Blockchain je revoluční technologie, která umožňuje bezpečnou a transparentní výměnu dat. K ukládání a zpracování informací využívá řadu vrstev, které se označují jako vrstvy 0-3. Každá vrstva má svůj vlastní účel a funkci, což umožňuje komplexní systém, který zvládne širokou škálu transakcí.
Blockchain je definován jako technologie distribuované účetní knihy (DLT), která usnadňuje bezpečnou a důvěryhodnou výměnu digitálních aktiv mezi dvěma nebo více stranami. Jde o unikátní systém, který funguje jako otevřená decentralizovaná síť pro ukládání dat na více počítačích najednou.
Vrstva1
Aby bylo možné ověřit a dokončit transakce, vrstva 1 je základním blockchainem, na kterém může být postaveno několik dalších vrstev. Mohou pracovat nezávisle na jiných blockchainech.
Vrstva1 může být rozdělena do tří segmentů:
Datová vrstva – zodpovědná za ukládání všech dat souvisejících s transakcemi v rámci sítě. To zahrnuje věci jako historie transakcí, zůstatky, adresy atd. Tato vrstva také pomáhá ověřovat každou transakci pomocí kryptografických algoritmů (hašování), aby byla zajištěna přesnost a bezpečnost.
Síťová vrstva – odpovídá za komunikaci mezi uživateli v blockchainové síti. Je odpovědný za vysílání transakcí a dalších zpráv po síti a také za ověřování přesnosti a legitimity těchto zpráv.
Consensus Layer – umožňuje blockchainu dosáhnout dohody o sadě pravidel, která musí všichni uživatelé dodržovat při provádění transakcí. Zajišťuje, že všechny transakce jsou platné a aktuální, a to pomocí konsensuálních algoritmů, jako je Proof of Work, Proof of Stake nebo Byzantine Fault Tolerance.
Vrstva Application/Smart Contract Layer je místem, kde se většina funkcí odehrává v rámci blockchainové sítě. Tato vrstva obsahuje kód (nebo chytré kontrakty), které lze použít ke konstrukci aplikací, které běží nad blockchainovým ekosystémem. Tyto aplikace jsou schopny provádět transakce a ukládat data bezpečným a distribuovaným způsobem. Ne všechny protokoly vrstvy 1 mají funkci inteligentní smlouvy.
Příklady takových sítí jsou Bitcoin, Solana, Ethereum a Cardano – všechny mají svůj vlastní nativní token. Tento token se používá místo transakčních poplatků a slouží jako pobídka pro účastníky sítě, aby se připojili k síti.
Zatímco tyto coiny mají různé nominální hodnoty na základě podkladového projektu, jejich účel zůstává nezměněn: poskytování ekonomického podpůrného mechanismu pro funkčnost blockchainu.
Sítě vrstvy 1 mají problémy se škálováním, protože blockchain má problémy se zpracováním počtu transakcí, které síť vyžaduje. To má za následek drastický nárůst transakčních poplatků.
Blockchain Trilemma, termín vytvořený Vitalikem Buterinem, je často používán při diskuzích o možných řešeních tohoto problému; v podstatě potřebuje vyvážit decentralizaci, bezpečnost a škálovatelnost.
Mnoho z těchto přístupů má své vlastní kompromisy; jako je financování superuzlů – a tím nákup superpočítačů a velkých serverů – za účelem zvýšení škálovatelnosti, ale vytvoření inherentně centralizovaného blockchainu.
Přístupy k řešení blockchainového trilematu:
Zvětšete velikost bloku
Zvětšením velikosti bloku sítě vrstvy 1 lze efektivně zpracovat více transakcí. Není však možné udržovat nekonečně velký blok, protože větší bloky znamenají pomalejší transakční rychlosti v důsledku zvýšených požadavků na data a snížené decentralizace. To funguje jako omezení škálovatelnosti zvýšením velikosti bloku, což omezuje zvýšení výkonu za potenciální cenu sníženého zabezpečení.
Změnit mechanismus konsenzu
Zatímco mechanismy proof-of-work (POW) stále existují, jsou méně udržitelné a škálovatelné než jejich protějšky proof-of-stake (POS). To je důvod, proč Ethereum přešlo z POW na POS; záměrem je poskytnout bezpečnější a spolehlivější konsensuální algoritmus, který poskytuje lepší výsledky z hlediska škálovatelnosti.
Sharding
Sharding je technika dělení databází, která se používá ke škálování výkonu distribuovaných databází. Segmentováním a distribucí blockchainové účetní knihy přes více uzlů nabízí sharding vylepšenou škálovatelnost, která zvyšuje propustnost transakcí, protože více fragmentů může zpracovávat transakce paralelně. Výsledkem je zlepšený výkon a výrazně zkrácená doba zpracování ve srovnání s tradičním sériovým přístupem.
Podobně jako jíst dort rozdělený na plátky. Tímto způsobem, dokonce i při zvýšení objemu dat nebo přetížení sítě, jsou sdílené sítě mnohem efektivnější, protože všechny zúčastněné uzly spolupracují na zpracování transakcí synchronně.
Vrstva2
Protokoly vrstvy 2 jsou postaveny na blockchainu vrstvy 1, aby řešily problémy se škálovatelností, aniž by přetěžovaly základní vrstvu.
To se provádí vytvořením sekundárního rámce, označovaného jako „off the chain“, který umožňuje lepší komunikační propustnost a rychlejší transakční časy, než může podporovat vrstva 1.
Použitím protokolů vrstvy 2 se zrychlí transakční rychlost a zvýší se transakční propustnost, což znamená, že během definovaného časového období lze zpracovat více transakcí najednou. To může být neuvěřitelně výhodné, když se primární síť zahltí a zpomalí, protože to pomáhá snížit náklady na transakční poplatky a zlepšit celkový výkon.
Zde je několik způsobů, jak Layer2s řeší trilema škálovatelnosti:
Kanály
Kanály poskytují řešení na 2. vrstvě, které uživatelům umožňuje vstupovat do více transakcí mimo řetězec dříve, než jsou nahlášeny na základní vrstvě. To umožňuje rychlejší a efektivnější transakce. Existují dva typy kanálů: platební kanály a státní kanály. Platební kanály umožňují pouze platby, zatímco státní kanály umožňují mnohem širší aktivity, jako jsou ty, které by se normálně odehrávaly na blockchainu, jako je vyřizování chytrých smluv.
Nevýhodou je, že zúčastněné uživatele musí síť znát, takže otevřená účast nepřipadá v úvahu. Všichni uživatelé také budou muset před zapojením do kanálu uzamknout své tokeny v multi-sig smart kontraktu.
Plazma
Rámec Plasma, který vytvořili Joseph Poon a Vitalik Buterin, využívá inteligentní smlouvy a numerické stromy k vytváření „dětských řetězců“, které jsou kopiemi původního blockchainu – známého také jako „rodičovský řetězec“.
Tato metoda umožňuje převedení transakcí z primárního řetězce do podřízeného řetězce, čímž se zlepší rychlost transakcí a sníží transakční poplatky, a dobře funguje se specifickými případy, jako jsou digitální peněženky.
Vývojáři Plasma jej navrhli speciálně tak, aby zajistili, že žádný uživatel nemůže provádět transakce před uplynutím určité čekací doby.
Tento systém však nelze použít k škálování univerzálních inteligentních smluv.
Postranní řetězce
Vedlejší řetězce, což jsou blockchainy fungující paralelně s hlavním blockchainem nebo vrstvou 1, mají několik odlišných vlastností, které je odlišují od klasických blockchainů. Postranní řetězce přicházejí se svými vlastními nezávislými blockchainy, které často používají různé mechanismy konsenzu a mají odlišné požadavky na velikost bloku od vrstvy 1.
Navzdory skutečnosti, že vedlejší řetězce mají své vlastní nezávislé řetězce, stále se připojují k vrstvě 1 pomocí sdíleného virtuálního stroje. To znamená, že jakékoli smlouvy nebo transakce, které lze použít v sítích vrstvy 1, jsou také k dispozici pro použití na postranních řetězcích, což vytváří rozsáhlou infrastrukturu interoperability mezi těmito dvěma typy řetězců.
Souhrny
Souhrny umožňují škálování seskupením více transakcí na postranním řetězci do jedné transakce na základní vrstvě a použitím SNARKů (stručný neinteraktivní argument znalostí) jako kryptografických důkazů.
I když existují dva typy souhrnů – souhrny ZK a optimistické souhrny – rozdíly spočívají v jejich schopnosti pohybovat se mezi vrstvami.
Optimistická kumulativní využití využívají virtuální stroj, který umožňuje snazší migraci z vrstvy 1 na vrstvu 2, zatímco kumulativní verze ZK se této funkce zříkají pro vyšší efektivitu a rychlost.
Vrstva0
Protokoly vrstvy 0 hrají klíčovou roli při umožnění pohybu aktiv, zdokonalování uživatelského zážitku a snižování překážek spojených s interoperabilitou napříč řetězci. Tyto protokoly poskytují blockchainovým projektům na vrstvě 1 efektivní řešení, jak čelit hlavním problémům, jako je obtížný pohyb mezi ekosystémy vrstvy 1.
Neexistuje pouze jeden návrh pro sadu protokolů vrstvy 0; pro účely diferenciace lze přijmout odlišné mechanismy konsenzu a blokové parametry. Některé tokeny vrstvy 0 slouží jako účinný antispamový filtr, protože uživatelé musí tyto tokeny vsadit, než získají přístup k přidruženým ekosystémům.
Cosmos je protokol vrstvy 0, známý svou sadou nástrojů s otevřeným zdrojovým kódem, která se skládá z Tendermint, Cosmos SDK a IBC. Tyto nabídky umožňují vývojářům bezproblémově vytvářet vlastní blockchainová řešení v interoperabilním prostředí; vzájemná architektura umožňuje komponentám vzájemně volně interagovat. Tato kolaborativní vize virtuálního světa se uskutečnila v Cosmoshood, jak ji s láskou vytvořili její oddaní přívrženci – umožňuje blockchainovým sítím prosperovat nezávisle, a přitom existovat kolektivně a ztělesňovat „internet blockchainu“.
Dalším běžným příkladem je Polkadot.
Vrstva3
Vrstva 3 je protokol, který pohání řešení založená na blockchainu. Obvykle se označuje jako „aplikační vrstva“ a poskytuje pokyny ke zpracování protokolů vrstvy 1. To umožňuje, aby dapps, hry, distribuované úložiště a další aplikace postavené na platformě blockchain správně fungovaly.
Bez těchto aplikací by samotné protokoly vrstvy 1 byly z hlediska užitečnosti značně omezené; Vrstva 3 je nezbytná pro odemknutí jejich síly.
Vrstva 4?
Vrstva 4 neexistuje, diskutované vrstvy se označují jako čtyři vrstvy blockchainu, ale je to proto, že ve světě programování začínáme počítat od 0.
Závěr
Škálovatelnost blockchainových sítí velmi závisí na jejich architektuře a technologickém zásobníku, který používají. Každá vrstva sítě slouží důležitému účelu, protože umožňuje větší propustnost a interoperabilitu s jinými blockchainy. Protokoly vrstvy 1 tvoří základní vrstvu nebo hlavní blockchain, zatímco vedlejší řetězce, souhrny a protokoly vrstvy 0 poskytují další podporu pro škálování.
Protokoly vrstvy 3 poskytují pokyny, které uživatelům umožňují přístup k aplikacím postaveným na celém systému. Všechny tyto prvky společně přispívají k vytvoření výkonné důvěryhodné infrastruktury schopné bezpečně zpracovávat rozsáhlé transakce.