консенсуса:

Новые механизмы консенсуса, такие как Delegated Proof of Stake (DPoS) и Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), предлагают различные способы достижения консенсуса, часто повышая масштабируемость и эффективность, сохраняя безопасность и децентрализацию.

Примеры блокчейнов Layer 1

Bitcoin

Первый и самый известный блокчейн:

Биткоин, запущенный в 2009 году анонимной организацией, известной как Сатоши Накамото, является первым и самым известным блокчейном уровня 1. Он представил концепцию децентрализованной цифровой валюты и заложил основу всей индустрии блокчейнов.

Использование подтверждения работы:

Биткоин использует механизм консенсуса Proof of Work (PoW), с помощью которого майнеры решают сложные математические задачи для проверки транзакций и защиты сети. Этот метод очень безопасен, но ресурсоемким, требует значительной вычислительной мощности и энергии.

Ethereum

Поддержка смарт-контрактов и децентрализованных приложений:

Ethereum, представленный в 2015 году, со своими токенами ERC20 расширил функциональность технологии блокчейн, поддерживая смарт-контракты и децентрализованные программы (dapps). Эти самовыполняемые контракты работают на блокчейне, делая возможным сложные транзакции без посредников.

Переход от Proof of Work к Proof of Stake (Ethereum 2.0):

Токен Ethereum претерпел значительное обновление до Ethereum 2.0, перейдя от Proof of Work (PoW) к Proof of Stake (PoS). Это изменение направлено на повышение масштабируемости, уменьшение потребления энергии и повышение общей эффективности сети.

Solana

Высокая пропускная способность и низкие комиссии:

Solana известна своей высокой пропускной способностью и низкими комиссиями по транзакции. Блокчейн может обрабатывать тысячи транзакций в секунду, что делает его одним из наиболее масштабируемых среди L1.

Уникальный механизм консенсуса Proof of History:

В Солане используется уникальный консенсусный механизм под названием «Доказательство истории» (Proof of History, PoH), который ставит метки времени на транзакции для создания исторической записи. Этот метод повышает скорость и эффективность проверки транзакций, способствуя высокой масштабируемости Solana.

Технологии и инновации Layer 1

Шардинг

Шардинг — это техника, которая улучшает масштабируемость путем разделения блокчейна на меньшие, более управляемые части, называемые сегментами. Каждый шард работает независимо, обрабатывая транзакции и сохраняя данные. Эта возможность параллельной обработки позволяет сети обрабатывать большее количество транзакций одновременно, значительно повышая пропускную способность и масштабируемость.

Протоколы масштабирования

Segregated Witness (SegWit):

Segregated Witness или SegWit — это обновление протокола, которое изменяет способ хранения данных транзакций в блокчейне. Отделяя подписи транзакций от данных транзакций, SegWit уменьшает размер каждой транзакции, увеличивая количество транзакций, которые могут поместиться в блок. Это усовершенствование повышает общую мощность и масштабируемость блокчейна.

Сеть Lightning:

Lightning Network — это решение для масштабирования уровня 2, позволяющее осуществлять транзакции вне сети. Пользователи могут проводить несколько транзакций по сети и позже рассчитывать чистый результат в мейннете. Этот подход значительно увеличивает пропускную способность транзакций и снижает комиссии, делая блокчейн более масштабируемым и эффективным.

Альтернативные механизмы консенсуса

Delegated Proof of Stake (DPoS):

DPoS — механизм консенсуса, когда заинтересованные стороны голосуют за небольшое количество делегатов, проверяющих транзакции и поддерживающих блокчейн. Этот метод улучшает масштабируемость и эффективность, сохраняя децентрализацию и безопасность.

Практическая киевская борьба баланса (PBFT):

PBFT — это консенсусный алгоритм, разработанный для устойчивости к византийским ошибкам, когда ноды в сети могут действовать злонамеренно или непредсказуемо. PBFT гарантирует, что честные ноды могут достичь консенсуса даже при наличии неисправных нодов, повышая безопасность и надежность блокчейна.

Преимущества Layer 1

Высокий уровень безопасности

Блокчейны L1 предназначены для обеспечения высокого уровня безопасности. Благодаря надежным механизмам консенсуса и децентрализации они гарантируют, что транзакции проверяются и записываются, защищая сеть от атак и мошенничества.

Поддержка децентрализации

Блокчейны уровня 1 по сути своей поддерживают децентрализацию, распределяя контроль и принятие решений по широкой сети нодов. Эта децентрализованная структура предотвращает центральную власть и способствует прозрачности, справедливости и устойчивости.

Основа для решений Layer 2

Блокчейны первого уровня служат основой решений уровня 2. Эти вторичные сети и протоколы, построенные на уровне 1, направлены на повышение масштабируемости, скорости и эффективности. Для эффективной работы решения второго уровня возлагаются на безопасность и функциональность, которые обеспечивают блокчейны первого уровня. Активы проектов L1 и L2 доступны на самых крупных криптобиржах, что позволяет широкой аудитории использовать их инновационные технологии.

Ограничения первого уровня (L1)

Несмотря на многочисленные преимущества блокчейнов Layer 1, они сталкиваются с определёнными ограничениями, которые необходимо учитывать. Одним из основных ограничений является проблема масштабируемости. По мере роста количества пользователей и транзакций на блокчейне первого уровня, его пропускная способность может стать узким местом. Это приводит к более медленным подтверждениям транзакций и увеличению комиссий, что снижает эффективность и удобство использования сети. Децентрализация, будучи основным преимуществом, также становится вызовом, так как поддержание большого количества узлов может замедлить процесс консенсуса.

Блокчейны Layer 1, такие как Bitcoin и Ethereum, также сталкиваются с проблемами энергоэффективности, особенно при использовании механизма Proof of Work (PoW). Этот метод требует значительных вычислительных ресурсов и энергии для майнинга, что делает его менее устойчивым в долгосрочной перспективе. Другие механизмы консенсуса, такие как Proof of Stake (PoS), пытаются решить эту проблему, но они ещё не доказали свою абсолютную надёжность и безопасность в масштабе.

Будущее первого уровня (Layer 1)

Будущее блокчейнов Layer 1 обещает значительные улучшения и инновации, направленные на преодоление существующих ограничений и повышение общей эффективности. Ожидается, что развитие и внедрение новых механизмов консенсуса, таких как Proof of Stake (PoS) и Delegated Proof of Stake (DPoS), будет способствовать снижению энергопотребления и улучшению масштабируемости, сохраняя при этом высокую безопасность и децентрализацию сети.

Кроме того, такие технологии, как шардинг, продолжат развиваться, предлагая решения для увеличения пропускной способности блокчейнов. Шардинг позволяет разделить блокчейн на меньшие сегменты, каждый из которых может обрабатывать транзакции параллельно, что значительно повышает скорость и масштабируемость сети.

Интеграция с решениями Layer 2 также будет играть ключевую роль в будущем блокчейнов первого уровня. Эти вторичные сети и протоколы, такие как Lightning Network для Bitcoin и различные сводные пакеты для Ethereum, помогут значительно увеличить пропускную способность транзакций и снизить комиссии, обеспечивая более широкое применение и удобство использования блокчейнов.

Вывод

Блокчейны Layer 1 являются основой экосистемы блокчейнов, обеспечивая необходимую инфраструктуру для децентрализованных сетей. Они обеспечивают безопасность, масштабируемость и децентрализацию, решая трилемму блокчейна с помощью инновационных подходов и технологий. Такие примеры, как Bitcoin, Ethereum и Solana, показывают различные возможности и применение блокчейнов первого уровня. Поскольку индустрия блокчейнов развивается, цепи уровня 1 будут продолжать играть решающую роль в росте и развитии децентрализованных технологий. Их надежная безопасность, поддержка децентрализации и основа для решений 2 уровня делают их незаменимыми в постоянном развитии экосистемы блокчейна.