Понимание Layer 1 и Layer 2: какой путь масштабирования блокчейна имеет смысл?

Индустрия блокчейн сталкивается с фундаментальной проблемой: как создавать сети, которые одновременно безопасны, децентрализованы и быстры. Эта невозможность носит название — блокчейн-трилемма — и является основной причиной, почему важны решения для масштабирования. Чтобы оставаться конкурентоспособными, экосистемы блокчейн должны внедрять инновации через шардинг, обновления механизмов консенсуса и улучшения децентрализации, которые существенно решают эту проблему.

Блокчейн-трилемма: корень проблемы масштабирования

Концепция Виталика Бутерина о блокчейн-трилемме определяет основное напряжение: достижение полной децентрализации, надежной безопасности и высокой масштабируемости одновременно — теоретически невозможно. Каждый проект блокчейн вынужден идти на компромиссы, отдавая предпочтение двум качествам в ущерб третьему. Решение этой трилеммы с помощью устойчивых подходов к масштабированию является ключевым для массового внедрения.

Индустрия ответила двумя разными философиями масштабирования: решениями Layer 1, которые напрямую изменяют базовые сети, и решениями Layer 2, которые строятся поверх существующих блокчейнов.

Масштабирование Layer 1: перестраивая фундамент

Layer 1 — это сам базовый блокчейн — Bitcoin, Ethereum и подобные сети, где транзакции навсегда записываются и защищаются. Решения масштабирования Layer 1 работают за счет фундаментальных изменений в работе основной сети, требуя модификаций в правилах протокола.

Как работает масштабирование Layer 1

Шардинг разбивает состояние блокчейна на меньшие части, называемые шардами. Каждый шард обрабатывает транзакции независимо и параллельно, увеличивая пропускную способность. Например, Zilliqa реализует шардинг на уровне транзакций, распределяя нагрузку между узлами одновременно, а не последовательно.

Применение Proof-of-Stake (PoS) заменяет энергоемкое майнинг Proof-of-Work системами залога валидаторов. Переход Ethereum на PoS через обновление повысил как энергоэффективность, так и масштабируемость, позволяя обрабатывать больше транзакций в секунду и снижая требования к оборудованию для отдельных узлов.

Segregated Witness (SegWit), протокол разделения подписей Bitcoin, отделил данные транзакций от информации о свидетелях. Обработка подписей отдельно от данных транзакций позволила блокам содержать значительно больше транзакций — решая историческую проблему ограничения размера блока в 1 МБ, которая вызывала узкие места при пиковом трафике.

Реальные примеры Layer 1

Bitcoin с SegWit, Ethereum 2.0, Ouroboros PoS от Cardano, чистая PoS-архитектура Algorand и консенсус Fantom aBFT — все представляют практические решения масштабирования Layer 1. Это постоянные обновления архитектуры сети, не требующие дополнительных инфраструктурных слоев.

Преимущества и компромиссы

Преимущества:

• Прямая безопасность без дополнительных доверительных предположений
• Постоянные улучшения масштабируемости, встроенные в протокол
• Снижение транзакционных сборов за счет уменьшения нагрузки на сеть
• Поддержание истинной децентрализации через изменения на уровне протокола

Ограничения:

• Требуется консенсус сети для обновлений (жесткие форки могут фрагментировать сообщества)
• Ограничения пропускной способности и хранения у отдельных узлов остаются актуальными
• Сложность межшардовых транзакций может увеличивать время расчетов
• Нарушение доходов валидаторов при изменениях механизмов (например, переход с PoW на PoS)

Масштабирование Layer 2: создание параллельных систем

Решения Layer 2 работают поверх блокчейнов Layer 1, обрабатывая транзакции вне цепочки и периодически фиксируя их в базовом слое. Они наследуют безопасность Layer 1, одновременно значительно повышая пропускную способность и снижая издержки.

Объяснение технологий масштабирования Layer 2

Rollups объединяют транзакции вне цепочки, а затем отправляют сжатые доказательства в Layer 1. Арбитрум использует оптимистичные rollups, предполагая, что транзакции действительны, если не оспорены, что снижает вычислительные нагрузки на цепочке. Такой подход достигает более 40 000 TPS по сравнению с примерно 30 TPS Ethereum, снижая сборы на 60-90%.

Каналы состояния, такие как Lightning Network, позволяют двум или более сторонам многократно совершать транзакции без их публикации в сеть. Пользователи вносят залог, проводят неограниченное число транзакций вне цепочки, а финальное состояние фиксируют в цепочке — обеспечивая почти мгновенные платежи в Bitcoin при минимальных издержках.

Боковые цепи — независимые блокчейны с отдельными механизмами консенсуса, связанные с Layer 1 через системы двухсторонних пэгов. Polygon, Skale и Rootstock работают именно так, предлагая гибкость в дизайне за счет снижения уровня безопасности наследуемых цепочек.

Решения Layer 2 в производстве

Arbitrum обрабатывает транзакции Ethereum через оптимистичные rollups, достигая значительно большей пропускной способности. Внутренний токен ARB управляет протоколом через DAO, обеспечивая лучшие экономические показатели сборов по сравнению с основным Ethereum.

Lightning Network позволяет осуществлять микроплатежи, переводы и игровые транзакции в Bitcoin почти мгновенно. Приложения, такие как Strike, демонстрируют межграничные платежи с сокращением сборов на 90%.

Optimism использует аналогичные технологии rollup для Ethereum, на его платформе работают более 97 протоколов, включая Uniswap и Synthetix, с общим заблокированным объемом более $500 млн. Пользователи добавляют цепочки в MetaMask и мостят активы, такие как ETH, чтобы получить доступ к функциям Layer 2.

Polygon расширяет возможности за пределы простого масштабирования, создавая «интернет блокчейнов». Его экосистема DeFi заблокировала около $1,3 млрд в протоколах, таких как Aave и Compound, а подразделение Polygon Studios ускоряет внедрение GameFi через маркетинг, инфраструктуру и инвестиции.

Преимущества и компромиссы

Преимущества:

• Значительный рост пропускной способности (в 100 раз или более)
• Минимальное снижение сборов (часто на 50-90%)
• Быстрая окончательность транзакций
• Гибкость в выборе механизмов и дизайна

Ограничения:

• Снижение совместимости между разными протоколами Layer 2
• Распыление ликвидности по нескольким экосистемам Layer 2
• Трудности при подключении из-за необходимости использования нескольких мостов и аккаунтов
• Сложный пользовательский опыт при отслеживании активов по протоколам

Layer 1 против Layer 2: стратегическое сравнение

Выбор между подходами Layer 1 и Layer 2 отражает разные приоритеты:

Масштабирование Layer 1 ориентировано на безопасность и децентрализацию за счет постоянных архитектурных изменений. Такой подход подходит для сетей, где изменения на уровне консенсуса соответствуют ценностям сообщества.

Масштабирование Layer 2 фокусируется на немедленных улучшениях пропускной способности и стоимости, принимая другие модели безопасности и снижая межпротокольную совместимость. Это решение для решения краткосрочных проблем пользовательского опыта, пока развиваются обновления Layer 1.

Ни один из подходов не делает другой устаревшим. Даже после улучшений пропускной способности Ethereum 2.0, ориентированных на 100 000 TPS (против текущих ~30 TPS), решения Layer 2 остаются ценными для конкретных сценариев — сложных DeFi-протоколов, платформ для торговли NFT и высокочастотных игровых взаимодействий, которые выигрывают от изолированных сред Layer 2.

Практическое применение сегодня

DeFi-протоколы вроде MakerDAO строят сложные смарт-контракты на Layer 1 Ethereum, в то время как более простые торговые и кредитные операции мигрируют на Polygon или Optimism для снижения затрат.

NFT-рынки используют поддержку Polygon, снижая издержки на создание и торговлю на 90%+ при сохранении безопасности Ethereum через периодические мостовые доказательства.

Игры и GameFi активно используют Polygon для транзакций с NFT внутри игр, где пропускная способность Polygon обеспечивает обмен в реальном времени без задержек из-за перегрузки Layer 1.

Использование Bitcoin все чаще реализуется через off-chain транзакции Lightning Network — продавцы принимают Bitcoin мгновенно через Strike, а децентрализованные социальные платформы вроде Nostr позволяют монетизировать контент через микроплатежи.

Будущее развития

Будущее масштабирования блокчейн — это не «или/или», а «слойное». Гибридные подходы, сочетающие улучшения Layer 1 с оптимизированными решениями Layer 2, дают лучшие результаты. Проекты вроде LayerZero обеспечивают межцепочечную совместимость, уменьшая фрагментацию Layer 2.

По мере масштабирования сетей ускоряется массовое внедрение. Более удобные, быстрые и дешевые блокчейны естественным образом привлекают DeFi, NFT и реальные транзакции, ранее казавшиеся непрактичными. Постоянное развитие шардинга, каналов состояния и технологий rollup напрямую решает блокчейн-трилемму, создавая системы, которые значительно улучшают два качества и принимают компромиссы в третьем — прагматичный путь вперед.

Индустрия блокчейн движется к среде, где сосуществуют решения Layer 1 и Layer 2, каждое оптимизировано под конкретные сценарии использования. Такая архитектура поддерживает растущий спрос на децентрализованные приложения, сохраняя безопасность и децентрализацию, которые определяют ценностное предложение технологии блокчейн.