Подходы к масштабированию блокчейна: шардинг NEAR в сравнении с Layer2-решениями

В последние несколько лет блокчейны второго уровня (L2) становятся все более популярными в качестве решения для масштабирования блокчейнов первого уровня (L1), особенно после того, как Ethereum решил масштабироваться согласно его дорожной карте, ориентированной на роллапы.
L2 — протокол, созданный поверх существующего блокчейна для улучшения его масштабируемости, пропускной способности или конфиденциальности и снижения перегруженности и стоимости транзакций на блокчейне L1. NEAR, с другой стороны, выбрал для масштабирования другой подход: шардинг. В этой статье мы попробуем разобраться, чем обоснован такой подход и почему NEAR не планирует масштабироваться через L2.

Для того чтобы понять разницу в подходах к масштабированию, давайте сначала рассмотрим, как работает L2. Если вкратце, L2 работают путем выполнения транзакций вне чейна уровня 1, на котором они построены, а на базовом уровне лишь фиксируются данные о состоянии и транзакциях. В зависимости от того, как именно подтверждаются переходы состояния, это могут быть optimistic роллапы, которые полагаются на доказательства мошенничества, или ZK-роллапы, которые используют доказательства нулевого знания.

Предпосылкой масштабирования с помощью роллапов является то, что роллап имеет более высокую пропускную способность, чем базовый L1, из-за снижения расходов на подтверждение транзакций. Может существовать множество роллапов, работающих как отдельная цепочка и обрабатывающих различные переходы. L1 обеспечивает безопасность роллапов на базовом уровне, а роллапы взамен предлагают масштабируемость. Это перекладывает значительную проблему масштабируемости на протокол L2, и поэтому упрощает дизайн протокола L1.
Ethereum, например, хорошо известен своими планами масштабирования с помощью таких роллапов, как Arbitrum, Optimism, ZkSync и Polygon zkEVM.

Насколько хорошо этот многообещающий подход к проектированию работает на практике?
Возможно, еще слишком рано говорить об этом, учитывая, что Ethereum — единственный крупный блокчейн, использующий данный подход, а сами L2 находятся еще на стадии становления, однако некоторые уроки уже можно извлечь.

Во-первых, существует проблема совместимости между различными L2. Хотя каждый роллап сам по себе имеет более высокую пропускную способность, чем Ethereum, роллапам не хватает внутренней совместимости, которая позволяет контрактам из разных роллапов взаимодействовать друг с другом. Каждый из них может взаимодействовать только с Ethereum L1. Совместимость особенно важна для финансовых приложений и, возможно, именно это делает Ethereum L1 таким успешным.

Во-вторых, хотя в теории роллапы должны работать вместе для масштабирования Ethereum, на практике общее масштабирование, достигаемое роллапами вместе, не намного больше того, что предлагает один роллап. В основном это связано с тем, что популярные приложения в сети Ethereum работают почти на всех роллапах, и в результате аналогичные транзакции «дублируются» на разных роллапах. Транзакции по использованию DeFi-приложений, таких как Uniswap, на разных роллапах фактически конкурируют за пространство данных на Ethereum за доступность данных.

В отличие от этого, NEAR масштабируется за счет шардинга, или деления сети на разделы, которые встроены в сам протокол, с теми же гарантиями безопасности, что и блокчейн L1. Архитектура NEAR в некотором смысле похожа на Ethereum с роллапами, где каждый шард похож на optimistic роллап. Разница в том, что, поскольку шардинг встроен в протокол, приложения на одном шарде могут естественным образом взаимодействовать с приложениями на другом шарде. Модель однородного шардинга также означает, что два приложения взаимодействуют одинаково, независимо от того, развернуты они на одном и том же шарде или нет. В результате разработчикам не только не нужно заботиться о том, на каком шарде развертывать свои приложения, но они также могут быть уверены, что их приложение может свободно взаимодействовать с любым другим приложением, развернутым на NEAR, не прибегая к помощи сторонних мостов.

Подобная совместимость уже сама по себе является уникальным преимуществом подхода NEAR к шардингу, однако это еще не все. За счет быстрого завершения транзакций в NEAR пользователи могут быть уверены в том, что их транзакции будут завершены в течение двух-трех секунд. Однако в мире роллапов дела с завершением транзакций обстоят гораздо хуже. Optimistic роллапы известны своим длительным временем выхода (обычно 7 дней), а для роллапов ZK узким местом является генерация доказательств, которая сегодня занимает до 10 минут. Более того, в модели шардинга NEAR, поскольку и обработка, и состояние полностью разделены, пропускная способность почти линейно зависит от количества шардов. Благодаря упомянутой выше встроенной совместимости разработчики и пользователи действительно выигрывают от масштабируемости, поскольку одно приложение развертывается только один раз на одном шарде, в отличие от текущего состояния роллапов, когда многие популярные приложения приходится развертывать на многих роллапах, что снижает количество фактически обрабатываемых транзакций.

Однако это не означает, что подход NEAR является совершенным. Шардинг делает протокол очень сложным для понимания и реализации. Для сравнения, подход Ethereum, ориентированный на роллапы, имеет относительно простую конструкцию, хотя для эффективной работы второго уровня все равно требуется шардинг доступности данных (Danksharding).

В конечном итоге, различные варианты подходов к масштабированию отражают разную философию проектирования базового протокола. Ethereum стремится к тому, чтобы сам протокол был максимально надежным и устойчивым, поэтому важно минимизировать сложность конструкции протокола L1. NEAR, с другой стороны, ставит во главу угла простоту для разработчиков и пользователей и готов сделать протокол более сложным «под капотом» ради лучшего опыта для своих пользователей.

Стоит отметить, что NEAR — это не просто блокчейн-протокол, а операционная система, которая предлагает общий уровень для просмотра и изучения web3, а также совместима с любым блокчейном.
Несмотря на различия в дизайне протокола, NEAR как операционная система блокчейна позволяет разработчикам и пользователям различных блокчейнов, включая протоколы L2 на Ethereum, создавать и использовать приложения в различных экосистемах.