Уровни блокчейнов — что такое Layer 0, 1, 2, 3?
Вы не раз слышали о проектах, которые называют Layer-1 или, например, Layer-2 протоколами. Чтобы понять для чего они нужны и что подразумевают под разными Layer’ами, стоит разобраться с азами блокчейн-архитектуры. Итак, в архитектуре блокчейна есть следующие уровни:
• Hardware layer — уровень “железа”
• Data layer — уровень данных (цифровые подписи, хеши, деревья Меркла)
• Network layer — сетевой уровень (peer-to-peer (P2P))
• Consensus layer — уровень консенсуса (PoW, PoS, PBFT и т.д.)
• Application layer — прикладной уровень (UI, dApps, смарт-контракты)
В каждом из них есть свои особенности, в том числе ограничения. Трилемма блокчейна гласит, что он может обладать только 2 из 3 основных характеристик, а именно децентрализацией, безопасностью или производительностью.
Деление на Layer’ы связано с тем, что сейчас уже есть продукты и блокчейны, которые решают проблемы и ограничения на разных уровнях описанной архитектуры. Разберемся подробнее:
Layer 0
Layer 0 — это платформа, у которой есть все необходимые инструменты для создания и развертывания новых блокчейнов с нуля. Сервисы L0 дают возможность разработчикам создавать кроссчейн-приложения, которые будут функционировать на разных блокчейнах. Они также упрощают взаимодействие блокчейнов, обмен активами между ними и разработку для нескольких блокчейнов одновременно. Каждое L0-решение имеет собственную уникальную архитектуру, концепцию и реализацию, а также «конструктор» для создания новых блокчейнов по принципу конвейера.
Polkadot, Avalanche, Cosmos, Internet Computer и Kusama. Все они направлены на улучшение масштабируемости, безопасности и функциональной совместимости экосистемы блокчейнов, но каждый из них обладает уникальными функциями и преимуществами.
Layer 1
Layer 1 — это блокчейны, которые производят транзакции самостоятельно, без дополнительной помощи, но при этом страдают от трилеммы, и обычно хорошо реализуют лишь два свойства из трех (децентрализация, безопасность и масштабируемость). L1 — основной уровень блокчейн-платформы. Он обеспечивает основные функции и возможности для проведения транзакций и создания смарт-контрактов и гарантирует безопасность и надежность транзакций благодаря использованию криптографических методов и децентрализованной системы учета. Он также обладает высокой масштабируемостью и способен обрабатывать большое (но не слишком) количество транзакций одновременно.
Например, у Bitcoin трудности с масштабируемостью — транзакции идут долго. У Ethereum много транзакций, при этом не так много нод, что негативно отражается на стоимости комиссий.
Layer 2
Layer 2 — это решения, призванные усовершенствовать слабые стороны Layer 1, своеобразные “надстройки” поверх основной архитектуры. Это отдельные блокчейны, которые предлагают более дешевые и быстрые транзакции по сравнению с L1, поскольку объединяют их оффчейн и пачками отправляют в Ethereum. При этом безопасность наследуется от сети первого уровня.
Главный лидер — Arbitrum (доля рынка около 53.69%), за ним следует Optimism (доля рынка 27.16%). Кстати, 21 декабря Оптимизм достиг нового исторического максимума по количеству транзакций, это более 600 тысяч транзакций за 1 день. То есть почти 60% от общего объема Ethereum. Ну а дальше по списку идут и Metis Andromeda, и Loopring, и ZkSync. Конкретно для криптанов главная ценность L2 в том, что они позволяют забыть о конских ценах на газ и платить копейки за проведение транзакций. Где вы еще такое видели, чтоб можно было перекинуть $100 000, заплатив за перевод $5 или даже меньше? Тем не менее они оказались недостаточно масштабируемы для некоторых видов приложений, например, для игр или DEX на основе книги ордеров. Для них требуется очень высокая пропускная способность и очень низкая комиссия, которых пока не могут предложить ни L2, ни тем более сам Ethereum.
Layer 3
Layer 3 — это не совсем решения проблем архитектуры, а скорее инструменты для максимально простого и понятного взаимодействия с блокчейнами и их продуктами. Здесь речь идет не о платформе криптоквестов, а о роллапах поверх роллапов — тех, что запустили в последние месяцы все популярные L2 от Arbitrum до Starknet.
1. Interledger Protocol (ILP) — решение, используемое Ripple. ILP стремиться создать систему L3 для обеспечения более быстрых и дешевых транзакций сети Ripple.
2. Inter-Blockchain Communication (IBC) — протокол, используемый в экосистеме Cosmos. IBC обеспечивает связь, передачу данных и активов между независимыми блокчейнами, а также аппчейнами (AppChains).
3. StarkEx — приватное решение масштабирования сети StarkNet, разрабатываемое компаний StarkWare. На данный момент StarkWare ведет работу над несколькими решениями L3, в том числе и на основе масштабирования со слабым доверием (Validiums).
4. Игровой блокчейн XAI поверх Arbitrum от самих Offchain Labs. Одна из первых сетей Arbitrum Orbit, которая позволяет разработчикам создавать собственные сети уже третьего уровня на базе самого Arbitrum, протоколов Arbitrum Rollup и AnyTrust (пример второго — Arbitrum Nova).
5. Сети Orbit могут надстраиваться поверх любого из блокчейнов самого Arbitrum: Arbitrum One, Arbitrum Nova или Arbitrum Goerli. К их преимуществам можно отнести: выделенную пропускную способность, совместимость с EVM+, возможность иметь независимый роадмап, стабильные цены на газ, настраиваемый газовый токен и синхронизацию с апдейтами кода Nitro.
Чем отличаются Layer 2 и Layer 3?
1. Если L2 нужны для масштабирования, то L3 — для настраиваемой функциональности, например конфиденциальности. Есть один уровень стека, который помогает масштабировать приложения, а затем отдельные уровни для настраиваемых функциональных потребностей различных вариантов использования.
2. L2 предназначен для масштабирования общего назначения, а L3 — для индивидуального масштабирования. Индивидуальное масштабирование может быть в разных формах: специализированные приложения, которые используют для своих вычислений не EVM, а сжатие данных, оптимизированное для форматов данных для конкретных приложений (включая отделение «данных» от «доказательств» и замену доказательств одним SNARK за блок целиком) и т. д.
3. L2 — для масштабирования без доверия (rollups), L3 — для масштабирования со слабым доверием (validiums). Валидиумы — это системы, которые используют SNARK для проверки вычислений, но оставляют доступность данных на усмотрение доверенной третьей стороны или комитета. Они похожи на технологию ZK-роллапов тем, что использует доказательства с нулевым разглашением, но при этом данные хранятся вне сети. Это дает до 10 000 транзакций в секунду без задержек на снятие средств и с меньшим риском атак. Валидиумы имеют более низкий уровень безопасности, чем накопительные пакеты, но могут быть значительно дешевле. Однако есть и минус – в них можно запустить не все виды смарт-контрактов. Примеры решений – StarkWare и DeversiFi.
Для того чтобы определить какие будущие блокчейн проекты самые перспективные — разберемся чем они отличаются и почему существуют столько разновидностей, что такое Optimistic и ZK Rollups и какой тип rollup лучше.
Zero-Knowledge против Optimistic Rollups: как выбирать будущие гемы?
Rollup — это технология, которая обрабатывает транзакции вне основной сети сначала на специальной сети rollup, а затем упаковывает, сжимает и отправляет данные транзакции на основной сети Ethereum. Есть два популярных типа rollup:
Optimistic Rollup — сеть L2 просто передает транзакции, предполагая, что они легитимны. Если обнаруживается недействительная (ложная или поддельная) транзакция, сеть должна отменить ее и наказать виновного.
zkRollup — объединяет сотни транзакций вне основной сети, и генерирует доказательство с нулевым знанием (SNARK), которое позволяет одной стороне доказать, что она владеет определенной информацией, не раскрывая ее.
Так в чем различие между ZK и Optimistic?
1. В то время как решение OP Rollup основано на том, что все валидаторы честны, zkRollups проверяют их честность с помощью математического доказательства zkSNARK.
2. Optimistic Rollups могут обрабатывать больше транзакций в секунду, чем ZK-цепочки, но им требуется больше газа для передачи своих партий на основную цепочку.
3. ZK решения могут сэкономить больше газа, чем Optimistic, но они также требуют больших вычислительных затрат для генерации ZK-доказательств.
Если вам нужны быстрые транзакции, выбирайте сети Optimistic Rollup (Arbitrum, Optimism, opBNB)
Если вам нужна конфиденциальность, используйте ZK Rollup (zkSync, StarkNet, Polygon zkEVM).
zkSTARK
StarkNet использует самую безопасную и масштабируемую систему доказательств — zkSTARK. Это технология, использующая криптографию для прозрачной и эффективной проверки и подтверждения целостности вычислительных данных, сохраняя при этом конфиденциальность этих данных.
Отличительной чертой StarkNet является использование собственного механизма, доказательства с нулевым разглашением zkSTARK.
StarkNet имеет 3 вида узлов, находящихся за пределами блокчейна Ethereum:
Секвенсор (Sequencer) — узел, который принимает транзакции, проверяет их и объединяет в свертки.
Проверяющий узел (Prover) — узел, занимающийся созданием доказательства, подтверждающего целостность вычислений, произведенных секвенсором.
Полный узел (Full State Node) — узел в сети StarkNet, который используется только для запроса текущего состояния StarkNet. Он может независимо отвечать на запросы о текущем состоянии сети StarkNet, включая состояние родительского блокчейна Ethereum. Он не группирует транзакции и не подтверждает пакеты.
zkSNARK
zkSNARK основаны на относительно недавнем криптографическом принципе, который называется доказательством с нулевым разглашением.
Они расширяют математическую теорию доказательств с нулевым разглашением и позволяют использовать их в блокчейнах с уменьшенной вычислительной сложностью. «ZkSNARKs» расшифровывается как «Zero Knowledge» — лаконичный неинтерактивный аргумент знания.
Протокол с нулевым знанием — это метод с помощью которого одна сторона может доказать другой стороне, что что-то является правдой, не раскрывая при этом никакой информации, кроме самого факта.
В обычных транзакциях, когда платеж отправляется от одной стороны к другой, детали этого платежа видны всем узлам сети. Это включает в себя все входы и выходы для транзакци, которые содержат информацию об общедоступных адресах и суммах. Однако при транзакции с нулевым знанием единственная информация, которую можно найти — это то, что транзакция состоялась. Нет информации об отправителе, получателе или сумме.
Серия SNARKs от Vitalik Buterin
https://medium.com/@VitalikButerin/zk-snarks-under-the-hood-b33151a013f6
Это лучшее, что можно найти по теме. С конца 2016 до начала 2017 года создатель Ethereum Vitalik Buterin написал серию из трех частей. Первая часть называлась «Квадратичные арифметические программы: от нуля до героя», полное погружение (как выразился Виталик) в «механизм, лежащий в основе технологии». Часть 2 называлась «Изучение пар эллиптических кривых, а часть 3 -« zk-SNARKS: Под капотом ». Это гораздо более техническое исследование, построенное на основе двух других. Это чтение не для слабонервных, но, тем не менее, удивительный контент.