Современные технологии позволяют изменить наш мир, все аспекты нашей жизни в лучшую сторону. Одной из таких технологий является блокчейн – уникальный шанс создать такой мир, что обеспечивает безопасность взаимодействия между людьми, независимо от границ и расстояний, исключая любых посредников в виде банков.
Блокчейн предложил систему, что способная работать вне зависимости от любых централизованных структур, что защищена от почти любого контроля и изменений. Эта система, чья безопасность достигается за счет децентрализации, делая взлом практически невозможным. Также блокчейн – это возможность масштабирования, которая станет основой новой глобальной системы хранения и обмена данных. Любых данных: финансовые операции, юридические и бизнес-контракты, без вмешательства правительств или иных централизованных институтов. Информация доступна всем, но при этом защищена шифрованием и механизмами консенсуса.
Однако перед такой картиной мира, предложенной Сатоши Накамото уже больше пятнадцати лет назад, есть крупное препятствие, проблема, выведенная еще в 80-е годы XX века – так называемая трилемма блокчейна. Уже в наше время появилось ее потенциальное решение – решения второго и третьего уровня для блокчейна.
Независимо от того, являетесь вы новичком или крипто энтузиастом, в этой статье вы найдете простой и понятный взгляд на основу современных блокчейн-систем.
Трилемма блокчейна
Чтобы разобраться в назначении и дизайне слоев блокчейна, сначала необходимо понять для какой задачи они были созданы. Еще в 2016 году создатель Ethereum Виталик Бутерин обозначил проблему, которой дал название «трилемма блокчейна».
Существует три основных столпа блокчейна, а именно:
- Децентрализация, то есть отсутствие центра принятия решений – контроль над сетью осуществляется за счет достижения консенсуса между участниками.
- Безопасность. Все транзакции защищены от фальсификации с помощью криптографических решений и механизма связанной цепочки блоков данных.
- Масштабируемость. Система может быстро и эффективно обрабатывать транзакции независимо от количества ее пользователей и их активности.
Трилемма предполагает, что достижение любых двух из этих свойств исключает третье. Поиск лучшего компромисса трилеммы — это золотой грааль технологий на блокчейне. Без использования дополнительных инструментов он пока недостижим.
Масштабируемость ← Децентрализация → Безопасность
Блокчейны вроде Bitcoin и Ethereum это классические примеры децентрализованной архитектуры. Благодаря этому они максимально безопасны и устойчивы к взлому.
Механизм, лежащий в основе блокчейна, позволяет обрабатывать транзакции и записывать их в блоки только после того, как большая часть узлов сети достигла консенсуса, то есть подтвердила истинность в блокчейн изменений. Устойчивость к фальсификации становится тем больше, чем больше участников сети проверяют и утверждают, однако в этом решении есть проблема. Вместе с увеличением числа узлов увеличивается время любой транзакции, а обрабатывать большие объемы становится и сложно, и дорого.
То есть для безопасности и децентрализации приходится жертвовать скоростью и эффективностью. Биткоин обрабатывает всего 7 транзакций в секунду, эфир — 15. В то время как централизованные платежные системы, как Visa, обрабатывают ~1700.
Масштабируемость ← Децентрализация → Безопасность
Построить глобальную финансовую систему с такой скоростью работы с данными не выйдет. Одно из возможных решений такой проблемы — уменьшение количества узлов, необходимых для обработки данных. Закономерно, что такая система становится более уязвимой для компрометации и атак.
Поиск баланса
Для решения этой проблемы был предложен архитектурный подход, который расширяет возможности блокчейнов, не меняя их фундаментальную природу. В данном контексте «слои» — это абстрактные категории, ярлыки. Они позволяют быстро понять для решения какой проблемы существует протокол, приложение, etc.
Layer 0 (L0) — все, что нужно для работы
Номинальный слой, в котором находится все, что обеспечивает работу блокчейна.
Условное обозначение аппаратного уровня блокчейна, представляющего узлы и вычислительные мощности, средства коммуникации, интернет и протоколы, которые позволяют добавлять и обмениваться данными внутри и за пределы блокчейнов.
Layer 1 (L1) — базовый слой
Основа блокчейна уровень, где находятся основные механизмы и решения проверки и валидации. Например, механизмы Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-Stake (PoS).
Простыми словами, здесь находится сама суть блокчейна, принцип его работы. Следовательно, здесь же находится трилемма блокчейна, ведь основные принципы работы блокчейна и являются сердцем проблемы.
Для решения трилеммы на этом слое были предложены, например, Ethereum 2.0, внедрившие PoS и шардинг (метод деления блокчейна на меньшие части, каждая из которых работает параллельно). Это позволило улучшить масштабируемость, не ставя под угрозу безопасность сети, однако, только до определенного уровня.
Layer 2 (L2) — решения проблемы масштабируемости
Уровень обработки транзакций «поверх» или «во вне» основной сети. Это отдельные блокчейны, чья главная задача разгрузить работу главного блокчейна, тем самым увеличив скорость и снизив размер комиссии для каждой отдельно взятой операции.
Чаще всего L2-решения используют дополнительные инструменты для решения проблему масштабируемости, например, роллапы, что позволяют обрабатывать «пачки» транзакций вне сети, а после создавать одну запись в основном блокчейне.
Таким образом, L2 забирает на себя часть нагрузки для увеличения пропускной способности и снижения затрат, решая проблему масштабируемости. Большинство крупнейших вторых слоев работают для улучшения работы сети Ethereum – сегодня для его масштабируемости запущены два десятка L2-сетей, крупнейшим из которых является Polygon. Весомая доля всех транзакций Ethereum проходят через Layer 2.
Также можно отметить такие решения как:
- Optimistic Rollups для Ethereum — обрабатывает транзакции вне блокчейна, объединяя их в один большой пакет и отправляя обратно, что позволяет обрабатывать до 2000 операций в секунду.
- Lightnin Network для Bitcoin — платежи с почти моментальными переводами, что в теории способны обрабатывать до миллиона транзакций в секунду.
Layer 3 (L3) — здесь находится пользователь
Проводя аналогии с разработкой приложений, L3 – это фронтенд, где находятся интерфейсы и приложения, которые позволяют пользователям взаимодействовать с блокчейном. Это децентрализованные финансовые платформы и инструменты (DeFi), торговые площадки и биржи, блокчейн-игры, NFT-маркетплейсы и прочее.
Будучи частью общей системы, решения на L3 позволяют увеличить безопасность и масштабируемость всей сети в целом. Он отделяет пользовательский опыт (UI/UX) от основной инфраструктуры. Самыми крупными решениями на это уровне являются:
- Uniswap — DeFi-платформа для торговли криптовалютами без посредников.
- Axie Infinity — блокчейн-сервис для создания NFT, принадлежащих игрокам.
- Децентрализованные кошельки по типу Trustee Wallet или Near Wallet.
- Любые децентрализованные пулы ликвидности, кредитования и рестейкинга.
Слои «дантевского» блокчейна
Чтобы составить цельную картину, важно помнить, что все слои — это условное обозначение, подобие схемы здания с изображением этажей. Каждому этажу присвоены свои задачи, и кроме уровня L0 все они существуют только в цифровом виде. Слои блокчейна позволяют разработчикам и инвесторам найти общий язык, быстро определяя для какой сферы и какие задачи будет решать новая технология.
Без решений примененных на слоях, блокчейн-технологии осталась бы ограничена нишевыми вариантами применениями и никогда не смогла составить конкуренцию централизованным системам по скорости и стоимости. Благодаря же им, такие гиганты как IBM используют блокчейн для отслеживания продукции, а DeFi-платформы вроде Aave предоставляют мгновенные займы на блокчейне.
Каждый из уровней предлагает свои способы для миллионов пользователей, каждый слой опирается на предыдущий, решая проблемы на тех же принципах и тем же образом, на котором построен сам блокчейн — последовательно.
И конечно, блокчейн продолжает развиваться. Механизмы обработки вне цепи, доказательства нулевого знания и прочие технологии — это естественная эволюция. Она похожа на то, как интернет развивался от простейших протокол до сложной многоуровневой системы, которой мы пользуемся и сегодня. Крупные компании и энтузиасты-одиночки каждый день предлагают свои идеи, чтобы блокчейн мог масштабироваться в глобальном масштабе. Это позволит мечте Сатоши Накамото стать основой для новых технологий, от цифровых валют до децентрализованных, прозрачных государственных выводов, и решить трилемму масштабируемости.
