Layer0x

Ethereum, одна из самых популярных блокчейн-платформ, сталкивается с классической проблемами масштабируемости: высокая стоимость транзакций (газа) и ограниченная пропускная способность. Для решения проблемы были разработаны Layer-решения.
Layer - как таблетка от всех проблем для eth, но за все нужно платить.

Спонсоры статьи:

!Напоминаю спонсорство статьи стоит 5 sol за статью, но при этом вы также должны принимать участие при ее написании.

Данные темы затронем:

1. Концепцию Layers.
2. Иерархия Layer решений
   Layer 1: Основа экосистемы Eth.
   Layer 2: Ускорение и масштабируемость.
   Layer 3: Появление и роль в экосистеме.
3. Анализ ключевых Layer-решений
   - Техническая база проектов.
   - Airdrop.
   - Роадмапы 2025 года.
   - Перспектива
4. Альтернативные подходы: Multichain и Nested-решения.
5. Примеры технологий и их применения в реальной жизни.
6. Проблемы и вызовы Layer-решений.
7. Будущее Layer-решений.

1. Введение в концепцию Layers

Современные блокчейн-системы состоят из нескольких слоев (Layers), где каждый слой выполняет свои уникальные задачи. Layer 1 является базовым уровнем, который обеспечивает децентрализацию и безопасность. Layer 2 и Layer 3 добавляют масштабируемость, гибкость и специальные функции для приложений.

Основная идея Layers заключается в разделении задач: от обеспечения безопасности на базовом уровне до обработки сложных вычислений или специализированных функций на верхних уровнях. Это позволяет увеличить производительность и снизить затраты.

2. Основы иерархичной архитектуры

Layer 2 технологии разгружают Ethereum, обрабатывая транзакции вне основного блокчейна. Ключевые технологии включают:

Layer 1: Ethereum как базовый слой

Layer 1 — это основной блокчейн Ethereum, который выполняет следующие ключевые функции:

• Обеспечение безопасности через консенсус Proof-of-Stake (Ethereum 2.0).
• Обработка транзакций с высокой степенью децентрализации.
• Хранение неизменяемых данных.

Однако L1 ограничен пропускной способностью (15-30 TPS) и высокой стоимостью газа. Эти ограничения стимулировали разработку Layer 2 решений.

Layer 2: Решения для масштабируемости

Layer 2 технологии разгружают Ethereum, обрабатывая транзакции вне основного блокчейна. Ключевые технологии включают:

1. Rollups

Rollups — это механизмы, которые агрегируют транзакции вне сети Ethereum и возвращают агрегированные данные обратно в блокчейн.

• Optimistic Rollups:
• Транзакции считаются валидными по умолчанию и проверяются только в случае подозрений на мошенничество.
• Примеры: Optimism, Arbitrum.
• Используют fraud proofs, что снижает издержки на проверку.
• ZK-Rollups:
• Используют криптографические Zero-Knowledge доказательства для проверки транзакций.
• Примеры: zkSync, StarkNet.
• Преимущества: высокая безопасность и мгновенные подтверждения транзакций.

Технические аспекты: ZK-Rollups опираются на алгоритмы SNARK или STARK для генерации доказательств, которые легко проверяются в Ethereum.

2. Sidechains

Sidechains — это независимые блокчейны, работающие параллельно с Ethereum. Они предоставляют:

• Быструю обработку транзакций с низкими комиссиями.
• Собственные механизмы консенсуса (например, Proof-of-Stake).

Пример: Polygon использует мосты для взаимодействия с Ethereum и поддерживает DeFi, NFT и игровые проекты.

3. Plasma

Plasma позволяет создавать дочерние цепочки, которые периодически синхронизируются с Ethereum. Это снижает нагрузку на основной блокчейн.

Пример: OMG Network.

4. State Channels

State Channels — это каналы взаимодействия между пользователями вне блокчейна. Финальные данные записываются в Ethereum только после завершения взаимодействий.

Пример: Raiden Network (решение для микроплатежей).

5. Validium

Validium — технология, схожая с ZK-Rollups, но данные хранятся за пределами блокчейна. Это позволяет увеличить пропускную способность.

Пример: StarkWare Validium.

Layer 3: Новые горизонты

Layer 3 решения строятся поверх L2, предоставляя дополнительные возможности:

• Immutable X — лидер в NFT, использующий ZK-Rollups для быстрых и бесплатных транзакций.
• Synapse и Axelar — платформы для мультичейн-взаимодействия, упрощающие интеграцию блокчейнов.

Основные применения:

• Создание кастомных решений для игр и DeFi.
• Обеспечение взаимодействия между различными Layer 2 решениями

3. Подробный анализ ключевых Layer-решений

1. zkSync

Техническая база: zkSync использует ZK-Rollups на основе zk-SNARKs (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge). Эта технология позволяет обрабатывать транзакции за пределами основной сети Ethereum, а затем публиковать агрегированные данные в Ethereum, обеспечивая как безопасность, так и масштабируемость.

• Zero-Knowledge Proofs (ZKP): Обеспечивает конфиденциальность и безопасность транзакций без раскрытия самой информации.
• zkPorter: Решение для масштабирования данных, которое позволяет zkSync значительно увеличить пропускную способность за счет хранения данных за пределами Ethereum.
• Интеграция с EVM (Ethereum Virtual Machine): zkSync полностью совместим с Ethereum, что позволяет разработчикам легко переносить свои смарт-контракты на эту платформу.

Airdrop: В июне 2024 года zkSync провел airdrop токенов $ZKS, распределив 17,5% от общего объема токенов (3,675 миллиарда ZKS) среди 695 232 кошельков. Основные категории участников:

• Пользователи, активно взаимодействовавшие с протоколами zkSync до 24 марта 2024 года, включая выполнение транзакций и использование dApps.
• Разработчики, внесшие вклад в open-source проекты экосистемы.
• Участники, тестировавшие платформу на ранних этапах. Для получения токенов пользователи должны были связать свои кошельки и выполнить определенные условия активности.

Роадмап на 2025 год:

• Улучшение совместимости с EVM: Достижение полной эквивалентности с EVM для упрощения работы разработчиков.
• Масштабируемость: Увеличение производительности до 10 000 TPS (транзакций в секунду) и снижение стоимости транзакций.
• Безопасность: Введение механизма приоритетной очереди для гарантии включения транзакций.
• Децентрализация: Переход к децентрализованному управлению последовательностью и доказательствами.

Перспектива: zkSync обладает огромным потенциалом благодаря сочетанию безопасности, масштабируемости и низких комиссий. Это делает платформу одним из ключевых решений для масштабирования Ethereum.

2. Optimism

Техническая база: Optimism работает на основе Optimistic Rollups, где транзакции обрабатываются вне основной сети Ethereum, но считаются валидными по умолчанию. Проверка транзакций происходит только в случае оспаривания их правильности.

• Optimistic Engine: Механизм обработки транзакций в оптимистичном режиме.
• ERC-20 и ERC-721 совместимость: Полная совместимость с Ethereum позволяет использовать существующие смарт-контракты без изменений.

Airdrop: Optimism провел несколько airdrop-акций. В первом раунде (май 2022 года) пользователи, участвовавшие в тестировании сети и использовавшие протоколы на Optimism, получили токены $OP. Всего было распределено 214 миллионов токенов среди активных пользователей и разработчиков. Основные критерии включали:

• Взаимодействие с протоколами на Optimism.
• Участие в тестировании и внесение предложений по улучшению экосистемы.

В последующих раундах airdrop были стимулированы разработчики, создающие новые приложения на Optimism, а также пользователи, активно использующие DeFi и NFT приложения.

Роадмап на 2025 год:

• Межсетевое взаимодействие: Улучшение интеграции с другими Layer-2 и Layer-1 решениями.
• Безопасность: Введение механизмов для защиты от атак на мосты и других уязвимостей.
• Поддержка разработчиков: Создание новых инструментов для работы с децентрализованными приложениями.

Перспектива: Optimism активно развивается, привлекая внимание крупных DeFi-протоколов, таких как Uniswap и Synthetix. С низкими комиссиями и высокой пропускной способностью платформа занимает лидирующую позицию среди решений для масштабируемости Ethereum.

3. Arbitrum

Техническая база: Arbitrum использует Optimistic Rollups с усовершенствованными алгоритмами для обеспечения более быстрой и эффективной обработки транзакций.

• Arbitrum Virtual Machine (AVM): Полная совместимость с Ethereum, включая поддержку всех смарт-контрактов.
• Механизм разрешения споров: Использует компрессию данных и эффективные методы проверки для урегулирования конфликтов.

Airdrop: В марте 2023 года Arbitrum провел airdrop токенов $ARB, распределив 12,75% общего объема токенов среди пользователей, активно взаимодействовавших с сетью. Условия получения включали:

• Совершение определенного количества транзакций в сети Arbitrum до 31 октября 2022 года.
• Использование мостов для переноса активов.
• Участие в экосистемных проектах и голосованиях.

Airdrop был направлен на поощрение ранних пользователей и поддержку разработчиков dApps, внедренных в экосистему Arbitrum.

Роадмап на 2025 год:

• Масштабируемость: Обновления для увеличения пропускной способности и снижения задержек.
• Интеграция с Ethereum 2.0: Поддержка шардинга и улучшенных механизмов консенсуса.
• Поддержка сложных dApps: Развитие инструментов для более масштабных приложений.

Перспектива: Arbitrum остается одним из лидеров среди Layer-2 решений, активно внедряя улучшения в области масштабируемости и безопасности.

4. StarkNet

Техническая база: StarkNet использует zk-Rollups и zk-STARKs, обеспечивающие высокую производительность и низкие требования к вычислительным ресурсам.

• zk-STARKs: Высокая скорость и эффективность с уменьшенной зависимостью от криптографических ключей.
• StarkEx: Платформа для реализации быстрых и дешевых транзакций.

Airdrop: 20 февраля 2024 года StarkNet провел airdrop токенов $STRK, распределив 700 миллионов токенов среди различных категорий участников:

• Активные пользователи StarkNet: Совершившие более 5 транзакций и использующие сеть более 3 месяцев.
• Участники StarkEx: Пользователи, совершившие 8+ транзакций до 1 июня 2022 года на платформах StarkEx (например, dYdX, Immutable).
• Разработчики open-source проектов: Подтвержденные коммиты в крупных репозиториях.

Для получения токенов пользователи подключали кошельки (например, Argent X или Braavos) к порталу Provisions. Период получения продолжался до 20 июня 2024 года.

Роадмап на 2025 год:

• Улучшение zk-STARKs: Новые алгоритмы для повышения безопасности и скорости.
• EVM-совместимость: Интеграция с Ethereum и улучшение межсетевого взаимодействия.
• Поддержка других блокчейнов: Расширение интеграции с различными экосистемами.

Перспектива: StarkNet имеет потенциал стать ведущим решением для DeFi и NFT благодаря высокой производительности и безопасности.

5. Scroll

Техническая база: Scroll ориентирован на zk-Rollups с использованием zk-SNARKs и полной совместимостью с EVM. Это позволяет легко интегрировать существующие смарт-контракты.

• zk-SNARKs: Высокая безопасность при низких издержках.
• EVM-совместимость: Упрощает разработку и миграцию приложений.

Airdrop: 8 октября 2024 года команда официально анонсировала выпуск токена SCR и предстоящий аирдроп:

• Снапшот для аирдропа: проведён 19 октября 2024 года.
• Начало раздачи: 22 октября 2024 года.
• Эмиссия токенов SCR: 1 миллиард, из которых 15% выделено на аирдропы.
• В рамках первого аирдропа будет распределено 7% от общего предложения.
• Оставшиеся 8% зарезервированы для будущих распределений, запланированных на следующие 12–18 месяцев.

Роадмап на 2025 год:

• Масштабируемость: Достижение высокой пропускной способности при минимальных комиссиях. Упор на снижение барьеров для массового использования.
• Приватность: Внедрение новых решений для улучшения конфиденциальности пользователей с сохранением производительности.
• Поддержка разработчиков: Интеграция дополнительных инструментов для упрощения работы с dApps и оптимизации рабочих процессов.
• Межсетевое взаимодействие: Развитие мостов для связи Scroll с другими сетями Layer-1 и Layer-2.

Перспектива: Scroll продолжает активно развиваться, предлагая решения, ориентированные на простоту интеграции и высокую производительность. Платформа становится привлекательным выбором для разработчиков, создающих масштабируемые приложения. В будущем Scroll имеет потенциал закрепиться среди ведущих Layer-2 решений благодаря сбалансированному подходу к масштабируемости, приватности и поддержке пользователей.

4. Основные вызовы Layer-решений

Сложность разработки

Одним из основных препятствий для широкого принятия Layer-решений является высокая сложность разработки. Это особенно актуально для ZK-Rollups, поскольку они требуют углубленных знаний в области криптографии и блокчейн-технологий. На разработку подобных решений оказывает влияние несколько факторов:

• Требования к квалификации разработчиков. Создание решений на базе Zero-Knowledge Proofs(например, zk-SNARKs или zk-STARKs) требует от разработчиков глубокого понимания теории криптографии и сложных алгоритмов.
• Технические ограничения. Многие технологии, такие как ZK-Rollups, требуют точной синхронизации и постоянного обновления данных между Layer 1 и Layer 2, что создает дополнительные сложности в поддержке и оптимизации.
• Проблемы с масштабированием. Для разработки эффективных Layer 2 решений необходимо также продумывать способы оптимизации вычислений и минимизации затрат на хранение данных.

Интероперабельность

Межсетевое взаимодействие между различными блокчейн-решениями остается актуальной проблемой. На данный момент Layer 2 решения (например, zkSync, Arbitrum, Optimism) часто не могут беспрепятственно взаимодействовать друг с другом. Важнейшие вопросы:

• Отсутствие стандартов. Нет единого набора стандартов или протоколов для взаимодействия между различными решениями Layer 2 и Layer 3, что затрудняет интеграцию различных блокчейн-экосистем.
• Изолированные экосистемы. Децентрализованные приложения (dApps) или пользователи часто сталкиваются с проблемой ограниченной совместимости, когда активы или данные не могут свободно перемещаться между различными сетями.
• Необходимость разработки универсальных решений. Чтобы преодолеть эти барьеры, нужно разрабатывать новые решения, которые могут обеспечить лучшую совместимость между различными уровнями. Протоколы типа IBC (Inter-Blockchain Communication) или специальные адаптеры для межсетевого взаимодействия могут стать решением этой проблемы.

Уязвимость мостов

Мосты между различными слоями (например, между Layer 1 и Layer 2) часто становятся целью атак и взломов. Основные проблемы:

• Цель для атак. Мосты обеспечивают связь между различными блокчейн-сетями, и если они не защищены должным образом, могут стать уязвимым местом для злоумышленников. Множество атак на мосты привели к потере средств и значительным рискам для пользователей.
• Мосты доверенные и недоверенные. Есть два типа мостов: доверенные и недоверенные. Доверенные мосты включают в себя контроль через мульти-подписи или аутентификацию, но это может снизить производительность. Недоверенные мосты, напротив, позволяют проводить транзакции без посредников, но в них больше рисков.
• Решения для безопасности. Чтобы минимизировать угрозы, разработчики интегрируют дополнительные меры безопасности, такие как многофакторная аутентификация, криптографические схемы для проверки транзакций и другие меры защиты.

5. Будущее Layer-решений

Rollups + Sharding

Одним из самых важных направлений для масштабируемости Ethereum и других блокчейнов является интеграция Rollups с Sharding. Это будет иметь ключевое значение для улучшения пропускной способности и снижения затрат на транзакции:

• Sharding в Ethereum 2.0. В будущем Ethereum планирует интеграцию шардирования, что позволит разбить сеть на более мелкие компоненты (шарды). Каждый шард будет обрабатывать свою часть данных, что обеспечит увеличение пропускной способности.
• Взаимодействие с Rollups. Разработка Rollups в сочетании с шардированием значительно увеличит масштабируемость сети. Например, использование zk-Rollups и Optimistic Rollups в шардированной сети позволит ускорить обработку транзакций и снизить нагрузку на основной слой (Layer 1).
• Снижение нагрузки на основную сеть. Шардирование вместе с Rollups будет обеспечивать более эффективное использование ресурсов и распределение нагрузки, что значительно улучшит производительность сети.

Инновации ZK-технологий

Развитие новых Zero-Knowledge Proofs (ZKPs) будет оказывать значительное влияние на возможности Layer 2 решений, позволяя значительно улучшить их безопасность и производительность:

• PLONK и Halo 2. Эти технологии позволяют генерировать более быстрые и компактные доказательства. В отличие от старых схем, PLONK и Halo 2 уменьшают вычислительные ресурсы, необходимые для создания и проверки доказательств, и обеспечивают большую гибкость и совместимость с различными блокчейнами.
• Упрощение создания доказательств. Использование этих инновационных технологий сделает интеграцию zk-SNARKs и других доказательств гораздо проще и дешевле для разработчиков, снижая барьеры для создания более сложных и безопасных блокчейн-приложений.
• Приватность и масштабируемость. Эти технологии откроют новые возможности для обеспечения приватности в блокчейне и решения проблем с масштабируемостью, что позволит более эффективно обрабатывать большое количество транзакций с сохранением конфиденциальности.

Метавселенные и игры

В будущем Layer 3 решения станут ключевыми для построения сложных приложений, таких как метавселенные и игры:

• Layer 3 для сложных приложений. С развитием метавселенных и игр, где важно не только обеспечение быстрого выполнения транзакций, но и высокая пропускная способность, Layer 3 будет играть критическую роль. Этот уровень позволит решать задачи по оптимизации приложений, обеспечивая более быстрые и дешевые транзакции, а также сложные вычисления.
• DeFi и экосистемы. Layer 3 решения также будут использованы в DeFi-протоколах, где требуется высокая производительность для обработки множества транзакций одновременно. Платформы на Layer 3 смогут интегрировать различные финансовые инструменты и обеспечивать лучшую совместимость с другими решениями.
• Интерактивные элементы в играх. В метавселенных и игровых экосистемах Layer 3 станет основой для создания уникальных, интерактивных и высоко масштабируемых миров, где пользователи смогут обмениваться активами, проводить транзакции и взаимодействовать друг с другом без больших затрат на газ.

Заключение

Будущее Layer-решений связано с инновациями, такими как sharding, ZK-технологии и Layer 3. Эти изменения помогут улучшить масштабируемость, производительность и безопасность, открывая новые горизонты для приложений в блокчейне. Однако с увеличением возможностей возникают и новые вызовы, такие как повышение сложности разработки, улучшение межсетевого взаимодействия и безопасность мостов. Важно, чтобы в ближайшие годы были разработаны универсальные стандарты и протоколы, которые позволят преодолеть эти барьеры и значительно улучшат пользовательский опыт в экосистеме.