Вам нравится стоять в пробке? Конечно, в этом нет ничего приятного, особенно если вы спешите. В такие моменты вы наверняка задумываетесь, сколько в городе дорог для обслуживания всех машин, которые проезжают по ним каждый день. С такой же проблемой столкнулась и криптовалютная индустрия, только здесь она называется проблемой масштабируемости.

Сложности начинаются, когда пропускная способность блокчейна достигает своего предела. Можно сравнить это с длинной вереницей машин на заблокированной дороге. То же самое происходит и в блокчейне, когда множество пользователей пытаются одновременно провести транзакции. В качестве решения предлагается Уровень 2 — протокол, который призван решить проблему масштабируемости блокчейна. Однако что из себя представляет проблема масштабируемости и как сеть второго уровня может все исправить? Давайте узнаем.

Проблема масштабируемости блокчейна

Если вы посмотрите на данные о рыночной капитализации криптовалют на сегодняшний день, вы будете удивлены, сколько людей приобрели все эти коины. На момент написания этой статьи (25 января 2022 года) рыночная капитализация биткоина (BTC) превысила 686,21 млрд долларов США, а Ethereum (ETH) — 286,55 млрд долларов США.

Эти цифры свидетельствуют о том, что все больше людей интересуются разными криптовалютами. И чем больше транзакций совершается, тем загруженней становится сеть биткоин. Именно здесь возникает вопрос масштабируемости.

Возьмем, к пример, сеть Ethereum. В блокчейне Ethereum высокий спрос сопряжен с медленной скоростью проведения транзакций и почти неподъемными ценами на газ ETH. То же самое относится и к биткоин-блокчейну, который также должен справляться с потоком единовременных транзакций.

Чтобы повысить эффективность сети и усовершенствовать ее процессы, был создан протокол 2-го уровня.

Что такое уровни блокчейна и как они работают?

Если проблему масштабируемости можно сравнить с пробкой на дороге, то Уровень 2 — это дополнительные объездные дороги и пути. Под этим названием подразумеваются решения, разработанные для улучшения масштабируемости блокчейна.

Ранее мы упоминали, что скорость транзакций может снижаться, а комиссии за транзакции повышаются, когда сеть чрезмерно загружена. Уровень 2 призван устранить эти проблемы. Чтобы вы лучше поняли, как работает протокол второго уровня, сначала поговорим о первом уровне.

Уровень 1

В криптовалютной сфере Уровень 1, или главный блокчейн, — это стандартный, или базовый консенсус-уровень, где совершаются практически все транзакции. В качестве примера можно привести сеть биткоин, Ethereum и другие криптовалютные сети. Представьте, что перед вами автотрасса, где все машины едут в одном направлении.

Если машин становится все больше, образуется пробка, и движение останавливается. То же самое происходит с транзакциями в сети блокчейн, и именно поэтому возникла необходимость в решении для проблемы масштабируемости.

Некоторые решения для Уровня 1 включают в себя усовершенствование консенсус-протокола, например, алгоритм доказательства выполнения работы (Proof of Work, PoW) и доказательства доли владения (Proof of Stake, PoS). Еще один вариант — шардинг, то есть деление всего блокчейна на определенные базы данных, или “шарды”.

Если же нужно совершать больше транзакций в секунду или снизить комиссии — а, возможно, сделать и то, и другое, — для этого можно использовать протокол второго уровня.

Уровень 2

Уровень 2 — это дополнительный уровень, надстроенный на базе Уровня 1. Его преимущество в том, что он не требует внесения изменения в Уровень 1. Это значит, что нет необходимости менять или прерывать системы и процессы базового уровня. Цель Уровня 2 — повысить пропускную способность Уровня 1 путем обработки транзакций за его пределами.

Протокол Уровня 2 должен разгружать сеть, снижать ее общую загруженность и избегать единых точек отказа. В этом случае транзакции будут проходить быстро, гладко и эффективно — так, как это и должно быть.

Подробнее о решениях Уровня 2

В идеале блокчейн должен быть способен обрабатывать неограниченное число транзакций в секунду. Эта его характеристика носит название пропускной способности. Однако если мы посмотрим на работу криптовалютных сетей, мы увидим, что обработка неограниченного числа транзакций все еще остается мечтой, далекой от реальности.

Основная сеть биткоин может обрабатывать от 3 до 7 транзакций в секунду, в то время как Visa может обрабатывать около 20 000 транзакций в секунду. С другой стороны, сеть биткоин намного надежнее благодаря своему децентрализованному характеру. К тому же каждая транзакция должна быть одобрена, распределена, проверена и подтверждена многочисленными нодами (компьютерами, где хранятся данные о инфраструктуре блокчейна).

Чтобы повысить скорость и эффективность сети без ущерба для ее безопасности и надежности, были разработаны решения Уровня 2. например:

  • Каналы состояния

Каналы состояния используют контракты с мультиподписью для совершения быстрых транзакций вне сети и их завершения в основной сети. Это позволяет разгрузить сеть, снизить комиссии за транзакцию и избежать задержек при обработке транзакций.

  • Сайдчейны

Сайдчейн — это независимый блокчейн, который совместим с виртуальной машиной Ethereum (EVM) и работает параллельно с основным блокчейном. Он работает с Ethereum с помощью двухсторонней привязки и использует свои собственные параметры консенсуса и блоков.

  • Rollups

Эти решения позволяют совершать транзакции за пределами основной сети и размещать данные на Уровне 1 после достижения консенсуса. Они делятся на два типа: ZK-rollups и optimistic rollups.

ZK-rollups собирают (или “сворачивают” — отсюда и название) сотни транзакций за пределами блокчейна и создают краткий неинтерактивный аргумент знания с нулевым разглашением (SNARK). При использовании ZK-rollups требуется только доказательство подлинности, а не данные о транзакции. Это позволяет быстрее и дешевле подтверждать блоки.

С другой стороны, Optimistic rollups не проводят никаких вычислений, но предлагают новое состояние в главный блокчейн, или “нотариально подтверждают” транзакцию. При использовании Ethereum вычисления являются дорогостоящей частью процесса, поэтому optimistic rollups отлично подходят для снижения цены газа.

  • Plasma

Это решение разработано для сети Ethereum и создано с использованием смарт-контрактов и деревьев Меркла (способ организации больших объемов данных в более простые структуры). Plasma позволяет создать неограниченное число сайдчейнов или уменьшенных копий сети Ethereum.

Примеры сети Уровня 2

Теперь, когда вы ознакомились с решениями масштабируемости для Уровня 2, приведем несколько примеров из криптовалютной индустрии.

  • биткоин-сеть Lightning

Сеть Bitcoin Lightning — это децентрализованная система, которая позволяет пользователям совершать мгновенные микроплатежи по более низким комиссиям. Этот платежный протокол является одним из наиболее популярных каналов для совершения быстрых и простых биткоин-транзакций.

  • Loopring

Loopring использует смарт-контракты Ethereum для развития своих проектов. Он создан для решения проблем, с которыми сталкиваюся централизованные и децентрализованные биржи, позволяя инвесторам хранить свои инвестиции в своих кошельках при совершении сделок через централизованные каналы.

  • Polygon

Polygon является решением для безопасности сети Ethereum и подходит для разработчиков. Оно включает в себя инструменты, которые разработчики могут использовать для создания оптимизированных технологий на основе Ethereum.

  • Optimism

Optimism позволяет сделать транзакции Ethereum более доступными. Помимо этого Optimism также повышает скорость транзакций для пользователей Ethereum.

После второго уровня

Уровень 2 предлагает множество преимуществ как для основного блокчейна, так и для его пользователей. Как мы узнали раньше, протокол второго уровня позволяет снизить нагрузку на различные криптовалютные сети, включая биткоин и Ethereum.

По мере роста популярности криптовалют все больше людей проявляют интерес к их потенциалу. Вполне возможно, что скоро другие сети смогут предложить более доступные, быстрые и дешевые транзакции.