Ключевые выводы
Масштабируемость блокчейна — это способность сети обрабатывать больше транзакций по мере роста спроса. Для сетей блокчейна это сложно реализовать без компромиссов в безопасности или децентрализации.
Трилемма блокчейна описывает сложность одновременного достижения масштабируемости, безопасности и децентрализации.
Сайдчейны — это отдельные блокчейны, связанные с основной цепочкой, позволяющие проводить транзакции по другим правилам и с более высокой скоростью, чем на базовом слое.
Платёжные каналы позволяют двум сторонам проводить транзакции вне цепочки. В блокчейне видны только транзакции открытия и закрытия, что уменьшает перегрузку и комиссии.
Введение
Под масштабируемостью в целом понимается способность системы расти и справляться с растущим спросом. В вычислениях вы можете повысить производительность машины, обновив её аппаратное обеспечение. В блокчейн-сетях задача отличается. Масштабировать блокчейн — значит увеличивать его способность обрабатывать больше транзакций, при этом сохраняя безопасность и доступность для множества участников.
Хороший пример — Bitcoin. Его децентрализованная природа означает, что тысячи узлов должны оставаться синхронизированными друг с другом. Это создаёт ограничения на то, сколько транзакций можно обрабатывать одновременно. Когда спрос превышает возможности, комиссии за транзакции могут вырасти, а время подтверждения — увеличиться.
Вместо попыток решить всё это на базовом слое многие разработчики сосредоточились на решениях вне цепочки. Два из наиболее важных подходов — это сайдчейны и платёжные каналы. В этой статье объясняется, как они работают и как вписываются в более широкий ландшафт уровня 2.
Проблема масштабируемости блокчейна
Запуск узла Bitcoin относительно недорог, и даже скромное оборудование справится. Но поскольку тысячи узлов должны оставаться синхронизированными, сеть ограничивает, сколько транзакций она может обрабатывать. Лимиты на размеры блоков и время между блоками помогают поддерживать базу данных в управляемом состоянии для всех участников.
Эта «узкая горловина» становится заметной в периоды высокого спроса. Представьте поезд с фиксированным числом мест, отправляющийся по расписанию. Когда желающих сесть в него больше, чем мест, цены растут. Перегруженная сеть увеличивает стоимость транзакций в секунду (TPS) и замедляет подтверждения для тех, кто не платит повышенную комиссию.
Создатель Ethereum Виталик Бутерин описал эту задачу как трилемму блокчейна. Он предложил, что блокчейн-системы вынуждены идти на компромиссы между тремя свойствами: масштабируемостью, безопасностью и децентрализацией. Улучшение любых двух из них может ухудшить третье. По этой причине многие считают, что масштабируемость лучше решать на вторичном уровне, а не на самой основной цепочке.
Что такое решения для масштабирования вне цепочки?
Внецепочечное масштабирование позволяет проводить транзакции, не перегружая основную блокчейн-сеть. Протоколы, построенные поверх цепочки, позволяют пользователям отправлять и получать средства, но отдельные транзакции не записываются в основную цепочку. Это помогает сохранять базовый слой «легким», при этом остаётся возможность обрабатывать большие объёмы транзакций.
Два из самых ранних и широко применяемых подходов — это сайдчейны и платёжные каналы. Оба снижают нагрузку на основную цепочку, но работают очень по-разному.
Введение в сайдчейны
Что такое сайдчейн?
Сайдчейн — это отдельная блокчейн-сеть, работающая параллельно с основной цепочкой и связанная с ней двусторонним «пегом» (two-way peg). Активы могут перемещаться между основной цепочкой и сайдчейном и обратно. Сайдчейн работает независимо: у него свои правила консенсуса, время генерации блоков и валидаторы.
Как работает сайдчейн?
Когда пользователь переносит активы на сайдчейн, его средства на основной цепочке блокируются, а эквивалентная сумма выпускается на сайдчейне. Когда он возвращается обратно, токены сайдчейна сжигаются, а исходные средства разблокируются. Этот механизм называется двусторонним пегом (two-way peg).
Допустим, у Алисы есть пять биткоинов, и она хочет использовать более быстрый сайдчейн. Она отправляет свои биткоины на адрес моста (bridge address), который их блокирует. Затем на сайдчейне она получает пять соответствующих токенов.
Теперь Алиса может свободно проводить транзакции на сайдчейне. Когда будет готова вернуться, она отправляет токены сайдчейна на специальный адрес, и её биткоины выпускаются в основной цепочке. Что касается Bitcoin, она сделала только две транзакции: одну, чтобы войти в сайдчейн, и одну — чтобы выйти.
Зачем используются сайдчейны?
Сайдчейны не связаны правилами основной цепочки. Они могут использовать разные механизмы консенсуса, создавать блоки чаще и быстрее подтверждать транзакции. Также они могут служить средой для тестирования новых функций: ошибка на сайдчейне не влияет на базовую сеть.
Компромисс заключается в безопасности. Сайдчейн обычно менее безопасен, чем основная цепочка, поскольку в нем меньше валидаторов и используется собственная модель консенсуса. Пользователи, проводящие транзакции на сайдчейне, доверяют его правилам, а не Bitcoin.
Plasma в Ethereum — это ранняя платформа, имевшая некоторые сходства с сайдчейнами. Она использовала иерархию дочерних цепей для разгрузки транзакций с основной сети Ethereum. Несмотря на некоторые ограничения, она помогла заложить основу для более продвинутых решений уровня 2.
Введение в платёжные каналы
Что такое платёжный канал?
Платёжный канал позволяет двум сторонам проводить транзакции вне цепочки, не публикуя каждую транзакцию в блокчейне. Самое известное воплощение — сеть Lightning для Bitcoin. Платёжные каналы используют смарт-контракты, чтобы зафиксировать общий баланс между участниками и позволять им свободно обновлять этот баланс без необходимости каждый раз платить комиссии в сети.
Как работает платёжный канал?
Чтобы открыть канал, два участника вносят средства на общий адрес с мультиподписью. Этот адрес требует подписи обеих сторон для любой транзакции. Вместе они ведут приватную таблицу балансов, которая отражает, сколько у каждого человека.
Если Алиса и Боб каждый внесут по 10 BTC на общий адрес, они начинают с по 10 BTC. Если Алиса хочет заплатить Бобу 1 BTC, они обновляют таблицу балансов: у Алисы становится 9 BTC, у Боба — 11 BTC. Это обновление не затрагивает блокчейн. Они могут продолжать обмен транзакциями туда-сюда, обновляя баланс столько раз, сколько захотят.
Когда они закончат, они подписывают финальную транзакцию, которая отправляет каждому человеку его текущий баланс. Независимо от того, сколько обновлений баланса происходило вне цепочки, требуется только две транзакции в ончейне: одна — чтобы открыть канал, и одна — чтобы закрыть. Все промежуточные транзакции бесплатны и почти мгновенны.
Платёжная маршрутизация
Платёжные каналы становятся особенно мощными, когда их объединяют в сеть. Если у Боба открыт канал с Карол, Алиса может заплатить Карол, не открывая прямой канал с ней. Она маршрутизирует платёж через Боба, который передаёт его Карол. Такая маршрутизация может проходить через несколько узлов.
В хорошо связанной сети между любыми двумя участниками часто существует несколько маршрутов. Платёж находит путь с достаточной ёмкостью и пересылает сумму. Именно так Lightning Network позволяет делать платежи в Bitcoin между пользователями, которые никогда не взаимодействовали напрямую.
Как развивалось масштабирование уровня 2?
С тех пор как были введены сайдчейны и платёжные каналы, экосистема уровня 2 значительно выросла. Новый класс решений для масштабирования — роллапы — стал доминирующим подходом для Ethereum. Роллапы выполняют транзакции вне цепочки и публикуют сжатые данные обратно в основную цепочку, наследуя безопасность Ethereum, а не полагаясь на отдельный набор валидаторов.
Наряду с роллапами появились state channels — каналы состояний как обобщение платёжных каналов. Они позволяют любой тип изменения состояния, а не только переводы токенов, происходить вне цепочки между участниками. Это открывает возможности для приложений за пределами простых платежей.
В Bitcoin Lightning Network продолжает развиваться как основное решение для платёжных каналов. Также выросли специализированные сети уровня 2 для Bitcoin: они добавляют возможности смарт-контрактов и связывают ликвидность Bitcoin с другими экосистемами. Каждый подход предполагает разные допущения о доверии, поэтому важно понимать компромиссы при выборе решения.
Часто задаваемые вопросы
Что такое масштабируемость блокчейна?
Масштабируемость блокчейна — это способность сети блокчейна обрабатывать больше транзакций по мере роста спроса. Большинство блокчейнов сталкивается с ограничениями на то, сколько транзакций они могут обработать в секунду, что может приводить к перегрузкам и более высоким комиссиям при высоком спросе.
Что такое трилемма блокчейна?
Трилемма блокчейна — это идея о том, что блокчейн не может полностью достичь масштабируемости, безопасности и децентрализации одновременно. Улучшение одного из этих свойств часто требует компромисса с другим.
В чём разница между сайдчейном и платёжным каналом?
Сайдчейн — это отдельная блокчейн-сеть, которая работает параллельно с основной цепочкой. У нее есть свои валидаторы и правила консенсуса. Платёжный канал — это офчейн-соглашение между двумя сторонами, которое использует смарт-контракт для учёта балансов без отдельной блокчейн-сети.
Безопасна ли Lightning Network для использования?
Lightning Network использует криптографические контракты, чтобы снизить риск мошенничества. Участники, которые пытаются транслировать старое состояние канала, могут быть наказаны другой стороной. Тем не менее пользователям следует держать свой узел включённым или использовать сервис watchtower для мониторинга каналов. Как и в любой технологии, стоит понимать риски перед использованием.
Что такое роллапы и чем они отличаются от сайдчейнов?
Роллапы выполняют транзакции вне основной цепочки, но публикуют обратно в неё сжатые данные транзакций, наследуя безопасность базового слоя. Сайдчейны, в отличие от этого, работают со своей собственной независимой моделью безопасности. Это означает, что сайдчейны могут быть быстрее и более гибкими, но они полагаются на своих валидаторов, а не на гарантию безопасности основной цепочки.
Прощальные мысли
Сайдчейны и платёжные каналы были одними из самых ранних подходов к решению проблемы масштабируемости блокчейна. Оба стремятся перенести транзакции с основной цепочки, уменьшая перегрузку и комиссии, сохраняя при этом доступ к базовому слою для расчетов.
Дополнительное чтение
Что такое сети Bitcoin уровня 2?
Оптимистичные роллапы vs роллапы с нулевым разглашением (Zero-Knowledge): в чём разница?
Что такое ZK-Rollups? Техника масштабирования уровня 2
Что такое Ethereum и как он работает?
Объяснение Proof of Work
Отказ от ответственности: Этот контент предоставляется вам «как есть» исключительно в общих информационных и образовательных целях, без каких-либо заявлений или гарантий любого рода. Его нельзя рассматривать как финансовый, юридический или иной профессиональный совет, и он не предназначен для рекомендации покупки каких-либо конкретных продуктов или услуг. Вам следует обратиться за собственными консультациями к соответствующим профессиональным консультантам. Если контент внесён сторонним автором, пожалуйста, учтите, что выраженные в нем взгляды принадлежат этому стороннему автору и не обязательно отражают взгляды Binance Academy. Цены цифровых активов могут быть волатильными. Стоимость вашей инвестиции может как снижаться, так и расти, и вы можете не вернуть вложенную сумму. Вы несёте единоличную ответственность за свои инвестиционные решения, а Binance Academy не несёт ответственности за любые убытки, которые вы можете понести. Для получения дополнительной информации см. наши Условия использования, Предупреждение о рисках и Условия Binance Academy.