Layer 2 в мире блокчейна: Путеводитель в будущее децентрализации

Артем Демиденко, 2023

Эта книга представляет собой исчерпывающий путеводитель в мире Layer 2 технологий в блокчейне. Она исследует инновационные методы решения проблем масштабируемости, долгих подтверждений транзакций и высоких комиссий в современных блокчейнах.Читатели узнают о разнообразных технологиях Layer 2, включая Sidechains, Plasma, State Channels и Rollups, и их применении в различных областях, от децентрализованных финансов до игр и смарт-контрактов. Кроме того, книга предоставляет практические руководства по созданию собственных проектов на базе этих технологий.Через подробное рассмотрение преимуществ и ограничений Layer 2, а также обсуждение будущего развития данной области, читатели получат глубокое понимание того, как эти инновации изменят ландшафт блокчейна и форму децентрализованного будущего.

Глава 1: Введение в Layer 2

1.1 Зачем нам Layer 2?

Проблемы блокчейна и необходимость Layer 2

Для полного понимания необходимости Layer 2 в мире блокчейна, давайте более подробно рассмотрим основные проблемы, с которыми сталкиваются основные блокчейн-сети, такие как Bitcoin и Ethereum, и почему Layer 2 является решением для этих проблем:

Масштабируемость: Одной из главных проблем блокчейна является его ограниченная пропускная способность. Это означает, что блокчейн сети могут обрабатывать ограниченное количество транзакций в секунду. Например, Bitcoin может обрабатывать приблизительно 7-10 транзакций в секунду, а Ethereum — около 15-30 транзакций в секунду. При росте числа пользователей и децентрализованных приложений, это ограничение становится серьезной преградой для масштабирования и массового принятия.

Высокие комиссии: При повышенной загрузке блокчейна пользователи вынуждены платить высокие комиссии за обработку своих транзакций. Это происходит из-за ограниченной местности в блоках и конкуренции за включение транзакций в следующий блок. Эта проблема стала очень актуальной в периоды пиковой активности, когда комиссии могут существенно возрастать, делая многие виды транзакций неэффективными.

Сложность разработки: Создание смарт-контрактов и децентрализованных приложений на блокчейне может быть сложным и затратным процессом. Это связано с необходимостью учитывать особенности протоколов блокчейна, обеспечивать безопасность и протестировать код. Эти ограничения могут замедлить разработку и ограничивают количество разнообразных проектов и DApps, доступных в блокчейн-экосистемах.

Layer 2 как решение

Layer 2 представляет собой надстройку над основным блокчейном (Layer 1), созданную для решения описанных выше проблем. Вот как Layer 2 решает эти проблемы:

Масштабируемость: Layer 2 позволяет обрабатывать гораздо больше транзакций в секунду, чем Layer 1. Это достигается путем переноса большей части транзакций и операций на второй уровень, где они могут выполняться быстрее и более эффективно. Только результаты этих операций периодически записываются на Layer 1 благодаря механизмам безопасности, обеспечивающим целостность данных.

Снижение комиссий: Поскольку Layer 2 позволяет обрабатывать множество транзакций без необходимости включения каждой из них в блок Layer 1, комиссии на Layer 2 часто намного ниже, чем на Layer 1. Это делает использование блокчейна более доступным и эффективным для различных видов транзакций и приложений.

Повышенная эффективность разработки: Layer 2 упрощает разработку DApps и смарт-контрактов, так как многие задачи могут быть выполнены вне Layer 1. Разработчики получают больше свободы и гибкости в создании своих приложений, что способствует росту экосистемы блокчейна.

Таким образом, Layer 2 представляет собой мощное решение для устранения ограничений, с которыми сталкиваются блокчейн-сети, и является ключевым компонентом, способствующим более широкому принятию блокчейна в различных областях, начиная от финансов и заканчивая играми и децентрализованными приложениями.

1.2 Основные проблемы блокчейна

Блокчейн — это инновационная и обещающая технология, но он также сталкивается с несколькими ключевыми проблемами, которые затрудняют его широкое принятие и использование.

1.2.1 Масштабируемость

Одной из наиболее острых проблем блокчейна является масштабируемость, что означает способность сети обрабатывать большое количество транзакций за короткое время. В классических блокчейнах, таких как Bitcoin и Ethereum, есть ограничения по пропускной способности, что ограничивает количество транзакций, которые можно включить в блоки. Это приводит к следующим проблемам:

• Задержки в обработке транзакций: Поскольку блокчейн обрабатывает транзакции по очереди, с высокой загрузкой сети возникают задержки в выполнении транзакций. Пользователи вынуждены ждать длительное время, пока их транзакции будут подтверждены.

• Высокие комиссии: При ограниченной пропускной способности пользователи, желающие ускорить обработку своих транзакций, устанавливают высокие комиссии. Это приводит к высоким затратам на отправку даже небольших сумм.

• Ограничения масштабируемости DApps: Для децентрализованных приложений, работающих на блокчейне, масштабируемость становится серьезным ограничением. Если блокчейн не способен обрабатывать большое количество транзакций, то DApps также ограничены в своей производительности.

1.2.2 Высокие комиссии

Высокие комиссии — это прямое следствие ограниченной масштабируемости. Пользователи вынуждены предлагать более высокие комиссии для включения своих транзакций в следующий блок. Это создает конкуренцию за место в блоке и может сделать отправку транзакций дорогостоящей. Высокие комиссии могут иметь следующие последствия:

• Неэффективность микроплатежей: Микроплатежи, как правило, страдают от высоких комиссий, что делает их нерентабельными на блокчейне.

• Ограничение доступности: Пользователи с низкими доходами могут столкнуться с трудностями в доступе к блокчейн-сервисам из-за высоких комиссий.

1.2.3 Сложность разработки

Разработка смарт-контрактов и DApps на блокчейне может быть сложной задачей:

• Языковые ограничения: Многие блокчейны используют специфические языки программирования (например, Solidity для Ethereum), что делает разработку более сложной и ограничивает выбор разработчиков.

• Отладка и тестирование: Отладка смарт-контрактов может быть сложной, и ошибки могут привести к серьезным последствиям, включая потерю средств.

• Ограниченная степень гибкости: Блокчейн предоставляет ограниченную степень гибкости в реализации бизнес-логики, что может быть ограничивающим фактором для разработчиков.

Layer 2 представляет собой ряд инновационных решений, которые призваны решить или смягчить эти проблемы, улучшив производительность и удобство использования блокчейна.

1.3 Что такое Layer 2?

Layer 2 (Уровень 2) представляет собой концепцию, которая внедряется в мир блокчейна для улучшения его масштабируемости, производительности и функциональности, без изменения основного блокчейн-протокола, который является Layer 1 (Уровень 1).

Понятие Layer 2 аналогично добавлению второго уровня в архитектуре компьютерной сети. Он служит дополнительным слоем над основным блокчейн-протоколом и позволяет обрабатывать большое количество транзакций и данных более эффективно. Вот ключевые аспекты Layer 2:

Второй уровень над основным блокчейном (Layer 1): В мире блокчейна, Layer 1 представляет собой основной протокол, такой как Bitcoin или Ethereum. Это первичная блокчейн-сеть, которая обеспечивает децентрализацию и безопасность, но она может иметь ограниченную масштабируемость и скорость транзакций из-за своей природы. Layer 2 строится поверх Layer 1, как дополнительный слой, дополняющий и расширяющий функциональность блокчейна.

Использует основную сеть для обеспечения безопасности и децентрализации: Одним из ключевых аспектов Layer 2 является его зависимость от безопасности и децентрализации Layer 1. Это означает, что Layer 1 остается конечным авторитетом, который обеспечивает безопасность и подтверждает транзакции, происходящие на Layer 2. Это дает уверенность пользователям, что их активы защищены и могут быть перенесены обратно на Layer 1 в случае необходимости.

Выполняет большинство транзакций и вычислений на своем собственном уровне: Layer 2 разгружает Layer 1, выполняя большую часть операций и вычислений на своем уровне. Это позволяет увеличить пропускную способность и скорость обработки транзакций без необходимости изменения основного блокчейна. Например, множество микротранзакций может быть обработано на Layer 2, и только итоговые результаты будут регистрироваться на Layer 1. Это существенно снижает нагрузку на Layer 1 и повышает эффективность всей системы.

Концепция Layer 2 стала ключевой для решения проблем масштабируемости и производительности блокчейна, и она представляет собой мощный инструмент для расширения возможностей этой технологии, делая ее более привлекательной и практичной для различных приложений и пользователей.

Повышение масштабируемости в Layer 2

Проблема низкой масштабируемости в Layer 1 блокчейн-сетях, таких как Bitcoin и Ethereum, долгое время была главной преградой на пути их массового использования. Эта проблема заключается в том, что основные блокчейны обладают ограниченной способностью обработки транзакций в секунду, что может привести к следующим проблемам:

1. Задержки и перегрузки: Когда блокчейн сеть перегружена, транзакции могут задерживаться на неопределенный срок, что снижает общую производительность и делает использование блокчейна неэффективным.

2. Высокие комиссии: Чтобы обеспечить приоритетное включение своих транзакций в блок, пользователи вынуждены платить высокие комиссии. Это становится особенно проблематичным в периоды активного использования сети.

3. Ограничения для масштабируемых приложений: Блокчейн-приложения, такие как децентрализованные финансы (DeFi) и онлайн-игры, требуют высокой пропускной способности и низкой задержки, чтобы предоставлять удовлетворительное пользовательское взаимодействие. Layer 1 ограничивает возможности этих приложений.

Роль Layer 2 в решении проблемы масштабируемости

Layer 2 призван решить эти проблемы, предоставляя дополнительный уровень масштабируемости поверх Layer 1. Вот как это работает:

1. Оффчейн транзакции: Layer 2 обрабатывает большинство транзакций вне основной блокчейн-сети. Это означает, что транзакции могут выполняться мгновенно и с минимальными комиссиями на уровне Layer 2, а не Layer 1.

2. Агрегация данных: Layer 2 может агрегировать несколько транзакций в одну, которая затем записывается на основной блокчейн. Это снижает нагрузку на Layer 1 и увеличивает пропускную способность.

3. Смарт-контракты на Layer 2: Некоторые решения Layer 2, такие как Rollups, позволяют выполнять смарт-контракты на втором уровне. Это значит, что вычисления и выполнение смарт-контрактов могут происходить быстро и эффективно, без привлечения Layer 1.

4. Платежные каналы и State Channels: Технологии, такие как Lightning Network для Bitcoin и Raiden Network для Ethereum, представляют собой примеры Layer 2, которые позволяют пользователям устанавливать приватные каналы для мгновенных и недорогих транзакций.

В результате использования Layer 2, блокчейн-сети становятся более масштабируемыми, производительными и доступными для широкого спектра приложений и пользователей. Это решение проблемы масштабируемости оказывает существенное воздействие на развитие блокчейна и его способность изменить различные отрасли, от финансов до цифровых искусств.

Снижение комиссий

Снижение комиссий является одним из ключевых преимуществ Layer 2 в мире блокчейна. Для более подробного понимания, давайте разберемся, как именно Layer 2 помогает снизить комиссии в сравнении с использованием только Layer 1.

Высокие комиссии на Layer 1:

На основном уровне блокчейна (Layer 1), когда сеть перегружена большим количеством транзакций, пользователи конкурируют за приоритет обработки своих транзакций. Для повышения шансов на быструю обработку, они готовы платить более высокие комиссии майнерам. В периоды пиковой активности комиссии на Layer 1 могут значительно возрастать, делая маленькие и обычные транзакции дорогими.

Layer 2 как решение:

Layer 2 позволяет снять большую часть нагрузки с Layer 1, перенося множество транзакций и вычислений на свой собственный уровень. Это снижает конкуренцию за обработку транзакций на Layer 1, и, следовательно, комиссии на Layer 1 становятся менее завышенными.

Как это работает:

1. Большинство транзакций обрабатываются внутри Layer 2: Вместо того, чтобы отправлять каждую транзакцию напрямую на Layer 1, пользователи проводят множество своих операций на Layer 2. Эти транзакции обрабатываются быстро и с низкими комиссиями, так как они не создают конкуренцию на Layer 1.

2. Фиксация на Layer 1 только при необходимости: Layer 2 периодически фиксирует свой баланс и состояние на Layer 1. Это происходит гораздо реже, чем бы это было в случае, если бы все транзакции проводились непосредственно на Layer 1. Фиксация на Layer 1 может быть дорогостоящей, но так как она выполняется редко, это несравнимо с постоянными высокими комиссиями на Layer 1.

Это позволяет пользователям экономить на комиссиях и делает более доступными как маленькие, так и большие транзакции. Снижение комиссий стимулирует развитие децентрализованных приложений, улучшая пользовательский опыт и облегчая принятие блокчейна в повседневной жизни.

Большая гибкость и функциональность

Layer 2 открывает перед разработчиками блокчейн-приложений огромные возможности в области гибкости и функциональности. Этот аспект чрезвычайно важен, так как он способствует созданию разнообразных децентрализованных приложений (DApps) и расширяет границы того, что можно сделать на блокчейне. Вот несколько ключевых аспектов:

Разнообразие DApps:

• Децентрализованные финансы (DeFi): Сегодня DeFi считается одним из самых динамично развивающихся сегментов в мире блокчейна. Layer 2 предоставляет DeFi-проектам возможность выполнять транзакции и операции с активами более быстро и с меньшими комиссиями. Это включает в себя децентрализованные обменники, кредитные протоколы, стейблкоины и другие финансовые инструменты.

• Игры и NFT: Layer 2 также открывает новые горизонты для игровой индустрии и коллекционирования цифровых активов. Игры на блокчейне могут стать более интересными и масштабируемыми благодаря возможности проводить моментальные и дешевые транзакции. Кроме того, некоторые Layer 2 решения обеспечивают более широкую поддержку для нефунгибельных токенов (NFT), что способствует развитию рынка NFT и совместимости с различными блокчейнами.

• Интернет вещей (IoT): Layer 2 также может быть применен для расширения возможностей Интернета вещей. Это позволяет создавать децентрализованные системы управления и обмена данными между устройствами, повышая безопасность и эффективность IoT-решений.

Улучшенная производительность и пользовательский опыт:

• Скорость и комиссии: Layer 2 снижает задержки и уровень комиссий, что делает блокчейн более доступным для широкой аудитории. Это значительно улучшает пользовательский опыт и способствует массовому принятию технологии.

• Больше операций за секунду: Layer 2 может поддерживать гораздо большее количество транзакций и операций в секунду, что важно для приложений, требующих высокой производительности.

Инновационные решения:

• Эксперименты и инновации: Layer 2 стимулирует конкуренцию и инновации среди разработчиков, поскольку они могут экспериментировать с новыми идеями и проектами без значительных инвестиций в сетевую безопасность и обслуживание.

• Устранение ограничений: С увеличением функциональности Layer 2, разработчики могут устранять ограничения, которые ранее ограничивали их возможности на блокчейне.

Layer 2, таким образом, создает плодородную почву для инноваций и развития экосистемы блокчейна, делая эту технологию более привлекательной для различных отраслей и бизнес-сценариев.

Технологии Layer 2

Layer 2 представляет собой многофункциональный набор технологий, предназначенных для оптимизации работы блокчейна. Каждая из этих технологий решает конкретные проблемы, стоящие перед блокчейном, и обладает своими уникальными характеристиками. Давайте более подробно рассмотрим основные технологии Layer 2:

Sidechains (Подсети)

Описание: Sidechains — это независимые блокчейны, связанные с основным блокчейном (Layer 1), который называется главной цепью. Они предоставляют большую гибкость и масштабируемость, позволяя пересылать активы между главной цепью и подцепями.

Преимущества:

• Масштабируемость: Подсети могут обрабатывать большое количество транзакций независимо от главной цепи.

• Гибкость: Разработчики могут настраивать подсети под конкретные нужды приложений.

• Интероперабельность: Активы могут свободно перемещаться между главной цепью и подцепями.

Plasma (Плазма)

Описание: Plasma — это концепция, предложенная Джозефом Пуном (Joseph Poon) и Виталиком Бутериным (Vitalik Buterin), которая позволяет создавать подцепи (плазменные цепи) для увеличения производительности и масштабируемости. Эти подцепи могут быть дочерними к главной цепи.

Преимущества:

• Высокая масштабируемость: Плазменные цепи могут обрабатывать большое количество транзакций внутри себя, передавая только суммарные результаты на главную цепь.

• Снижение комиссий: Транзакции внутри плазменных цепей могут быть более дешевыми, чем на главной цепи.

• Гибкость и инновации: Разработчики могут создавать разнообразные приложения и смарт-контракты в плазменных цепях.

State Channels (Каналы состояния)

Описание: State Channels — это механизм, который позволяет двум или более участникам установить частные каналы связи между собой и проводить неограниченное количество транзакций внутри этих каналов, не записывая каждую транзакцию на главную цепь.

Преимущества:

• Моментальные транзакции: Транзакции внутри каналов обрабатываются моментально, без задержек.

• Эффективность: Использование каналов состояния может существенно снизить комиссии и нагрузку на главную цепь.

• Приватность: Транзакции внутри каналов могут быть частными и недоступными для других участников сети.

Rollups (Роллапы)

Описание: Rollups — это технологии, которые объединяют безопасность Layer 1 с масштабируемостью Layer 2. Существует два основных типа Rollups: Optimistic Rollups и Zk-Rollups.

Преимущества:

• Безопасность Layer 1: Rollups используют главную цепь для обеспечения безопасности, что делает их надежными.

• Масштабируемость Layer 2: Они обрабатывают большое количество транзакций на своем уровне, значительно повышая производительность.

Каждая из этих технологий Layer 2 имеет свои уникальные преимущества и ограничения, и разработчики могут выбирать подходящий инструмент в зависимости от конкретных потребностей своих проектов. Вместе они составляют мозаику решений, которые улучшают эффективность и функциональность блокчейн-экосистемы.