Блокчейн — это революционная технология, обеспечивающая безопасный и прозрачный обмен данными. Он использует ряд уровней для хранения и обработки информации, которые называются уровнями 0–3. Каждый уровень имеет свою цель и функцию, что позволяет создать комплексную систему, способную обрабатывать самые разные транзакции.
Блокчейн определяется как технология распределенного реестра (DLT), которая облегчает безопасный и надежный обмен цифровыми активами между двумя или более сторонами. Это уникальная система, которая функционирует как открытая децентрализованная сеть для хранения данных на нескольких компьютерах одновременно.
Слой1
Для проверки и завершения транзакций уровень 1 является базовой цепочкой блоков, на которой могут быть построены несколько других уровней. Они могут работать независимо от других блокчейнов.
Layer1 можно разбить на три сегмента:
Уровень данных — отвечает за хранение всех данных, связанных с транзакциями внутри сети. Сюда входят такие вещи, как история транзакций, балансы, адреса и т. д. Этот уровень также помогает проверять каждую транзакцию с помощью криптографических алгоритмов (хеширования) для обеспечения точности и безопасности.
Сетевой уровень — отвечает за обработку коммуникаций между пользователями в сети блокчейна. Он отвечает за трансляцию транзакций и других сообщений по сети, а также за проверку точности и легитимности этих сообщений.
Уровень консенсуса — позволяет блокчейну достичь соглашения о наборе правил, которым должны следовать все пользователи при проведении транзакций. Он гарантирует, что все транзакции действительны и актуальны, используя консенсусные алгоритмы, такие как Proof of Work, Proof of Stake или Byzantine Fault Tolerance.
Уровень приложений/смарт-контрактов — это место, где большая часть функций реализуется в сети блокчейн. Этот уровень содержит код (или смарт-контракты), который можно использовать для создания приложений, работающих поверх экосистемы блокчейна. Эти приложения способны выполнять транзакции и хранить данные безопасным и распределенным образом. Не все протоколы уровня 1 имеют функцию смарт-контракта.
Примерами таких сетей являются Биткойн, Солана, Эфириум и Кардано, каждая из которых имеет собственный токен. Этот токен используется вместо комиссий за транзакции и служит стимулом для участников сети присоединиться к сети.
Хотя эти монеты имеют разные номиналы в зависимости от основного проекта, их цель остается неизменной: обеспечение механизма экономической поддержки функциональности блокчейна.
Сети уровня 1 имеют проблемы с масштабированием, поскольку блокчейну сложно обработать количество транзакций, необходимое сети. Это приводит к резкому увеличению комиссий за транзакции.
«Трилемма блокчейна», термин, придуманный Виталиком Бутериным, часто используется при обсуждении потенциальных решений этой проблемы; по сути, необходимо сбалансировать децентрализацию, безопасность и масштабируемость.
Многие из этих подходов имеют свои собственные компромиссы; например, финансирование суперузлов – тем самым покупка суперкомпьютеров и больших серверов – для повышения масштабируемости, но создания по своей сути централизованного блокчейна.
Подходы к решению трилеммы блокчейна:
Увеличить размер блока
Увеличение размера блока сети уровня 1 позволяет эффективно обрабатывать больше транзакций. Однако невозможно поддерживать бесконечно большой блок, поскольку более крупные блоки означают более медленную скорость транзакций из-за увеличения требований к данным и снижения децентрализации. Это действует как ограничение масштабируемости за счет увеличения размера блока, ограничивая прирост производительности за счет потенциальной стоимости снижения безопасности.
Изменить механизм консенсуса
Хотя механизмы доказательства работы (POW) все еще существуют, они менее устойчивы и масштабируемы, чем их аналоги с доказательством доли (POS). Вот почему Ethereum перешёл с POW на POS; Цель состоит в том, чтобы предоставить более безопасный и надежный алгоритм консенсуса, который дает лучшие результаты с точки зрения масштабируемости.
Шардинг
Шардинг — это метод разделения базы данных, используемый для масштабирования производительности распределенных баз данных. Сегментируя и распределяя реестр блокчейна по нескольким узлам, сегментирование обеспечивает улучшенную масштабируемость, что увеличивает пропускную способность транзакций, поскольку несколько сегментов могут обрабатывать транзакции параллельно. Это приводит к повышению производительности и значительному сокращению времени обработки по сравнению с традиционным последовательным подходом.
Это похоже на поедание торта, разделенного на ломтики. Таким образом, даже при увеличении объема данных или любой перегрузке сети сегментированные сети намного более эффективны, поскольку все участвующие узлы работают вместе синхронно при обработке транзакций.
Слой2
Протоколы уровня 2 построены поверх блокчейна уровня 1 для решения проблем масштабируемости без перегрузки базового уровня.
Это достигается путем создания вторичной структуры, называемой «вне цепочки», которая обеспечивает лучшую пропускную способность связи и более быстрое время транзакций, чем может поддерживать уровень 1.
Использование протоколов уровня 2 повышает скорость транзакций и увеличивает пропускную способность транзакций, а это означает, что за определенный период времени можно обрабатывать больше транзакций одновременно. Это может быть невероятно полезно, когда основная сеть становится перегруженной и замедляется, поскольку помогает снизить затраты на комиссию за транзакцию и повысить общую производительность.
Вот несколько способов, которыми Layer2s решает трилему масштабируемости:
каналы
Каналы предоставляют решение уровня 2, которое позволяет пользователям совершать несколько транзакций вне цепочки, прежде чем об этом будет сообщено на базовом уровне. Это позволяет совершать транзакции быстрее и эффективнее. Существует два типа каналов: платежные каналы и государственные каналы. Платежные каналы позволяют осуществлять только платежи, тогда как государственные каналы обеспечивают гораздо более широкую деятельность, аналогичную той, которая обычно происходит в блокчейне, например работу со смарт-контрактами.
Обратной стороной является то, что участвующие пользователи должны быть известны сети, поэтому об открытом участии не может быть и речи. Кроме того, всем пользователям придется заблокировать свои токены в смарт-контракте с несколькими подписями, прежде чем подключаться к каналу.
Плазма
Платформа Plasma, созданная Джозефом Пуном и Виталиком Бутериным, использует смарт-контракты и числовые деревья для создания «дочерних цепочек», которые являются копиями исходного блокчейна, также известного как «родительская цепочка».
Этот метод позволяет переносить транзакции из основной цепочки в дочернюю, тем самым повышая скорость транзакций и снижая комиссию за транзакции, а также хорошо работает в конкретных случаях, таких как цифровые кошельки.
Разработчики Plasma разработали его специально для того, чтобы гарантировать, что ни один пользователь не сможет совершить транзакцию до истечения определенного периода ожидания.
Однако эту систему нельзя использовать для масштабирования смарт-контрактов общего назначения.
Сайдчейны
Сайдчейны, представляющие собой блокчейны, работающие параллельно с основным блокчейном или уровнем 1, имеют несколько отличительных особенностей, которые отличают их от классических блокчейнов. Сайдчейны имеют свои собственные независимые блокчейны, часто использующие разные механизмы консенсуса и предъявляющие требования к размеру блока, отличные от уровня 1.
Однако, несмотря на то, что сайдчейны имеют свои собственные независимые цепочки, они по-прежнему подключаются к уровню 1, используя общую виртуальную машину. Это означает, что любые контракты или транзакции, которые можно использовать в сетях уровня 1, также доступны для использования в сайдчейнах, создавая обширную инфраструктуру взаимодействия между двумя типами цепочек.
Свернуть
Свертывания обеспечивают масштабирование путем группировки нескольких транзакций в боковой цепи в одну транзакцию на базовом уровне и использования SNARK (кратких неинтерактивных аргументов знаний) в качестве криптографических доказательств.
Хотя существует два типа сверток — свертки ZK и оптимистические свертки — различия заключаются в их способности перемещаться между слоями.
Оптимистичные накопительные пакеты используют виртуальную машину, что упрощает миграцию с уровня 1 на уровень 2, тогда как накопительные пакеты ZK отказываются от этой функции для большей эффективности и скорости.
Слой0
Протоколы уровня 0 играют ключевую роль в обеспечении перемещения активов, улучшении пользовательского опыта и уменьшении препятствий, связанных с межсетевым взаимодействием. Эти протоколы предоставляют блокчейн-проектам на уровне 1 эффективное решение для решения основных проблем, таких как сложность перемещения между экосистемами уровня 1.
Для набора протоколов Layer0 не существует какой-то одной конструкции; отдельные механизмы консенсуса и параметры блоков могут быть приняты в целях дифференциации. Некоторые токены Layer0 служат эффективным фильтром против спама, поскольку пользователи должны сделать ставку на эти токены, прежде чем они смогут получить доступ к связанным экосистемам.
Cosmos — это протокол уровня 0, известный своим набором инструментов с открытым исходным кодом, состоящим из Tendermint, Cosmos SDK и IBC. Эти предложения позволяют разработчикам беспрепятственно создавать свои собственные блокчейн-решения в совместимой среде; мутуалистическая архитектура позволяет компонентам свободно взаимодействовать друг с другом. Это совместное видение виртуального мира воплотилось в жизнь в Cosmoshood, поскольку оно было с любовью придумано его преданными приверженцами, позволяя сетям блокчейнов процветать независимо, но существовать коллективно, воплощая «Интернет блокчейнов».
Другой распространенный пример — Polkadot.
Слой3
Уровень 3 — это протокол, который поддерживает решения на основе блокчейна. Обычно называемый «прикладным уровнем», он предоставляет инструкции для обработки протоколов уровня 1. Это позволяет децентрализованным приложениям, играм, распределенному хранилищу и другим приложениям, созданным на основе платформы блокчейна, функционировать должным образом.
Без этих приложений полезность одних только протоколов уровня 1 была бы весьма ограничена; Уровень 3 необходим для раскрытия их силы.
Слой4?
Уровня 4 не существует, обсуждаемые уровни называются четырьмя уровнями блокчейна, но это потому, что в мире программирования мы начинаем отсчет с 0.
Заключение
Масштабируемость сетей блокчейнов во многом зависит от их архитектуры и используемого ими технологического стека. Каждый уровень сети служит важной цели, обеспечивая большую пропускную способность и совместимость с другими блокчейнами. Протоколы уровня 1 образуют базовый уровень или основной блокчейн, а протоколы сайдчейнов, объединений и уровня 0 обеспечивают дополнительную поддержку масштабирования.
Протоколы уровня 3 предоставляют инструкции, которые позволяют пользователям получать доступ к приложениям, созданным поверх всей системы. Все эти элементы вместе способствуют созданию мощной не требующей доверия инфраструктуры, способной безопасно обрабатывать крупномасштабные транзакции.