Сучасні технології дають змогу змінити наш світ, усі аспекти нашого життя на краще. Однією з таких технологій є блокчейн — унікальний шанс створити такий світ, що забезпечує безпеку взаємодії між людьми, незалежно від кордонів і відстаней, виключаючи будь-яких посередників у вигляді банків.
Блокчейн запропонував систему, що здатна працювати незалежно від будь-яких централізованих структур, що захищена від майже будь-якого контролю і змін. Ця система, чия безпека досягається за рахунок децентралізації, роблячи злом практично неможливим. Також блокчейн — це можливість масштабування, яка стане основою нової глобальної системи зберігання та обміну даних. Будь-яких даних: фінансові операції, юридичні та бізнес-контракти, без втручання урядів чи інших централізованих інститутів. Інформація доступна всім, але при цьому захищена шифруванням і механізмами консенсусу.
Однак перед такою картиною світу, запропонованою Сатоші Накамото вже понад п’ятнадцять років тому, є велика перешкода, проблема, виведена ще у 80-ті роки XX століття, — так звана трилема блокчейна. Уже в наш час з’явилося її потенційне рішення — рішення другого і третього рівня для блокчейна.
Незалежно від того, чи є ви новачком, чи криптоентузіастом, у цій статті ви знайдете простий і зрозумілий погляд на основу сучасних блокчейн-систем.
Трилема блокчейна
Щоб розібратися в призначенні та дизайні шарів блокчейна, спочатку необхідно зрозуміти для якого завдання вони були створені. Ще 2016 року творець Ethereum Віталік Бутерін окреслив проблему, якій дав назву «трилема блокчейна».
Існує три основні стовпи блокчейна, а саме:
- Децентралізація, тобто відсутність центру ухвалення рішень — контроль над мережею здійснюється за рахунок досягнення консенсусу між учасниками.
- Безпека. Усі транзакції захищені від фальсифікації за допомогою криптографічних рішень і механізму пов’язаного ланцюжка блоків даних.
- Масштабованість. Система може швидко й ефективно обробляти транзакції незалежно від кількості її користувачів та їхньої активності.
Трилема передбачає, що досягнення будь-яких двох із цих властивостей виключає третю. Пошук найкращого компромісу трилеми — це золотий грааль технологій на блокчейні. Без використання додаткових інструментів він поки недосяжний.
Масштабованість ← Децентралізація → Безпека
Блокчейни на кшталт Bitcoin і Ethereum це класичні приклади децентралізованої архітектури. Завдяки цьому вони максимально безпечні та стійкі до злому.
Механізм, що лежить в основі блокчейну, дає змогу обробляти транзакції та записувати їх у блоки лише після того, як більша частина вузлів мережі досягла консенсусу, тобто підтвердила істинність у блокчейні змін. Стійкість до фальсифікації стає тим більшою, чим більше учасників мережі перевіряють і стверджують, однак у цьому рішенні є проблема. Разом зі збільшенням числа вузлів збільшується час будь-якої транзакції, а обробляти великі обсяги стає і складно, і дорого.
Тобто для безпеки і децентралізації доводиться жертвувати швидкістю та ефективністю. Біткоїн обробляє всього 7 транзакцій на секунду, ефір — 15. У той час як централізовані платіжні системи, як Visa, обробляють ~1700.
Масштабованість ← Децентралізація → Безпека
Побудувати глобальну фінансову систему з такою швидкістю роботи з даними не вийде. Одне з можливих рішень такої проблеми — зменшення кількості вузлів, необхідних для обробки даних. Закономірно, що така система стає більш вразливою для компрометації та атак.
Пошук балансу
Для розв’язання цієї проблеми було запропоновано архітектурний підхід, який розширює можливості блокчейнів, не змінюючи їхньої фундаментальної природи. У цьому контексті «шари» — це абстрактні категорії, ярлики. Вони дають змогу швидко зрозуміти для розв’язання якої проблеми існує протокол, застосунок, etc.
Layer 0 (L0) — усе, що потрібно для роботи
Номінальний шар, у якому міститься все, що забезпечує роботу блокчейна.
Умовне позначення апаратного рівня блокчейна, що представляє вузли й обчислювальні потужності, засоби комунікації, інтернет і протоколи, які дають змогу додавати й обмінюватися даними всередині та за межі блокчейнів.
Layer 1 (L1) — базовий шар
Основа блокчейна — рівень, де знаходяться основні механізми і рішення перевірки та валідації. Наприклад, механізми Proof-of-Work (PoW) і Proof-of-Stake (PoS).
Простими словами, тут знаходиться сама суть блокчейну, принцип його роботи. Отже, тут же знаходиться трилема блокчейну, адже основні принципи роботи блокчейну і є серцем проблеми.
Для розв’язання трилеми на цьому шарі були запропоновані, наприклад, Ethereum 2.0, що впровадили PoS і шардинг (метод поділу блокчейна на менші частини, кожна з яких працює паралельно). Це дало змогу поліпшити масштабованість, не ставлячи під загрозу безпеку мережі, однак, тільки до певного рівня.
Layer 2 (L2) — вирішення проблеми масштабованості
Рівень обробки транзакцій «поверх» або «поза» основною мережею. Це окремі блокчейни, чиє головне завдання розвантажити роботу головного блокчейна, тим самим збільшивши швидкість і знизивши розмір комісії для кожної окремо взятої операції.
Найчастіше L2-рішення використовують додаткові інструменти для розв’язання проблеми масштабованості, наприклад, роллапи, що дають змогу обробляти «пачки» транзакцій поза мережею, а після створювати один запис в основному блокчейні.
Таким чином, L2 забирає на себе частину навантаження для збільшення пропускної здатності та зниження витрат, вирішуючи проблему масштабованості. Більшість найбільших других шарів працюють для поліпшення роботи мережі Ethereum — сьогодні для її масштабованості запущено два десятки L2-мереж, найбільшим з яких є Polygon. Вагома частка всіх транзакцій Ethereum проходять через Layer 2.
Також можна відзначити такі рішення як:
- Optimistic Rollups для Ethereum — обробляє транзакції поза блокчейном, об’єднуючи їх в один великий пакет і відправляючи назад, що дає змогу обробляти до 2000 операцій на секунду.
- Lightnin Network для Bitcoin — платежі з майже моментальними переказами, що в теорії здатні обробляти до мільйона транзакцій на секунду.
Layer 3 (L3) — тут знаходиться користувач
Проводячи аналогії з розробкою застосунків, L3 — це фронтенд, де знаходяться інтерфейси і застосунки, які дозволяють користувачам взаємодіяти з блокчейном. Це децентралізовані фінансові платформи та інструменти (DeFi), торгові майданчики і біржі, блокчейн-ігри, NFT-маркетплейси та інше.
Будучи частиною загальної системи, рішення на L3 дають змогу підвищити безпеку і масштабованість всієї мережі загалом. Він відокремлює користувацький досвід (UI/UX) від основної інфраструктури. Найбільшими рішеннями на цьому рівні є:
- Uniswap — DeFi-платформа для торгівлі криптовалютами без посередників.
- Axie Infinity — блокчейн-сервіс для створення NFT, що належать гравцям.
- Децентралізовані гаманці на кшталт Trustee Wallet або Near Wallet.
- Будь-які децентралізовані пули ліквідності, кредитування і рестейкінгу.
Шари «дантевського» блокчейна
Щоб скласти цілісну картину, важливо пам’ятати, що всі шари — це умовне позначення, на кшталт схеми будівлі із зображенням поверхів. Кожному поверху присвоєно свої завдання, і крім рівня L0 всі вони існують тільки в цифровому вигляді. Шари блокчейна дають змогу розробникам та інвесторам знайти спільну мову, швидко визначаючи, для якої сфери і які завдання вирішуватиме нова технологія.
Без рішень, застосованих на шарах, блокчейн-технології залишилася б обмежена нішевими варіантами застосування і ніколи не змогла б скласти конкуренцію централізованим системам за швидкістю і вартістю. Завдяки ж їм, такі гіганти як IBM використовують блокчейн для відстеження продукції, а DeFi-платформи на кшталт Aave надають миттєві позики на блокчейні.
Кожен з рівнів пропонує свої способи для мільйонів користувачів, кожен шар спирається на попередній, розв’язуючи проблеми на тих самих принципах і в той самий спосіб, на якому побудований сам блокчейн — послідовно.
І звичайно, блокчейн продовжує розвиватися. Механізми обробки поза ланцюгом, докази нульового знання та інші технології — це природна еволюція. Вона схожа на те, як інтернет розвивався від найпростіших протоколів до складної багаторівневої системи, якою ми користуємося і сьогодні. Великі компанії та ентузіасти-одинаки щодня пропонують свої ідеї, щоб блокчейн міг масштабуватися в глобальному масштабі. Це дасть змогу мрії Сатоші Накамото стати основою для нових технологій, від цифрових валют до децентралізованих, прозорих державних виводів, і розв’язати трилему масштабованості.
