Blockchain to rewolucyjna technologia, która pozwala na bezpieczną i przejrzystą wymianę danych. Wykorzystuje szereg warstw do przechowywania i przetwarzania informacji, które są określane jako warstwy 0-3. Każda warstwa ma swój własny cel i funkcję, co pozwala na utworzenie kompleksowego systemu, który może obsłużyć szeroką gamę transakcji.
Blockchain definiuje się jako technologię rozproszonej księgi głównej (DLT), która ułatwia bezpieczną i zaufaną wymianę zasobów cyfrowych między dwiema lub więcej stronami. Jest to unikalny system, który funkcjonuje jako otwarta, zdecentralizowana sieć do przechowywania danych na wielu komputerach jednocześnie.
Warstwa 1
W celu sprawdzenia i sfinalizowania transakcji warstwa 1 jest podstawowym łańcuchem bloków, na którym można zbudować wiele innych warstw. Mogą działać niezależnie od innych blockchainów.
Warstwę 1 można podzielić na trzy segmenty:
Warstwa danych – odpowiedzialna za przechowywanie wszystkich danych związanych z transakcjami w sieci. Obejmuje to historię transakcji, salda, adresy itp. Warstwa ta pomaga również zweryfikować każdą transakcję za pomocą algorytmów kryptograficznych (hashowanie), aby zapewnić dokładność i bezpieczeństwo.
Warstwa sieciowa – odpowiedzialna za obsługę komunikacji pomiędzy użytkownikami w sieci blockchain. Odpowiada za rozpowszechnianie transakcji i innych wiadomości w sieci, a także weryfikację dokładności i legalności tych wiadomości.
Warstwa konsensusu – umożliwia blockchainowi osiągnięcie porozumienia w sprawie zestawu zasad, których muszą przestrzegać wszyscy użytkownicy podczas przeprowadzania transakcji. Zapewnia, że wszystkie transakcje są ważne i aktualne, wykorzystując algorytmy konsensusu, takie jak Proof of Work, Proof of Stake lub Byzantine Fault Tolerance.
Warstwa aplikacji/inteligentnego kontraktu to miejsce, w którym większość funkcjonalności odbywa się w sieci blockchain. Ta warstwa zawiera kod (lub inteligentne kontrakty), które można wykorzystać do konstruowania aplikacji działających w oparciu o ekosystem blockchain. Aplikacje te umożliwiają przeprowadzanie transakcji i przechowywanie danych w bezpieczny, rozproszony sposób. Nie wszystkie protokoły warstwy 1 mają funkcjonalność inteligentnych kontraktów.
Przykładami takich sieci są Bitcoin, Solana, Ethereum i Cardano — wszystkie mają swój własny token natywny. Token ten jest używany zamiast opłat transakcyjnych i służy jako zachęta dla uczestników sieci do przyłączenia się do sieci.
Chociaż monety te mają różne nominały w zależności od projektu bazowego, ich cel pozostaje niezmienny: zapewnienie mechanizmu wsparcia ekonomicznego dla funkcjonalności blockchainu.
Sieci warstwy 1 mają problemy ze skalowaniem, ponieważ łańcuch bloków ma trudności z przetworzeniem liczby transakcji wymaganych przez sieć. Powoduje to drastyczny wzrost opłat transakcyjnych.
Trilemma Blockchain, termin ukuty przez Vitalika Buterina, jest często przywoływany podczas dyskusji nad potencjalnymi rozwiązaniami tego problemu; zasadniczo konieczne jest zrównoważenie decentralizacji, bezpieczeństwa i skalowalności.
Wiele z tych podejść ma swoje własne kompromisy; takie jak finansowanie superwęzłów – w ten sposób zakup superkomputerów i dużych serwerów – w celu zwiększenia skalowalności, ale tworząc z natury scentralizowany łańcuch bloków.
Podejścia do rozwiązania trylematu blockchain:
Zwiększ rozmiar bloku
Zwiększenie rozmiaru bloku sieci warstwy 1 może skutecznie przetworzyć więcej transakcji. Jednakże nie jest możliwe utrzymanie nieskończenie dużego bloku, ponieważ większe bloki oznaczają mniejszą prędkość transakcji ze względu na zwiększone wymagania dotyczące danych i zmniejszoną decentralizację. Działa to jako ograniczenie skalowalności poprzez zwiększenie rozmiaru bloku, ograniczając wzrost wydajności potencjalnym kosztem zmniejszonego bezpieczeństwa.
Zmień mechanizm konsensusu
Chociaż mechanizmy dowodu pracy (POW) nadal istnieją, są one mniej zrównoważone i skalowalne niż ich odpowiedniki typu dowód stawki (POS). Właśnie dlatego Ethereum przeszło z POW na POS; celem jest zapewnienie bezpieczniejszego i niezawodnego algorytmu konsensusu, który daje lepsze wyniki pod względem skalowalności.
Fragmentowanie
Sharding to technika partycjonowania bazy danych stosowana w celu skalowania wydajności rozproszonych baz danych. Segmentując i dystrybuując księgę blockchain w wielu węzłach, sharding zapewnia lepszą skalowalność, co zwiększa przepustowość transakcji, ponieważ wiele fragmentów może przetwarzać transakcje równolegle. Skutkuje to lepszą wydajnością i znacznie skróconym czasem przetwarzania w porównaniu z tradycyjnym podejściem seryjnym.
Podobnie jak jedzenie ciasta podzielonego na kawałki. W ten sposób, nawet w przypadku wzrostu ilości danych lub przeciążenia sieci, sieci podzielone na fragmenty są znacznie wydajniejsze, ponieważ wszystkie uczestniczące węzły współpracują synchronicznie przy przetwarzaniu transakcji.
Warstwa 2
Protokoły warstwy 2 są zbudowane na bazie łańcucha bloków warstwy 1, aby rozwiązać problemy ze skalowalnością bez nadmiernego obciążania warstwy podstawowej.
Odbywa się to poprzez utworzenie drugorzędnej struktury, zwanej „poza łańcuchem”, która pozwala na lepszą przepustowość komunikacji i krótsze czasy transakcji niż może obsługiwać warstwa 1.
Dzięki protokołom warstwy 2 poprawia się prędkość transakcji i zwiększa się ich przepustowość, co oznacza, że można przetworzyć więcej transakcji jednocześnie w określonym czasie. Może to być niezwykle korzystne, gdy sieć podstawowa staje się przeciążona i zwalnia, ponieważ pomaga zmniejszyć koszty opłat transakcyjnych i poprawić ogólną wydajność.
Oto kilka sposobów, w jakie Layer2s rozwiązuje trylem skalowalności:
Kanały
Kanały zapewniają rozwiązanie warstwy 2, które umożliwia użytkownikom zawieranie wielu transakcji poza łańcuchem, zanim zostaną one zgłoszone w warstwie podstawowej. Pozwala to na szybsze i sprawniejsze transakcje. Istnieją dwa rodzaje kanałów: kanały płatnicze i kanały państwowe. Kanały płatnicze umożliwiają sprawiedliwe płatności, podczas gdy kanały państwowe umożliwiają znacznie szersze działania, takie jak te, które normalnie odbywałyby się na blockchainie, takie jak obsługa inteligentnych kontraktów.
Wadą jest to, że uczestniczący użytkownicy muszą być znani sieci, dlatego otwarte uczestnictwo nie wchodzi w rachubę. Ponadto wszyscy użytkownicy będą musieli zablokować swoje tokeny w inteligentnej umowie z wieloma podpisami przed nawiązaniem kontaktu z kanałem.
Osocze
Stworzony przez Josepha Poona i Vitalika Buterina framework Plasma wykorzystuje inteligentne kontrakty i drzewa numeryczne do tworzenia „łańcuchów podrzędnych”, które są kopiami oryginalnego łańcucha bloków – znanego również jako „łańcuch nadrzędny”.
Ta metoda pozwala na przeniesienie transakcji z łańcucha głównego do łańcucha podrzędnego, poprawiając w ten sposób szybkość transakcji i zmniejszając opłaty transakcyjne, i sprawdza się dobrze w określonych przypadkach, takich jak portfele cyfrowe.
Twórcy Plazmy zaprojektowali ją specjalnie po to, aby mieć pewność, że żaden użytkownik nie będzie mógł dokonać transakcji przed upływem określonego okresu oczekiwania.
Systemu tego nie można jednak wykorzystać do skalowania inteligentnych kontraktów ogólnego przeznaczenia.
Łańcuchy boczne
Sidechains, czyli łańcuchy bloków działające równolegle do głównego łańcucha bloków lub warstwy 1, mają kilka odrębnych cech, które odróżniają je od klasycznych łańcuchów bloków. Sidechainy mają własne, niezależne łańcuchy bloków, często wykorzystujące różne mechanizmy konsensusu i mające inne wymagania dotyczące wielkości bloków niż w warstwie 1.
Jednak pomimo tego, że sidechains mają swoje własne, niezależne łańcuchy, nadal łączą się z Warstwą 1 za pomocą współdzielonej maszyny wirtualnej. Oznacza to, że wszelkie kontrakty lub transakcje, które można wykorzystać w sieciach warstwy 1, są również dostępne do wykorzystania w łańcuchach bocznych, tworząc ekspansywną infrastrukturę interoperacyjności pomiędzy dwoma typami łańcuchów.
Rollupy
Rollupy umożliwiają skalowanie poprzez grupowanie wielu transakcji w łańcuchu bocznym w jedną transakcję w warstwie bazowej i używanie SNARK (zwięzłego, nieinteraktywnego argumentu wiedzy) jako dowodów kryptograficznych.
Chociaż istnieją dwa rodzaje rollupów – rollupy ZK i rollupy optymistyczne – różnice polegają na ich zdolności do poruszania się pomiędzy warstwami.
Optymistyczne rollupy wykorzystują maszynę wirtualną, która pozwala na łatwiejszą migrację z warstwy 1 do warstwy 2, podczas gdy rollupy ZK rezygnują z tej funkcji dla większej wydajności i szybkości.
Warstwa 0
Protokoły warstwy 0 odgrywają kluczową rolę w umożliwianiu przenoszenia zasobów, doskonaleniu doświadczenia użytkownika i zmniejszaniu przeszkód związanych z interoperacyjnością między łańcuchami. Protokoły te zapewniają projektom blockchain w warstwie 1 skuteczne rozwiązanie pozwalające stawić czoła poważnym problemom, takim jak trudności w poruszaniu się między ekosystemami warstwy 1.
Nie ma tylko jednego projektu zestawu protokołów warstwy 0; Do celów różnicowania można przyjąć odrębne mechanizmy konsensusu i parametry bloków. Niektóre tokeny warstwy 0 służą jako skuteczny filtr antyspamowy, ponieważ użytkownicy muszą postawić te tokeny, zanim będą mogli uzyskać dostęp do powiązanych ekosystemów.
Cosmos to protokół warstwy 0, znany z pakietu narzędzi typu open source, składającego się z Tendermint, Cosmos SDK i IBC. Oferty te pozwalają programistom bezproblemowo konstruować własne rozwiązania blockchain w interoperacyjnym środowisku; architektura mutualistyczna umożliwia swobodną interakcję komponentów ze sobą. Ta oparta na współpracy wizja wirtualnego świata urzeczywistniła się w Cosmoshood, jak została z miłością ukuta przez oddanych zwolenników – umożliwiając sieciom blockchain niezależny rozwój, a jednocześnie istnienie zbiorowe, ucieleśniając „Internet Blockchain”.
Innym częstym przykładem jest Polkadot.
Warstwa 3
Warstwa 3 to protokół obsługujący rozwiązania oparte na blockchainie. Zwykle nazywana „warstwą aplikacji” dostarcza instrukcji do przetwarzania protokołów warstwy 1. Dzięki temu dapps, gry, rozproszona pamięć masowa i inne aplikacje zbudowane na platformie blockchain działają prawidłowo.
Bez tych aplikacji same protokoły warstwy 1 miałyby dość ograniczoną użyteczność; Warstwa 3 jest niezbędna do odblokowania ich mocy.
Warstwa 4?
Warstwa 4 nie istnieje, omawiane warstwy nazywane są czterema warstwami blockchainu, ale dzieje się tak dlatego, że w świecie programowania zaczynamy liczenie od 0.
Wniosek
Skalowalność sieci blockchain w dużym stopniu zależy od ich architektury i stosu technologii, które wykorzystują. Każda warstwa sieci spełnia ważny cel, umożliwiając większą przepustowość i interoperacyjność z innymi łańcuchami bloków. Protokoły warstwy 1 tworzą warstwę bazową lub główny łańcuch bloków, podczas gdy łańcuchy boczne, pakiety zbiorcze i protokoły warstwy 0 zapewniają dodatkową obsługę skalowania.
Protokoły warstwy 3 dostarczają instrukcji umożliwiających użytkownikom dostęp do aplikacji zbudowanych w oparciu o cały system. Wszystkie te elementy razem przyczyniają się do stworzenia potężnej, pozbawionej zaufania infrastruktury, która może bezpiecznie obsługiwać transakcje na dużą skalę.