(клик текст ) Layer 1 Layer 2
В рамках этого видео, обсуждая Layer 1 и Layer 2, будем затрагивать пройденные моменты по теме масштабируемости, что бы Вам не возвращаться к пройденным материалам.
В технологии блокчейн термин «масштабирование» описывает увеличение пропускной способности системы, измеряемой количеством транзакций, выполняемых в секунду. В связи с постоянным повышением объемов использования криптовалют, стало необходимо создание «уровней» для повышения безопасности сети, ведения учета и многого другого.
(клик можно взять картинку , которая снизу ) Уровень 1 (Layer 1 ) в децентрализованной экосистеме — это сам блокчейн. Уровень 2 (Layer 2 ) — это сторонняя надстройка над уровнем 1, которая увеличивает пропускную способность системы. В настоящее время внедряется множество решений второго уровня. Эти решения используют смарт-контракты для автоматизации транзакций.
(клик текст )Решения L1 против L2
У технологии блокчейна много преимуществ: она повышает уровень безопасности, позволяет легко проводить транзакции и ведет запись всех операций. Однако по мере того, как её использование становится все более распространенным, возникает ряд проблем. Одной из таких проблем является масштабируемость.
В блокчейне каждая транзакция должна проходить несколько этапов, требующих значительных вычислительных мощностей и времени. Чтобы улучшить пропускную способность блокчейна, разработчики внедряют в его структуру решения масштабирования уровня 2. Далее расмотрим как это работает.
(клик текст ) Почему важна масштабируемость блокчейна?
Эксперты расходятся во мнениях давая определение понятию «масштабируемость». Однако по своей сути (клик текст) термин масштабируемость блокчейна описывает способность системы постоянно поддерживать стабильность и быстродействие, независимо от общего числа пользователей.
Термин “пропускная способность” описывает количество транзакций, обрабатываемых системой в секунду. Электронная платежная сеть компании (клик картинка и текст)Visa, VisaNet, обрабатывает почти поярдка 60000 TPS, а (клик картинка и текст) блокчейн биткоина, тем временем, может выполнять всего лишь от 3 до 7 TPS.
Разница в производительности может шокировать, однако её очень просто объяснить. Биткоин использует децентрализованную систему, а VisaNet централизованную. Децентрализованной системе требуется больше вычислительной мощности и времени для защиты конфиденциальности своих пользователей. Каждая транзакция проходит несколько этапов, включая прием, майнинг, распределение и подтверждение нодами.
(клик текст )Ожидается, что криптовалюта вскоре станет ведущим инструментом в деловом мире, поэтому разработчики пытаются увеличить мощность и быстроту работы блокчейна. Именно для выполнения этих задач и ведётся работа над слоями блокчейна и оптимизации второго уровня масштабирования.
(клик текст )Проблема масштабируемости биткоина
Сначала биткоин был простым блокчейном, позволяющим пользователям отправлять и получать цифровую валюту. Однако еще с момента его создания было известно о проблеме масштабируемости, что породило вопрос: что произойдет, когда больше людей начнут использовать биткоин?
Этот сценарий можно рассматривать как сетевую проблему. Каждая система имеет определенную пропускную способность и может обрабатывать лишь определенное количество транзакций в секунду (это количество транзакций, которые блокчейн-сеть может обрабатывать каждую секунду ). Более того, каждая транзакция в децентрализованной системе проходит проверку, что требует достаточно много места для хранения данных.
В 2021 год. Популярность биткоин и эфириум привела к перегрузке их протоколов, в результате чего снизилась скорость обработки сильно снизилась.
(клик текст )Почему блокчейн нуждается в технологии L2?
Ответ прост: возросший спрос и более высокие затраты на транзакции. Давайте разберём это на примере (клик )Ethereum.
У ETH есть механизм консенсуса, что позволяет применять несколько децентрализованных приложений. Механизм консенсуса в блокчейне — это отказоустойчивая система, которая поддерживает одно и то же состояние сети в распределенных нодах. С помощью этих протоколов все ноды согласовывают транзакции и синхронизируются друг с другом. Это делает блокчейн Ethereum крайне защищённым от перезаписи данных и хакерских атак.
Стабильность и безопасность Ethereum вызвала ICO-ажиотаж, что привело к созданию большого количества новых Токенов на блокчейне. (клик текст и картинку можно) ICO — первичное предложение определённого количества новых токенов ради привлечения инвестиций.
Следовательно, возросли приток пользователей и количество транзакций, совершаемых на Ethereum. С увеличением количества пользователей увеличивалась и плата за транзакцию, «газ», выплачиваемый сторонам, обрабатывающим транзакции в сети Ethereum.
Когда блокчейн-сеть перегружена, активные транзакции отправляются в пул памяти и требуют больше времени для обработки. Для решения этой проблемы майнеры начинают отдавать приоритет транзакциям с более высокими ценами на газ. Это ещё больше повышает минимальную стоимость, необходимую для совершения транзакции.
В итоге это приводит к тому, что цены на газ взлетают до небес, ухудшая ситуацию для всех участников.(клик текст) Масштабирование L2 призвано решить эту проблему и снизить затраты на транзакции.
(клик текст )Проблема с первым уровнем
Сеть уровня 1 (L1) – это блокчейн в децентрализованной системе. Два примера таких сетей – ( клик )это Биткоин и Эфириум.
При масштабировании 1 уровня базовый протокол блокчейна изменяется для внедрения возможности его масштабирования. С помощью этих решений изменяются правила протокола, что увеличивает пропускную способность и скорость проведения транзакций.
Масштабирование уровня 1 может включать:
Вместе эти решения масштабирования увеличивают пропускную способность сети. Однако уровень 1, похоже, не справляется с ростом числа пользователей блокчейна. Ниже приведены некоторые недостатки системы.
(клик текст ) Неэффективный протокол консенсуса
Блокчейн уровня 1, такие как биткоин и эфириум, как мы знаем, по-прежнему использует старый и «деревянный» механизм консенсуса доказательство выполнения работы - proof of work
И хоть этот механизм безопаснее остальных, его скорость крайне мала. Этот протокол нуждается в вычислительных мощностях майнеров для решения криптографических алгоритмов. Таким образом, требуется больше вычислительной мощности и времени в целом.
Решением является переход на (клик текст) POS Ethereum 2.0, который неизвестно когда случится переход.
Одно из действущих решений, которое работауте уже сейчас.
Решением масштабирования для этой проблемы является (клик текст) шардинг. Проще говоря, шардинг (сегментирование) разбивает работу по проверке и аутентификации транзакций на небольшие и простые подзадачи. Таким образом, рабочая нагрузка может быть распределена по сети, что позволяет использовать вычислительные мощности большего количества нодов.
Механизм работы шардинга позволяет проводить последовательную обработку нескольких транзакций.
(текст ) Как работает шардинг?
Объяснение на примере Ethereum:
Блокчейн Ethereum состоит из тысяч компьютеров или нод, каждая из которых «одалживает» сети определенный объем хешрейта. Именно этот хешрейт позволяет Ethereum Virtual Machine (EVM) функционировать — выполнять смарт-контракты и управлять децентрализованными приложениями (DApps).
В настоящее время Ethereum работает на основе последовательного выполнения, в котором (клик текст)каждая из нод должна рассчитывать каждую операцию и обрабатывать каждую транзакцию. Поэтому прохождение транзакцией верификационного процесса требует значительного времени: Ethereum осуществляет приблизительно 10 транзакций в секунду.
(клик текст )Добавление к сети компьютеров не обязательно повышает эффективность, поскольку весь реестр хранится на каждом устройстве, и цепь верификации просто становится длиннее.
Идея шардинга состоит в том, чтобы отказаться от модели, в которой каждая нода должна вычислять каждую операцию, в пользу модели параллельного выполнения,(клик )
в которой ноды обрабатывают только определенные вычисления. Это позволяет параллельно обрабатывать множество транзакций.
Блокчейн разделяется на отдельные шарды (поддомены или сегменты). Ноды управляют только той частью реестра, к которой они прикреплены (выполняют процессы и подтверждают транзакции), а не поддерживают весь реестр.
(клик текст) Какие проблемы решает шардинг?
Шардинг — потенциальное решение проблемы масштабирования.
Чем популярнее становится блокчейн, тем больше пользователей инициируют транзакции, запуск децентрализованных приложений и другие процессы в сети. В результате, скорость транзакций падает, что препятствует расширению блокчейна в долгосрочной перспективе. Рост транзакционной активности требует от нод интенсифицировать процесс верификации транзакций. Существует угроза того, что эти блокчейны могут «закупориться», как это произошло с Ethereum в период бума CryptoKitties, когда на долю игры приходилось 11% транзакций сети. Или например остановка блокчейна Solana в мае 2022, когда в секунду проходило до 4 млн. транзакций и есть встала.
(клик текст) Если группы нод отвечают за индивидуальные сегменты, то каждой ноде не нужно поддерживать весь реестр для выполнения каждой операции. Поэтому валидация транзакций может осуществляться параллельным, а не линейным образом, что повышает скорость сети. Таким образом решается проблема масштабирования.
(клик текст )Основные проблемы шардинга — коммуникация и безопасность. Если разделить блокчейн на изолированные сегменты, то каждый шард станет отдельной сетью. Пользователи и приложения одного поддомена не смогут коммуницировать с пользователями и приложениями другого поддомена, не применяя особый механизм коммуникации.
В сегментированном блокчейне также возникает проблема безопасности, поскольку хакерам легче захватить один шард — по причине меньшего хешрейта, требуемого для контроля индивидуальных сегментов (так называемая атака 1%).
После захвата сегмента атакующие могут направить недействительные транзакции в основную сеть. Также данные в этом конкретном сегменте могут стать недействительными и оказаться безвозвратно утрачены.
ТОП блокчейны , которые называют себя шардированными блокчейнами на POS - (клик ) Near Protocol и Zilliqa.
(клик текст ) Решения для масштабирования второго уровня
Блокчейн уровня 2 повышает эффективность нативного уровня. L2 берет на себя часть транзакционной нагрузки первого уровня блокчейна и передает ее другой системной архитектуре, эффективно разгружая систему при наплыве транзакций.
Затем блокчейн уровня 2 берёт на себя нагрузку и отчитывается перед уровнем 1. Поскольку большая часть нагрузки по обработке данных приходится на эту смежную вспомогательную архитектуру, загруженность остальной сети снижается, в связи с чем блокчейн уровня 1 становится не только менее перегруженным, но и более масштабируемым.
(клик )Сайдчейны (Sidechains)
Cайдчейны также являются решением для масштабирования технологии блокчейна уровня 2 (Layer 2). Сайдчейн – это транзакционная цепочка, содействующая при проведении большого количества количества транзакций. У него есть механизм консенсуса, не зависящий от нативного уровня блокчейна. Этот механизм можно оптимизировать для повышения масштабируемости и скорости обработки транзакций.
Один из самых популярных Сайдчейнов - (клик)Блокчейн POLYGON. Сеть , созданная для улучшения масштабируемости ETHEREUM.
(Клик текст) Роллапы (Rollups)
Роллапы — это решения для масштабирования блокчейна уровня 2, которые выполняют транзакции за пределами блокчейна уровня 1 и размещают на нём данные о выполненных транзакциях. Данные находятся на базовом уровне, что позволяет уровню 1 обеспечивать безопасность роллапов.
То есть если сравнить садчейны и роллапы для мастшибирования Ethereum, то : в сайдченах безопасность обеспечивает сама сеть садчейна, то в роллапах безопасность обеспечивает сам блокчейн Etehreum, что конечно же является огромным плюсом.
Роллапы бывают построены на двух моделях безопасности:
- (клик текст)Оптимистичные роллапы: в таких роллапах транзакции действительны по умолчанию. В связи с чем они проводят действия по выявлению мошенничества только если возникает проблема.
- (клик текст)Роллапы с нулевым разглашением: такие роллапы выполняют вычисления вне блокчейна. После выполнения операции они отправляют доказательство достоверности на базовый уровень или основной блокчейн.
(клик текст)Роллапы помогают увеличить пропускную способность блокчейна и снизить плату за газ для пользователей.
Говорят, что возможно, 2022 год будет год РОЛАПОВ. по этому стоит следить за проектами, которые предлагают это решение. Например проект (клик )ZKsync io
подводя итоги, можно сказать, что проблема с масштабируемостью у блокчейнов стоит очень остро.На момент записи видео блокчейн-системы все еще находятся в стадии разработки. Главный вопрос заключается в том, станут ли 2-ые уровни блокчейна временными или постоянными решениями? На данный момент никто точно не знает. И если станут, то вероятнее всего это будет несколько проектов - флагманов, а не огрмное кол-во проектов. По этому при инвестициях в решения второго уровня важно тщательно выбирать проект.