В криптовалютной индустрии существует два ключевых подхода к решению проблемы масштабируемости* блокчейнов:
- решения первого уровня (Layer 1);
- решения второго уровня (Layer 2).
Оба направления преследуют одну цель — повысить производительность блокчейна, но делают это принципиально разными способами.
* Масштабируемость блокчейна — это способность сети обрабатывать растущее количество транзакций без потери скорости, надежности и с резкого увеличения комиссий, сохраняя стабильную работу по мере роста числа пользователей.
Решения первого уровня (Layer 1)
Layer 1-решения предполагают изменения в самой архитектуре блокчейна. Речь идет о переработке базовых механизмов сети: способа обработки транзакций, структуры данных или алгоритма консенсуса*.
* Алгоритм консенсуса — это набор правил и механизмов, с помощью которых участники блокчейн-сети приходят к единому мнению о состоянии реестра и подтверждают корректность транзакций без центрального управляющего органа.
К классическим примерам Layer 1 относятся:
- переход Ethereum с энергоемкого алгоритма консенсуса Proof-of-Work на Proof-of-Stake;
- попытка Bitcoin Cash увеличить размер блока для размещения большего числа транзакций.
Оба подхода вызвали серьезные дискуссии внутри криптосообщества и на практике пока не дали однозначно успешных результатов.
Шардинг
К решениям первого уровня также относится шардинг — горизонтальное разделение блокчейна на независимые сегменты (шарды). Сам термин происходит от английского shard — «осколок».
Каждый шард обслуживается отдельной группой нод* и содержит собственный набор данных: смарт-контракты, балансы и историю транзакций. Вместо того чтобы обрабатывать все операции целиком, узлы сети отвечают лишь за свою часть работы. Это позволяет выполнять вычисления параллельно и значительно повышать пропускную способность.
* Ноды (узлы) — это участники блокчейн-сети, которые хранят копию данных, проверяют транзакции и блоки, а также обеспечивают работу и безопасность сети.
Однако у шардинга есть серьезные недостатки:
- усложняется взаимодействие между шардами;
- снижается уровень безопасности, так как отдельный сегмент легче атаковать;
- пользователям и приложениям требуются дополнительные механизмы для межшардовой коммуникации.
Поэтому внедрение шардинга требует длительного тестирования. Более того, любые подобные изменения подразумевают хардфорк*, который должен быть поддержан большинством участников сети — иначе возникает риск раскола блокчейна.
* Хардфорк — это крупное изменение правил работы блокчейна. После такого обновления сеть начинает работать по новым правилам, которые несовместимы со старыми. Поэтому всем участникам сети нужно обновить программное обеспечение. Если часть участников этого не делает, блокчейн может разделиться на две отдельные сети, каждая из которых продолжит существовать самостоятельно.
Именно из-за этих сложностей разработчики все чаще обращаются к альтернативному пути — созданию надстроек поверх существующих блокчейнов.
Решения второго уровня (Layer 2)
Layer 2-решения — это дополнительные инфраструктурные слои, которые работают поверх базового блокчейна. Их основная идея заключается в том, чтобы вынести часть операций за пределы основной сети, тем самым снижая нагрузку на нее.
По сути, L2-решения выполняют схожую с шардингом функцию, но делают это значительно менее радикально и без вмешательства в ядро блокчейна. Это делает их более гибкими и безопасными для основной сети.
К основным типам Layer 2 относятся:
- каналы состояний;
- сайдчейны;
- оптимистичные и ZK-роллапы.
Каналы состояний
Каналы состояний позволяют двум или более участникам открыть между собой отдельный канал для быстрых взаиморасчетов. Такой канал можно представить как общий кошелек с правом подписи у всех сторон.
Внутри канала переводы происходят мгновенно и практически без комиссий. В основной блокчейн данные попадают только при открытии и закрытии канала, когда фиксируется итоговое состояние балансов.
Отдельные каналы могут объединяться в сеть, которая автоматически находит оптимальные маршруты для передачи средств даже между участниками, не имеющими прямого соединения.
Самый известный пример — Lightning Network в экосистеме биткоина.
Сайдчейны
Сайдчейн — это отдельный блокчейн, связанный с основной сетью при помощи смарт-контрактов или мостов. Он имеет собственную инфраструктуру, правила работы и модель безопасности.
Характерный пример — Matic Network, запущенный в 2017 году как сайдчейн Ethereum. Со временем проект превратился в полноценную экосистему и получил новое название — Polygon. Несмотря на эволюцию, связь с базовым блокчейном Ethereum по-прежнему сохраняется.
Роллапы
Роллапы представляют собой отдельные сети, которые обрабатывают транзакции вне основной цепочки, а затем группируют их и отправляют агрегированные данные в базовый блокчейн.
Ключевое отличие роллапов от сайдчейнов заключается в том, что роллапы предоставляют криптографические доказательства корректности операций. Основная сеть подтверждает эти данные, не проверяя каждую транзакцию по отдельности.
Виды роллапов:
- Оптимистичные роллапы - исходят из предположения, что все транзакции корректны. Проверка запускается только в случае спора. Это делает операции быстрыми и дешевыми, но вызывает вопросы к безопасности.
- ZK-роллапы - используют криптографические доказательства с нулевым разглашением (Zero Knowledge). Они подтверждают корректность транзакций без раскрытия их содержимого. Такой подход считается более надежным, но технически сложным.
Итоги
Современные блокчейны по-прежнему имеют технологические ограничения, которые мешают их массовому внедрению и развитию криптоинфраструктуры.
Решения Layer 1 и Layer 2 расширяют возможности сетей, повышают гибкость и открывают новые сценарии использования. Такие L2-платформы, как Polygon, Arbitrum и Optimism, стали доступной альтернативой Ethereum, сохранив поддержку популярных DeFi-протоколов.
Layer 2 позволяет снизить комиссии с нескольких долларов до центов и кратно увеличить скорость транзакций. Это делает децентрализованные биржи*, NFT*, фарминг* и лендинг* более доступными для пользователей.
* Децентрализованные биржи (DEX) — это криптовалютные торговые площадки, которые работают без центральной компании или администратора. Обмен активов происходит напрямую между пользователями с помощью смарт-контрактов, а контроль над средствами всегда остается у владельца кошелька.
* NFT (невзаимозаменяемые токены) — это уникальные цифровые токены в блокчейне, которые подтверждают право собственности на конкретный цифровой объект (изображение, видео, музыкальный трек, 3D-модель, внутриигровой предмет, документ или другой уникальный файл). В отличие от обычных криптовалют, каждый NFT уникален и не может быть заменен другим один к одному.
* Фарминг (yield farming) — это способ получения дохода в децентрализованных финансовых сервисах, при котором пользователь временно блокирует свои криптоактивы в специальных пулах ликвидности. За это он получает вознаграждение, которое может выплачиваться в токенах или процентах.
* Лендинг (crypto lending) — это процесс предоставления криптовалюты в заем через специальные протоколы или платформы. Пользователь выступает в роли кредитора, а заемщики платят проценты за использование средств.
При этом L2-решения не вмешиваются напрямую в работу базового блокчейна и при необходимости могут быть отключены без критических последствий. Однако они не устраняют проблему масштабируемости полностью, а лишь смягчают ее.
Поэтому развитие блокчейн-технологий требует дальнейшего поиска и совершенствования как Layer 1-, так и Layer 2-решений. Оба подхода играют важную роль в преодолении ограничений ранних поколений блокчейнов и делают криптовалюты удобнее для массового использования.