Какво представляват блокчейн мрежите от Layer1 и Layer2? Какви са начините да постигнат по-голям обем от транзакции и да станат по-ефективни?
В тази статия продължаваме темата за блокчейн трилемата. Ще разгледаме по какви начини Layer1 и Layer2 мрежите предоставят възможни решения за намирането на баланс между децентрализация, мащаб за развитие (скалируемост) и сигурност.
Какво е Layer1 блокчейн мрежа?
Това е самостоятелна блокчейн мрежа, която най-често е инфраструктура за изграждане на децентрализирани приложения, протоколи или дори други блокчейн мрежи. Най-голямото затруднение пред мрежите от Layer1 е тяхната невъзможност да скалират - т.е. способността на мрежата да се справи с увеличаващ се брой транзакции достатъчно ефикасно и бързо, като обаче запази нивото на децентрализация и сигурност.
За да се справят с изискванията на своите потребители, блокчейн мрежите могат да променят част от своите основни характеристики, с което да постигнат фокус и уникална комбинация от функции и възможност. Такъв фокус може да бъде поставен върху скорост и мащаб на развитие, сигурност и децентрализация.
Промяна на основния код
Тъй като все пак става дума за софтуерен код, той следва да се обновява, за да отговаря на увеличаващите се нужди на участниците.
Може да се каже, че днес наричаме Layer1 мрежи само блокчейн мрежи, които са публични и със свободен достъп. Вследствие на това често се прилага политика на тотална прозрачност по отношение на развитието на мрежата, предлагането и публикуването на нов код. Понякога подобни опити за промяна с оглед ново конкурентното предимство на дадена мрежа се осъществят трудно.
Практическото им осъществяване наричаме fork, който може да бъде soft или hard fork . Hard fork е най-често резултатът, когато не се постигне единодушие за съответната промяна. От там идва и наименованието, като при него се създава втора мрежа, блок-веригата се разделя на две, като двете нови мрежи запазват свой собстствен консенсус и децентралзиация. Това са случаите на Bitcoin и Bitcoin Cash (2017), на Ethereum и Ethereum Classic (2016) и много други.
Soft forks са инфраструктурни промени, които са съвместими с предишната версия на мрежата и се приемат от всички участници в мрежата.
Постигане на мащаб с промяна в протокола за консенсус
Различни мрежи използват различен Протокол за консенсус. Двата основни използвани протокола са Proof-of-Work(PoW) и Proof-of-Stake(PoS).
PoW е един от първите протоколи (Bitcoin); неговият механизъм се базира на “копаене” - копачите изчисляват хеш за създаването на блок. PoW предоставя голяма сигурност, но жертва нивото на скалируемост. PoS значително повишава възможностите за постигане на скалируемост, без да жертва сигурността и децентрализацията. Ethereum е пример за мрежа, която успешно промени механизма си от Proof-of-Work към Proof-of-Stake, като така намали над 1000 пъти своя енергиен отпечатък и на теория предостави по-устойчиви условия за запазване и увеличаване на степента на децентрализация в мрежата.
Proof-of-Work и Proof-of-Stake мрежи в Топ 10 по пазарна капитализация (Май 2024)
Bitcoin (BTC) | Layer1 | PoW |
Ethereum (ETH) | Layer1 | PoS |
BNB Smart Chain (BNB) | Layer1 | PoS |
Solana (SOL) | Layer1 | PoS |
Toncoin (TON) | Layer1 | PoS |
Proof-of-Work и Proof-of-Stake Layer1 мрежи в топ 10 по пазарна капитализация (май 2024)
Постигане на мащаб чрез промяна на основните характеристики
Почти всяка блокчейн мрежа се състои от три основни модула:
Изпълнение на трансакциите
Обемът от операции, които даден блокчейн може да изпълни в секунда.
Достъп до данните
Съдържа изисквания за съхранение (начин, обем) на данните насочени към участниците и валидаторите в мрежата. Измерва се в стандартни единици като MB, GB и т.н.
Консенсус протокол
Общоприетият “договор” между всички участници и валидатори за състоянието на мрежата и реда на изпълнение на операциите. Измерва се в степен на децентрализация и необходимо време за постигане на единодушие сред участниците относно състоянието на мрежата и последните й промени.
Sharding
Шардингът е решение насочено към подобряване на капацитета на мрежата Ethereum и скоростта на транзакциите. Най-общо основната мрежа на Ethereum се разделя на по-малки, взаимосвързани мрежи, наречени „частици“ (shards). Всяка от тях обработва своите транзакции успоредно с тези на основната мрежа и със свой умен договор, като значително увеличава пропускателната способност на мрежата и помага за намаляване на таксите за “газ”.
Шардингът също помага за децентрализация на мрежата на Ethereum, тъй като намалява натоварването на отделните валидиращи участници (“nodes”), като на случаен принцип разпределя натоварването на трансакциите между по-голям брой валидатори.
Размер на блока
Един неостаряващ конфликт в екосистемата на bitcoin е т.нар. Block size war, който едва ли ще бъде разрешен скоро или пък трайно, тъй като всяка от страните има своите валидни доводи. Малкият на големина блок в блокчейна на Bitcoin приоритизира запазването на операционната несложност, т.е. простотата на основния код и затвърждава нуждата от широк консенсус от много участници при имплементация на големи промени по кода като hard forks.
Поддръжниците на малкия блок се притесняват, че увеличаването на размера на блока може да доведе до по-централизиран контрол, правейки Bitcoin уязвим на манипулации от корпорации или организации на крупни “копачи” (“miners”), които държат значително количество bitcoin. Защитниците на малкия блок се обявяват срещу честите промени, тъй като това поставя под риск пазарната позиция на Bitcoin като инструмент за съхранение на стойност с висока степен на децентрализация и сигурност.
Симпатизантите на големия блок пък се страхуват от технологичното изоставане на мрежата и все още смятат, че Bitcoin има потенциал за глобална разплащателна система. Според тях това става през по-голям блок, който да намали таксите за използване на мрежата, дори това да коства децентрализация. Те валидират своето решение с визията на Сатоши Накамото в оригиналния Bitcoin whitepaper, който визира бъдеще, в което биткойн трябва да се стреми към ниски такси.
Какво е Layer2 блокчейн мрежа?
Layer 2 мрежи наричаме всяка off-chain мрежа, система или технология, която е базирана върху вече съществуващ блокчейн (най-честo Layer1 мрежа) и подобрява характеристиките на съответната мрежа.
Layer2 мрежи се използват за повишаване на възможностите за изпълнение на операции например и могат да бъдат универсални по дизайн или да профилират в конкретни теми като DeFi, Payments и други.
Би могло да се каже, че това е win-win връзка, в която Layer1 мрежата преотдава децентрализация и сигурност, а в замяна получава увеличен капацитет без съществени промени в механизма за постигане на консенсус, но и без да поставя под риск степента на централизация и сигурност на мрежата.
В тази връзка Layer2 мрежата “наследява” сигурността, тъй като за истинността и проверката на всички данни се грижат участниците в основния Layer1 блокчейн, на който е построена.
Layer2 мрежите сами по себе си представляват решение на проблема със скалируемостта, като едновременно с това намаляват драстично трансакционните разходи под формата на такси при различните употреби на основния блокчейн актив. Най-общо казано те имат два компонента:
Мрежа
Обработва и изпълнява всички транзакции и умен договор (smart contract) на основния блокчейн, който разрешава всички диспути и постига консенсус сред участниците в Layer2 мрежата.
Доказателство
Валица и записва резултата в основния Layer1 блокчейн.
Истински бързите трансакции се случват в Layer2 мрежи, като начинът, по който мрежите ги постигат, може да варира в голяма степен. Това, което ги обединява обаче е нуждата да произведат криптографско доказателство за състоянието и неподправеността на мрежата след направените промени, проактивно или със закъснение.
Подобно на блокчейн мрежата, умният договор също може да бъде различен по изпълнение, но трябва да изпълнява две основни функции:
Да задържа и отпуска средства в Layer2 мрежата
Да получава криптографски ключ, генериран от Layer2 мрежата, да го валидира, да постигне консенсус и да финализира транскациите.
Rollups
Едно от най-използваните решения на блокчейн трилемата са rollups. Множество Layer2 мрежи са базирани на този метод. Те събират голямо количество трансакции в едно парче данни, което се изпраща към Layer1, готово за одобрение. Има два вида rollups - zk и оптимистични.
ZК rollups използват метода zero-knowledge-proof, за да валидират съвкупността от трансакции “проактивно”, докато оптимистичните, (Optmistic rollups) приемат за валидни всички трансакции в съвкупността до доказване на противното, т.е. със “закъснение”.
Скоростта им се очаква да достигне 100 000 транзакции в секунда, но конкретният капацитет може да варира силно от вида и сложността на операциите и моментната натовареност на мрежата. Популярно е мнението, че все още не е стигнато плато на броя операции, за да разберем действителния капацитет на Layer2 мрежите.
State channels
Channel наричаме peer-to-peer мрежа, в която два или повече участници изпълняват множество трансакции помежду си. Това е решение с ниски разходи, което няма лимит на интеракциите, които участниците могат да произведат. Те взаимодействат директно помежду си, без да включват валидатори в процеса, като не използват ресурсите на основната блокчейн мрежа. Така участниците са способни да извършат безкраен брой безплатни трансакции помежду си, докато не решат да запишат крайния резултат на основния, публичен блокчейн. Този “канал” може да се използва за разплащания и за сверяване на моментното състояние на дадена мрежа или нейния “state”.
State channels се използват като решение на блокчейн трилемата, постигайки голям брой трансакции, но намалявайки товара върху основната блокчейн мрежа.
Предвид, че участниците в даден канал не се ползват с доверието и сигурността на основната мрежа, се предполага, че трябва да бъдат страни, които се познават, имат си доверие и трябва да бъдат поканени. Също така state channels са строго профилирани в своята функция и не позволяват по-широка употреба, т.е. по-сложни транскации, част от апликации, базирани на smart contracts. Toва са валидни основания за поставяне под съмнение възможностите на state channels като дългосрочно и устойчиво решение на блокчейн трилемата. Пример в екосистемата на Еthereum е Raiden Network, а в тази на Bitcoin - Lightning Network.
Nested blockchains (Plasma)
Nested blockchain е мрежа, която “приютява” съвкупност от вторични мрежи. Главната мрежа делегира на вторичните обработването на трансакции, като подобно на всички L2 решения цели да премести част от функционалността на основната блокчейн мрежа off-chain, за да направи трансакциите повече и по-евтини.
Пример е т.нар. Plasma chain - отделна блокчейн мрежа с твърда връзка към основния публичен блокчейн на Ethereum. Транзакциите се изпълняват off-chain със собствен механизъм за валидация на всеки блок. Често се наричат oще “child” мрежи, тъй като представляват по-малки копия на Ethereum mainnet.
За съжаление обаче тяхната сигурност и ефикасност страда поради лимитации на самата технология и сложността на решение, като за момента не се смятат за ефективен начин за постигане на скалируемост. Мрежи, които ползват адаптирана версия на Plasma са OMG, както и Polygon до 2020-та година.
Sidechains
Противно на Layer 2 мрежите, които ползват сигурността на основната мрежа, т.нар. Паралелни блокчейн мрежи (sidechains), имат свой собствен консенсусен механизъм и валидатори, които да проследяват за истинността на данните и записват нови блокове. Най-често мрежата им разполага и със собствен тоукън.
Всеки sidechain има собствена история, силни и слаби страни, план за развитие. Макар да ползват Ethereum Virtual Machine (EVM), за да предложат smart contracts, използването на sidechains налага някои компромиси.
Основна разлика е наличието на собствен консенсусен механизъм, който може да бъде Proof-of-authority (PoA), Delegated proof-of-stake (dPoS), Byzantium Tolerance и други. Ползвайки собствени правила за сигурност и децентрализация, sidechains не могат да се възползват напълно от непрекъснатия процес по децентрализация на Ethereum и не всички ъпдейти за сигурност на Ethereum, се отразяват върху тях.
Така те жертват децентрализация и/или сигурност, за да постигнат висок брой трансакции. Популярни проекти са Polygon PoS, Skale, Gnosis.
Взаимнополезни по дизайн
Макар че L1 и L2 изпълняват различна роля и имат различно предназначение, те се допълват по дизайн. Докато Layer1 имат целта да бъдат независими и запазят своя интегритет, Layer2 мрежите се конкурират с достъпност, улесняване на потребителското изживяване, цена на трансакциите и капацитет.
Модулни блокчейни
Модуларният блокчейн е нов вид блокчейн архитектура, където различните компоненти като консенсус, достъп до данни и изпълнение са разделени на отделни слоеве. По този начин се постига по-висока ефективност и скалируемост, защото всеки модул следи за изпълнението на точно определена функция. Цел на Ethereum в следващите години е да осъществи преминаването към този модел.