Понимание Протоколов Уровня 1: Основа Архитектуры Блокчейн

Ядро: Что делает протокол уровня 1?

В центре каждой экосистемы блокчейна лежит то, что мы называем базовым уровнем — основой, которая обрабатывает все транзакции и их финализацию независимо. Bitcoin, Ethereum, BNB Chain и Solana представляют собой самые заметные протоколы первого уровня, каждый из которых функционирует как суверенная сеть со своим набором валидаторов, правилами консенсуса и нативными токенами для расчета транзакций.

Определяющей характеристикой протоколов первого уровня является простота: они не зависят от другой сети для проверки или завершения транзакций. Они выполняют основную работу самостоятельно. Эта автономия сопровождается компромиссами. Хотя эти сети обеспечивают безопасность и децентрализацию благодаря своим собственным механизмам, они часто сталкиваются с фундаментальным ограничением — производительностью транзакций.

Проблема масштабируемости, которая спровоцировала решения второго уровня

Сеть Биткойна идеально иллюстрирует это напряжение. Механизм консенсуса Proof of Work, который обеспечивает безопасность сети, требует огромных вычислительных ресурсов, обеспечивая как децентрализацию, так и надежность. Однако этот же подход создает узкое место. В периоды высокого спроса время подтверждения транзакций растягивается на часы, а комиссии резко возрастают.

Ethereum сталкивался с аналогичными проблемами перед переходом на Proof of Stake, процесс, который занял годы исследований и разработок. Основная проблема заключалась не в плохом дизайне — это было фундаментальное ограничение: сети, которые ставят в приоритет децентрализацию и безопасность, часто жертвуют скоростью.

Это осознание стало толчком к разработке решений второго уровня. Вместо того чтобы пытаться полностью перестроить базовый уровень — процесс, связанный с проблемами управления и риском раскола сообщества — разработчики создали протоколы, которые работают поверх сетей первого уровня. Сеть Lightning является ярким примером этого подхода. Она позволяет пользователям Bitcoin проводить транзакции вне цепи с высокой скоростью, периодически возвращая окончательные балансы в основную цепь. Этот механизм объединения значительно снижает нагрузку, сохраняя при этом гарантии безопасности.

Как протоколы первого уровня пытаются масштабироваться

Сообщество блокчейна исследовало несколько путей для улучшения пропускной способности первого уровня без ущерба для основных ценностей:

Расширение емкости блока увеличивает объем данных о транзакциях, которые каждый блок может содержать, хотя это вызывает опасения по поводу требований к узлам и централизации.

Эволюция механизмов консенсуса, такая как переход Ethereum на Proof of Stake, снижает вычислительные затраты при сохранении безопасности. Этот подход требует длительного формирования консенсуса и тестирования.

Архитектура шардирования представляет собой более сложное решение. Разделяя сеть на параллельные шардов — каждый из которых поддерживает свои собственные транзакции, валидаторы и блоки — общая пропускная способность умножается, не заставляя каждый узел обрабатывать каждую транзакцию. Вместо хранения полного блокчейна узлы проверяют свой назначенный шар и сообщают об изменениях состояния в основную цепь.

Реализация SegWit в Bitcoin предлагает практический пример инкрементального масштабирования. Путем реорганизации структуры данных блоков и удаления цифровых подписей из входов транзакций, SegWit увеличил пропускную способность, не нарушая обратную совместимость. Даже узлы, которые не обновлялись, могли продолжать обрабатывать транзакции без сбоев.

Инновационные протоколы уровня 1, переосмысляющие архитектуру блокчейна

Ландшафт протоколов первого уровня значительно разнообразился, причем каждый проект предлагает уникальные решения трилеммы децентрализации, безопасности и масштабируемости.

Elrond построил всю свою архитектуру вокруг шардирования — от управления состоянием до обработки транзакций. Сеть обрабатывает более 100,000 транзакций в секунду благодаря Адаптивному Шардированию Состояния, где конфигурация шардов автоматически настраивается по мере роста или уменьшения сети. Его механизм Безопасного Доказательства Участия вращает валидаторов между шарами, предотвращая целевые атаки. Токен EGLD обеспечивает оплату транзакционных сборов и вознаграждений валидаторов, в то время как сеть поддерживает статус углеродно-отрицательной за счет механизмов компенсации.

Harmony приняла эффективную модель Proof of Stake с четырьмя параллельными шардов, работающими независимо. Каждый шард может развиваться в своем собственном темпе, оптимизируя пропускную способность, а не заставляя придерживаться единых времен блоков. Стратегический акцент Harmony на кросс-цепочных мостах — особенно бездоверительных соединениях с Ethereum и Bitcoin — позиционирует его как агрегатор ликвидности для развивающейся многосетевой эпохи. Токен ONE защищает сеть, в то время как ставщики зарабатывают вознаграждения за блоки и транзакционные сборы.

Celo отошел от традиционного дизайна блокчейна, позволяя пользователям аутентифицироваться с помощью номеров телефонов или адресов электронной почты вместо криптографических ключей. Форкнутый от кода Ethereum, но с значительными изменениями, Celo реализует Proof of Stake и ввел три стейблкоина (cUSD, cEUR, cREAL) с механизмами привязки в стиле MakerDAO. Этот подход ставит доступность выше технической чистоты, делая ставку на то, что принятие имеет большее значение, чем идеологическая последовательность.

THORChain, построенный на Cosmos SDK с консенсусом Tendermint, решает проблему ликвидности между цепочками иначе. Вместо того чтобы оборачивать или привязывать активы между цепочками — что создает риск хранения — THORChain функционирует как децентрализованный управляющий хранилищем. RUNE, его родной токен, служит расчетным активом во всех торговых парах, создавая модель AMM между цепочками. Протокол по сути функционирует как безразрешительная, децентрализованная биржа, охватывающая несколько блокчейнов.

Kava связывает две экосистемы через параллельные ко-цепочки — одну для разработки на Ethereum VM и одну для проектов на Cosmos SDK. IBC (Межблокчейновая связь) обеспечивает бесшовную интероперабельность между средами Cosmos и Ethereum. Tendermint PoS предоставляет основу безопасности, в то время как стимулы для разработчиков на цепочке, финансируемые KavaDAO, вознаграждают самые используемые приложения. Держатели токенов KAVA участвуют в управлении и получают вознаграждения за стекинг.

IoTeX объединила блокчейн с аппаратными IoT-устройствами, позволяя пользователям монетизировать данные из реального мира через MachineFi. Камера безопасности Ucam и GPS-устройство Pebble Tracker представляют собой практические реализации, где пользователи контролируют свои данные в блокчейне. Многоуровневая структура IoTeX позволяет разработчикам создавать пользовательские подсети для конкретных случаев использования IoT, все они завершаются на основном уровне 1 для окончательности, при этом общаясь через общую инфраструктуру.

Уровень 1 против Уровня 2: Дополняющие, а не Конкурирующие

Различие имеет значение, потому что оно отражает архитектурную философию. Протоколы первого уровня предоставляют основу — гарантии финальности, децентрализованный консенсус и сопротивление цензуре. Решения второго уровня жертвуют некоторой децентрализацией (, централизуя секвенсоры или валидаторы ), чтобы достичь скорости и экономической эффективности, всегда привязывая окончательное состояние к первому уровню.

Блокчейн-игра не может реально функционировать в сети Биткойна из-за задержки транзакций. Но разработчики могут строить на протоколе второго уровня, который использует Биткойн для обеспечения безопасности, получая как пропускную способность для игрового процесса, так и надежность, которую предоставляет Биткойн.

Аналогично, новые варианты использования в DeFi, NFT и кросс-цепочном финансировании часто требуют как гарантий безопасности, предоставляемых устоявшимися протоколами уровня 1, так и характеристик производительности специализированных систем уровня 2. Будущее не является выбором между этим или тем — это протоколы уровня 1, функционирующие как безопасные рельсы, в то время как инновации уровня 2 стимулируют эксперименты и принятие.

Эволюционная экосистема

Сегодняшний блокчейн-ландшафт включает десятки протоколов первого уровня, каждый из которых решает различные аспекты трилеммы децентрализации-безопасности-масштабируемости в зависимости от своих приоритетов в дизайне. Некоторые отдают приоритет децентрализации, как Биткойн, другие подчеркивают опыт разработчиков, как Эфириум, а третьи нацелены на конкретные случаи использования, такие как фокус IoTeX на IoT или преданность THORChain к кроссчейн ликвидности.

Понимание этих различий — что делает протокол уровнем 1, как различные протоколы уровня 1 подходят к масштабированию и почему решения уровня 2 дополняют, а не заменяют их — предоставляет основу для оценки новых блокчейн-проектов. По мере взросления экосистемы это знание становится необходимым для различения действительно инновационных архитектур и поверхностных вариаций на основе устоявшихся дизайнов.