Ключевой вопрос масштабируемости блокчейна: обновления уровня 1 или решения уровня 2?

Почему сети блокчейн сталкиваются с проблемами масштабируемости?

Технология блокчейн обеспечивает безопасность, прозрачность и децентрализацию, но сталкивается с парадоксальной проблемой: успех создает проблему. По мере увеличения популярности сети скорость транзакций замедляется, а комиссии растут. Основные сети уровня 1, такие как Bitcoin и Ethereum, могут обрабатывать всего 15-30 транзакций в секунду, тогда как централизованные системы, например Visa, — до 24 000 операций в секунду.

“Тройной тупик блокчейна”, определённый Виталиком Бутериным, объясняет эту ситуацию: децентрализация, безопасность и масштабируемость одновременно полностью обеспечить невозможно. Криптопроекты вынуждены балансировать между этими тремя аспектами. В этом контексте появляются два различных решения: укрепление самой сети или создание новых систем на верхнем уровне.

В чем разница между реальной жизнью? Сравнение уровня 1 и уровня 2

Уровень 1 (Основная сеть): Bitcoin, Ethereum и подобные сети подтверждают и выполняют все транзакции согласно своим протоколам. Безопасность высокая, но скорость ограничена. Для улучшения сети необходимо менять протокол — это требует голосования и согласия участников сети. Переход Ethereum 2.0 на механизм Proof of Stake — пример такой реформы.

Уровень 2 (Верхний уровень): Lightning Network, технологии Rollup и боковые цепочки (sidechains) работают поверх сети уровня 1. Они выполняют большинство транзакций на этом слое, оставаясь привязанными к основной сети для обеспечения безопасности. Скорость значительно возрастает, комиссии снижаются, но некоторые сценарии использования могут быть ограничены.

Что такое боковые цепочки (sidechains)? Чем они отличаются от уровня 2?

Боковые цепочки — это независимые блокчейны, связанные с основной цепочкой. У них есть собственный механизм консенсуса и правила. Например, связь между Ethereum и Polygon — пример этого. Polygon имеет свой протокол и не полностью полагается на безопасность Ethereum. Преимущество — большая гибкость, недостаток — чуть меньшая безопасность.

Разница между sidechain и Layer 2: Решения уровня 2 берут на себя ответственность за подтверждение транзакций в сети уровня 1 и полностью обеспечивают безопасность основной сети. Sidechains же частично независимы — быстрее и дешевле, но ответственность за безопасность лежит на них.

По состоянию на июнь 2023 года в сети Polygon в области децентрализованных финансов заблокировано около 1,3 миллиарда долларов. Это показывает, что боковые цепочки действительно работают на масштабируемость.

Решения уровня 1: как сама сеть укрепляется?

Шардинг (Sharding): Разделение данных блокчейна на меньшие части, которые обрабатываются параллельно. Zilliqa использует эту технологию. Результат: скорость транзакций может увеличиться в разы.

Изменение механизма консенсуса: Переход Ethereum с Proof of Work на Proof of Stake. Proof of Stake использует меньше энергии и ускоряет процессы. Cardano (Ouroboros PoS) и Algorand (saf PoS) следовали похожим путём.

SegWit (Segregated Witness): Обновление Bitcoin 2017 года, которое отделило цифровые подписи от данных транзакций, фактически увеличив размер блока. В результате внутри одного блока стало возможным разместить больше транзакций.

Решения уровня 1 — хорошо или плохо?

Плюсы:

• Постоянное решение: сеть укрепляет свою архитектуру
• Сохраняется децентрализация: нет посредников
• Меньшие комиссии, так как пропускная способность сети реально увеличивается

Минусы:

• Майнеры/валидаторы могут потерять доход (Переход с PoW на PoS вызвал такие проблемы)
• Требования к хранению данных для узлов увеличиваются, появляется риск централизации
• Изменения происходят медленно из-за необходимости согласования сети

Решения уровня 2: быстрые, но сложные

Rollup’ы: собирают транзакции вне основной сети, сжимают их и отправляют доказательство в основную цепь. Примеры — Arbitrum и Optimism. Они обеспечивают безопасность Ethereum, при этом скорость увеличивается в 100 раз, а комиссии значительно снижаются.

Каналы состояния: две стороны могут вести неограниченное число транзакций, а только начальная и конечная фиксируются в уровне 1. Lightning Network — пример такого решения для Bitcoin — микроплатежи проходят почти мгновенно.

Боковые цепочки: как Polygon и подобные проекты, о которых говорилось выше. Более гибкие, но ответственность за безопасность лежит на них.

Решения уровня 2 — хорошо или плохо?

Плюсы:

• Огромный прирост скорости (в 100-1000 раз быстрее)
• Значительное снижение комиссий
• Не нужно менять уровень 1, решения можно внедрять сразу
• Разнообразие технологий (учится на ошибках других: rollup, состояние каналов, sidechains)

Минусы:

• Риск фрагментации: у каждого решения свой собственный сеть, перенос активов сложен
• Распределение ликвидности: при блокировке средств в разных уровнях, объединённый рынок не формируется
• Затруднённое участие пользователей: нужно знать, какой уровень выбрать для отправки средств

Как изменит будущее Ethereum 2.0?

Ethereum 2.0 нацелен на увеличение пропускной способности до 100 000 транзакций в секунду — значительно больше текущих 30. Внедрение технологии шардинга в основную сеть.

Но важный момент: Ethereum 2.0 не сделает решения уровня 2 бесполезными. Напротив, решения уровня 2 останутся необходимыми для более сложных децентрализованных финансовых приложений. Границы между sidechain и уровнем 2 могут размыться — появятся гибридные системы.

Кто использует какие решения?

Гейминговая индустрия: Polygon с 2021 года активно поддерживает разработчиков игр. Почему? Торговля NFT и внутриигровые операции на уровне 1 дорогие, а на Polygon — доступные.

Микроплатежи: приложения Strike и THNDR Games используют Lightning Network для мобильных платежей и игр. Оплата в несколько центов происходит почти мгновенно.

Децентрализованные финансы: проекты, такие как Compound и Aave, работают на Polygon. Ликвидность здесь становится более эффективной.

Stablecoins: DAI (1 доллар) работает на Ethereum, но на уровне 2 транзакции проходят быстрее.

Будущее: гибрид или единое решение?

Масштабируемость блокчейна, скорее всего, будет включать как обновления уровня 1, так и решения уровня 2. Ethereum 2.0 укрепит уровень 1, а проекты вроде Arbitrum, Optimism и Polygon продолжат развиваться на уровне 2.

Долгосрочная задача — повысить совместимость решений уровня 2 (composability). Обсуждение sidechain против Layer 2 показывает, что у каждого варианта есть сильные стороны. Возможно, в будущем появятся гибридные протоколы, объединяющие лучшие черты обоих подходов.

Пока что полного решения проблемы масштабируемости блокчейна нет. Но такие технологии, как шардинг, Proof of Stake, Rollup и боковые цепочки, открывают путь к реальному использованию криптовалют.

В итоге, решения уровня 1 и уровня 2 развиваются не конкурируя, а дополняя друг друга. Оба необходимы для практической и доступной блокчейн-технологии. Поэтому проекты, инвестирующие в оба направления, станут ключевыми инфраструктурными игроками криптоэкосистемы в будущем.