Роль Layer 1 в блокчейн-сетях
Если вы когда-либо задавались вопросом, какая связь между Polygon и Ethereum или Polkadot и его парачейнами, знакомство с Layer 1 и Layer 2 в архитектуре блокчейна поможет получить ответы. Эти термины помогут вам лучше понять блокчейны, проекты и инструменты разработки.
Основы
Блокчейны первого уровня (Layer-1) являются фундаментом многих популярных сетей, таких как Bitcoin, BNB Chain и Ethereum. Эти сети предназначены для автономного подтверждения и финализации транзакций без участия другой сети. Однако увеличение масштабируемости Layer-1 сетей может быть сложной задачей, как это видно на примере Bitcoin. Чтобы преодолеть эту проблему, разработчики часто создают протоколы второго уровня (Layer-2), которые работают поверх базовой Layer-1 сети, обеспечивая пользователям повышенную скорость и пропускную способность. Примером такой системы является Lightning Network у Bitcoin. Она функционирует как Layer-2 протокол, позволяя пользователям совершать офф-чейн транзакции, которые позднее фиксируются в основной цепочке.
Что такое Layer 1?
Layer 1 обозначает физический уровень модели OSI, отвечающий за передачу сырых битов по сети. Протокол уровня 1 может обрабатывать и подтверждать транзакции в своей блокчейн-цепочке. Кроме того, такой протокол обычно имеет собственный токен, используемый для оплаты комиссий за транзакции.
Сети Layer-1 являются основными строительными блоками технологии блокчейн. К ним относятся BNB Smart Chain, Ethereum, Bitcoin, Solana и другие. Их называют Layer-1, потому что это основные сети, формирующие фундамент соответствующих экосистем блокчейна. Офф-чейн и Layer-2 решения строятся поверх протоколов Layer-1.
Масштабирование Layer 1
Масштабируемость сетей Layer-1, таких как Bitcoin, часто ограничена используемым механизмом консенсуса, а именно Proof of Work (PoW). По мере роста спроса PoW создаёт трудности с обработкой достаточного числа транзакций своевременно, что приводит к проблемам масштабируемости. Для борьбы с этим предлагались разные решения по увеличению пропускной способности сети, такие как увеличение размеров блоков и внедрение шардинга.
К сожалению, сложность поддержания децентрализации и безопасности в PoW-сетях приводит к замедлению скорости транзакций и росту комиссий при большом количестве операций. Это выливается в увеличенные времена ожидания подтверждения и возросшие расходы.
В течение многих лет велись активные дискуссии о том, какое решение для масштабирования лучше всего подходит для блокчейн-технологий. Разработчики изучали варианты масштабирования на уровне Layer-1, такие как шардинг и офф-чейн подходы. Для масштабирования Layer-1 рассматриваются следующие варианты:
- Увеличение размера каждого блока позволит одновременно обрабатывать больше транзакций.
- С предстоящим обновлением Ethereum 2.0 станет возможна смена механизма консенсуса.
- Внедрение шардинга — типа разбиения данных.
Реализация обновлений Layer 1 требует значительных усилий. К сожалению, не все пользователи сети могут согласиться с такими изменениями, что потенциально приводит к расколу сообщества или даже хард-форку, как это показал случай Bitcoin и Bitcoin Cash в 2017 году.
SegWit
SegWit (segregated witness) у Bitcoin — это решение уровня 1 для масштабирования, которое не влияет на безопасность сети. Оно было внедрено через софт-форк, что позволило старым узлам Bitcoin продолжать обрабатывать транзакции без обязательного обновления. Изменив способ организации данных блока, SegWit вынес цифровые подписи из входа транзакции и освободил больше места, тем самым повысив пропускную способность Bitcoin.
Шардинг на Layer-1
Шардинг на уровне Layer-1 — это техника масштабирования блокчейна, которая делит блоки сети на меньшие разделы, или «шарды», чтобы улучшить скорость обработки блоков и пропускную способность транзакций.
Шардинг — широко используемый подход для масштабирования Layer-1 с целью максимизации пропускной способности транзакций. Этот метод разбиения базы данных часто применяется в распределённых реестрах блокчейна. Сеть и её узлы делятся на несколько шардов, чтобы уравновесить нагрузку и повысить скорость транзакций. Каждый шард отвечает за определённый сегмент сети, храня его транзакции, узлы и блоки.
Шардинг устраняет необходимость, чтобы каждый узел имел полную копию блокчейна. Вместо этого каждый узел обновляет основную цепочку информацией о своих локальных данных, таких как балансы адресов и другие важные показатели.
Layer 1 VS Layer 2
При улучшениях многие вещи нельзя решить исключительно на Layer 1 основной сети блокчейна. Это связано с техническими ограничениями, которые делают внедрение определённых изменений сложным или даже невозможным. Например, переход Ethereum от Proof of Work к Proof of Stake занял несколько лет.
Если конкретный кейс требует масштабного приложения, запуск которого только на Layer 1 непрактичен (например, блокчейн-игра), то для сохранения безопасности и децентрализации Layer 1 лучшим решением будет использование Layer-2, построенного поверх сети. Это сократит время транзакций и поможет приложению достичь оптимальной производительности.
Lightning Network
Решения второго уровня используют Layer 1 как основу для проведения транзакций. Известным примером является Lightning Network. Когда сеть Bitcoin испытывает высокую нагрузку, обработка транзакций может занимать часы. С Lightning Network пользователи могут легко отправлять платежи в биткоинах вне основной цепочки. В конце результаты сворачиваются и возвращаются в основную цепочку, экономя время и ресурсы. В результате транзакции многих пользователей агрегируются и фиксируются единым отчётом.
Примеры блокчейнов Layer 1
Поняв, что такое Layer 1, можно подробно рассмотреть некоторые из многочисленных Layer-1 блокчейнов. Они различаются по назначению и демонстрируют альтернативы Bitcoin и Ethereum. Разные сети нашли способы решения крипто-трилеммы, связанной с децентрализацией, безопасностью и масштабируемостью.
Elrond
Основанный в 2018 году, Elrond — Layer-1 блокчейн, использующий шардинг для повышения масштабируемости и производительности. Применяя уникальный протокол консенсуса Secure Proof of Stake (SPoS) и технологию Adaptive State Sharding, сеть Elrond способна обрабатывать более 100 000 транзакций в секунду (TPS).
Adaptive State Sharding позволяет поддерживать сбалансированную топологию сети через разбиение и объединение шардов, а также перераспределение валидаторов по мере изменения числа пользователей в сети. Вся инфраструктура блокчейна, включая записи транзакций, балансы аккаунтов и прочие данные, делится на шарды для обеспечения масштабируемости и предотвращения захвата одного шарда злоумышленниками.
Сеть Elrond единственная сертифицированная как Carbon Negative, то есть она компенсирует больше выбросов CO2, чем производит в результате своего механизма Proof of Stake. Родной токен Elrond, EGLD, используется для оплаты транзакционных комиссий, развёртывания DApp'ов и вознаграждения участников валидации сети.
Harmony
Harmony — Layer-1 блокчейн, использующий Effective Proof of Stake (EPoS). Для поддержки шардинга он имеет четыре шарда, которые функционируют параллельно и независимо создают и валидируют новые блоки. Шарды могут работать с разной скоростью, поэтому их высоты блоков могут отличаться.
Harmony использует стратегию «Cross-Chain Finance» для привлечения разработчиков и пользователей. Доверенные мосты, соединяющие её с Ethereum и Bitcoin, являются ключевыми, поскольку они позволяют безопасно обменивать токены без рисков, характерных для некачественных мостов. В центре подхода Harmony к масштабируемости Web3 находятся DAO и доказательства с нулевым разглашением (zero-knowledge proofs).
Траектория развития DeFi выглядит многообещающей, где многосетевые и кросс-чейн возможности играют ключевую роль. Мостовые сервисы Harmony востребованы из-за перспектив в области инфраструктуры NFT, инструментов для DAO и межпротокольных мостов.
Родной токен Harmony, ONE, может использоваться для оплаты сетевых комиссий, стейкинга в механизме консенсуса и участия в управлении. Успешные валидаторы получают блоковые вознаграждения и комиссии за транзакции.
Celo
Основанная в 2017 году, Celo — Layer-1 сеть, основанная на Go Ethereum (Geth). Однако разработчики внесли ряд существенных изменений, включая внедрение Proof of Stake и иную систему адресов. Платформа Celo поддерживает DeFi, NFT и платёжные решения, с более чем ста миллионами подтверждённых транзакций. В Celo любой пользователь может использовать номер телефона или адрес электронной почты в качестве публичного ключа. Блокчейн Celo спроектирован для лёгкой работы на обычных компьютерах, без необходимости специализированного оборудования.
Основной токен Celo — CELO, цифровая монета для транзакций, безопасности и стимулов. Сеть также предлагает стабильные монеты cUSD, cEUR и cREAL. Они генерируются пользователями и поддерживают стабильность с помощью механизма, напоминающего MakerDAO и DAI. Платежи в стейблкоинах Celo могут быть урегулированы с использованием любых других активов Celo.
Система адресов и стейблкоины CELO нацелены на упрощение доступа к крипто и повышение принятия среди широкой аудитории. Волатильность цен и необходимость обучения часто отпугивают потенциальных новых пользователей.
THORChain
THORChain — Layer-1 сеть, построенная на Cosmos SDK и протоколе консенсуса Tendermint. Она стремится предоставить инвесторам безопасную, permissionless и децентрализованную платформу для обмена активами между различными цепочками без использования пегирования или обёртывания, что может добавлять риски.
THORChain — децентрализованный менеджер хранилищ ликвидности, который устраняет централизованных посредников и создаёт защищённую ликвидность. RUNE, родной токен THORChain, используется для оплаты комиссий и участия в управлении, безопасности и валидации сети.
Базовой парой в модели AMM THORChain является RUNE, который можно использовать для обмена на другие поддерживаемые активы. Проект схож с Uniswap, где RUNE служит активом расчёта и обеспечения безопасности пулов ликвидности.
Kava
Сеть Kava — Layer-1 блокчейн, объединяющий высокую скорость и кросс-чейн коммуникации Cosmos с развитой поддержкой разработчиков Ethereum. В её архитектуре есть «co-chain», создающий две отдельные цепочки: одну для Ethereum Virtual Machine и одну для Cosmos SDK. Поддержка Inter-Blockchain Communication на co-chain Kava позволяет разработчикам создавать dApp'ы, которые легко взаимодействуют и передают ценность между средами Cosmos и Ethereum.
Kava использует механизм консенсуса Tendermint PoS для обеспечения высокой масштабируемости приложений на EVM co-chain. Кроме того, KavaDAO финансирует стимулы для разработчиков открыто и в ончейне, награждая топ-100 проектов на каждой co-chain по показателям использования.
Сеть Kava имеет родной токен KAVA и стейблкоин, привязанный к доллару США — USDX. Валидаторы обязаны застейкать KAVA и получают вознаграждение из эмиссии KAVA. Владельцы KAVA могут делегировать токены надёжным валидаторам и зарабатывать вознаграждения сверх инфляционных выплат. Все участники сети имеют право голосовать по предложенным изменениям протокола, которые затрагивают параметры сети. KAVA также используется для оплаты комиссий за транзакции.
IoTeX
Основанная в 2017 году, IoTeX — Layer-1 сеть, специализирующаяся на объединении блокчейн-технологий с Интернетом вещей. Эта технология даёт пользователям полный контроль над данными, генерируемыми их устройствами. В результате можно создавать «машино-обеспеченные DApp'ы, активы и сервисы», гарантирующие безопасное владение персональной информацией.
IoTeX сочетает аппаратное и программное обеспечение, предлагая уникальные решения для тех, кто хочет защитить свои данные и приватность без ущерба для удобства. Эта система называется MachineFi и позволяет пользователям зарабатывать цифровые активы за счёт данных из реального мира.
IoTeX выпустила два заметных устройства — Ucam и Pebble Tracker. Ucam — это современная домашняя камера безопасности, которая обеспечивает приватный контроль над домом из любой точки. Pebble Tracker — это умный GPS с поддержкой 4G и функцией отслеживания. Он записывает информацию о местоположении в реальном времени и данные окружающей среды, такие как температура, влажность и качество воздуха.
IoTeX внедряет многослойную архитектуру, включающую различные протоколы второго уровня. Эта архитектура предлагает множество инструментов и функций, позволяющих разработчикам строить специализированные сети на базе IoTeX. Отдельные субцепочки могут быть связаны между собой и обмениваться данными через IoTeX. Кроме того, транзакции пользователей, стейкинг, управление и валидация сети осуществляются с помощью токена IOTX.
Заключение
Современная экосистема блокчейнов состоит из множества Layer-1 блокчейнов и Layer-2 протоколов, что может вводить в заблуждение при первом знакомстве. Однако при получении базового понимания концепций общая структура и архитектура становятся более понятными. Это знание полезно при исследовании новых блокчейн-проектов, особенно тех, которые фокусируются на межсетевой совместимости и атомарных свопах между цепочками.