Руководство по Layer 2 для начинающих

Чтобы объяснить, что такое Layer 2, для начала нам нужно определить, что такое Layer 1.

Сеть Layer 1 — это базовый уровень или базовая инфраструктура блокчейна, также известная как основная сеть. Она не только определяет основные правила экосистемы, но также может проверять и завершать транзакции, как это можно видеть на примере Ethereum, Bitcoin и Solana.

Блокчейны Layer 1 часто начинаются с акцента на децентрализацию и безопасность, которые являются основными принципами любой надежной сети и (за некоторыми исключениями) поддерживаются разнообразной глобальной сетью разработчиков и участников, таких как валидаторы.

Из-за отсутствия какого-либо центрального органа или контроля эти платформы требуют, чтобы сама технология имела врожденный уровень безопасности для защиты пользователей от мошенничества и атак. И из-за такого приоритета в дизайне, не говоря уже об огромных ресурсах, необходимых для поддержания полнофункциональной экосистемы, им часто не хватает масштабируемости.

Хотя многие разработчики считают, что неспособность достичь состояния равновесия между безопасностью, децентрализацией и масштабируемостью является непреодолимым недостатком технологии (получившим название «трилемма блокчейна»), решения Layer 2, такие как объединение на Ethereum и сеть Lightning на биткойне, используются для устранения этих проблем.

Что такое Layer 2?

Layer 2 — это набор автономных решений, построенных поверх отдельных блокчейнов Layer 1, которые уменьшают узкие места при масштабировании и обработке данных.

Подумайте об этом как о кухне ресторана: если бы каждый заказ должен был быть сделан одним человеком от начала до конца, то процесс его приготовления блюда и его доставки был бы очень медленным, позволяющий выполнять только несколько заказов в час. Но Layer 2 подобны подготовительным станциям: есть станция для чистки и нарезки продуктов, станция для приготовления пищи, станция для сборки посуды — они способны сосредоточиться и выполнять каждую задачу гораздо эффективнее. Когда придет время, последний человек может сопоставить каждое собранное блюдо с заказом и подтвердить его перед отправкой клиенту.

Платежные платформы, такие как Visa, также используют аналогичную систему. Вместо отдельного управления тысячами ежедневных микротранзакций от такого поставщика, как Starbucks, которые заполнили бы сеть за считанные минуты, Visa группирует их в пакеты для регулярных расчетов в банковской системе. Затем банки хранят и сортируют транзакции через свой внутренний эквивалент расчетного уровня. В этом случае Visa работает как Layer 2, а более широкая сеть учреждений и правительств, которые ведут учет транзакций и определяют правила финансовой индустрии, — Layer 1.

Ethereum также использует аналогичный метод с помощью таких функций, как оптимистические пакеты и пакеты с нулевым разглашением (ZK), которые разгружают бремя управления транзакциями из основной сети и тем самым обеспечивают большее включение транзакций и пропускную способность (более высокие транзакции в секунду). Все это дает более удобный и практичный пользовательский опыт. Примеры Layer 2 на Ethereum включают такие решения, как Arbitrum, Optimism, Loopring и zkSync.

Почему Layer 2 важны?

Хотя децентрализация и безопасность являются принципами работы Layer 1, или основной сети, рыночная популярность Ethereum на протяжении многих лет привела к тому, что сеть достигла своей текущей пропускной способности, составляющей чуть более 1,5 миллионов ежедневных транзакций. Кроме того, поскольку основная сеть может обрабатывать только около 15 транзакций в секунду, периоды высокой сетевой активности часто приводят к перегрузке данных. Это, в свою очередь, ведет к росту газа (комиссий за транзакции) и замедлению производительности приложений, что в последний раз наблюдалось при продаже виртуальной земли Yuga Labs Otherside и во время бычьего рынка 2021 года.

Чтобы бороться с этими проблемами, Layer 2 расширяет Ethereum как отдельный блокчейн над сетью Layer 1. Как уже упоминалось, он  помогает разгрузить тяжелую нагрузку транзакций из основной сети посредством смарт-контрактов, которые интегрируются и извлекают выгоду из надежной децентрализованной модели безопасности Ethereum. По сути, Layer 1 отвечает за безопасность, доступность данных и децентрализацию, а Layer 2 — за масштабирование, связанное с транзакциями.

По большей части блокчейны первого уровня имеют:

• Сеть узлов для защиты и проверки сети.
• Сеть производителей блоков.
• Основной блокчейн и данные транзакций.
• Соответствующий механизм консенсуса.

Layer 2 отличается тем, что предлагает:

• Более низкие комиссии: Layer 2 объединяют несколько оффчейн-транзакций в одну транзакцию Layer 1, что помогает снизить нагрузку на данные. Они также сохраняют безопасность и децентрализацию, осуществляя транзакции в сети.
• Больше полезности: благодаря сочетанию более высоких транзакций в секунду и более низких комиссий проекты Layer 2 могут сосредоточиться на улучшении пользовательского опыта и расширении сферы применения.

Как уже упоминалось, большинство проблем масштабируемости связаны с децентрализацией. В отличие от традиционных банков, которые имеют закрытый и более эффективный метод регулирования платежей, транзакции и управление данными с помощью блокчейнов должны проходить ряд систематических шагов, таких как прием, проверка и распространение в сети (с тысячами участников), при этом сохраняя безопасность и прозрачность.

Таким образом, такие сети, как Ethereum, должны иметь многоуровневую и масштабируемую структуру, которая может конкурировать (и в конечном итоге заменить) более оптимизированные, но ограниченные каналы таких систем, как Visa и Mastercard. Layer 1 и Layer 2 важны, поскольку они работают вместе, чтобы сделать сеть более быстрой и удобной для пользователя.

Как работает Layer 2?

Протоколы Layer 2 обеспечивают структуру, в которой транзакции могут выполняться отдельно от Layer 1. Это означает, что приличный объем работы, которая будет выполняться основной цепочкой, может быть перенесен на второй уровень. Затем приложения Layer 2 отправляют данные транзакций на Layer 1, где те сохраняются в реестре и истории блокчейна.

Как и в случае с любыми другими открытыми или закрытыми платформами, конкретные Layer 2 также различаются по доступности. Некоторые из них могут использоваться различными приложениями, а другие удовлетворяют только потребности конкретного проекта. Тем не менее, некоторые из ключевых компонентов, которые используют Layer 2, включают в себя накопительные пакеты и сайдчейны.

Свертки Layer 2

Пакеты — это особое решение Layer 2, которое выполняет сотни транзакций за пределами Layer 1, объединяет их в единый фрагмент сжатых данных, а затем отправляет данные обратно в основную сеть, чтобы любой мог просмотреть и оспорить, если это будет сочтено подозрительным. Таким образом, накопительные пакеты не только используют безопасность Ethereum, но также могут снизить комиссию за газ в 10-100 раз.

Несмотря на то, что все пакеты помогают при депозитах, снятии средств и проверке доказательств, существуют небольшие различия в том, как сводные данные, такие как пакеты Optimism и ZK, отправляют данные обратно на Layer 1.

Оптимистичные пакеты

Оптимистичные накопительные пакеты располагаются параллельно основной цепочке Ethereum, выполняют все транзакции, а затем отправляют данные обратно на Layer 1. Пользователи заинтересованы в совершении транзакций на этих Layer 2 из-за конкурентоспособно низких комиссий. Если есть подозрение на мошенническую транзакцию, ее можно оспорить и оценить с помощью доказательств мошенничества. В этом сценарии при объединении будут выполняться вычисления транзакции с использованием доступных данных о состоянии. По сравнению с накопительными пакетами ZK это означает, что время выхода из накопительного пакета и вывода средств обратно на Layer 1 будет немного дольше. Однако пользователи накопительного пакета по-прежнему будут получать быстрое подтверждение транзакции.

В целом, накопительные пакеты Optimistic являются виртуальными машинами Ethereum (EVM) и совместимы с надежностью, что означает, что все возможное на Layer 1 Ethereum может быть реплицировано на Layer 2.

Примеры оптимистичных накопительных пакетов — Arbitrum, Optimism и Boba Network.

ZK-свертки

В отличие от оптимистических накопительных пакетов, накопительные пакеты ZK (ZK-свертки) генерируют криптографические доказательства для проверки подлинности транзакций. Эти доказательства (размещенные на Layer 1) называются доказательствами достоверности или SNARK (краткий неинтерактивный аргумент знаний) или STARK (масштабируемый прозрачный аргумент знаний).

Объединения ZK более эффективны, поскольку они поддерживают состояние всех передач на Layer 2, которые обновляются исключительно посредством доказательств достоверности. Поскольку для объединения ZK не нужны все данные транзакций, проще проверять блоки и передавать эфир (ETH), основной токен блокчейна Ethereum, на Layer 1. Доказательство действительности (принятое контрактом объединения ZK) удостоверяет подлинность сделок. Тем не менее, они не имеют полной поддержки EVM и более интенсивно выполняют вычисления для приложений с небольшой активностью в блокчейне.

Примеры накопительных пакетов ZK — dYdX, Loopring и zkSync .

Сайдчейны

Как видно из таких проектов, как XDai (STAKE) и Polygon PoS, сайдчейн — это независимый, EVM-совместимый блокчейн, который работает параллельно и взаимодействует с основной сетью через мосты. Поскольку сайдчейны используют отдельный механизм консенсуса и не защищены Layer 1, технически они не считаются Layer 2. Однако блокчейн работает так же, как Ethereum, поскольку моделирует EVM. Тем не менее, существует более высокий уровень рисков, связанных с операторами сайдчейнов, поскольку пользователи доверяют средства им, а не протоколу Ethereum (или соответствующему Layer 2).

Валидиумы

Валидиумы, такие как StarkWare, используют доказательства достоверности (аналогично сводным пакетам ZK), но не хранят данные на Layer 1. Несколько блокчейнов  могут работать параллельно друг с другом, каждый из них способен обрабатывать примерно 10 000 транзакций в секунду. Однако, поскольку требуются более специализированные языки, поддержка общих смарт-контрактов ограничена.

И сайдчейны, и валидиумы — это блокчейны, которые работают параллельно с Ethereum и взаимодействуют с активами через мосты, подключающиеся к основной сети. Они не получают безопасности или данных от самого Ethereum и поэтому не считаются надлежащим Layer 2, как Optimistic или ZK. Это особенно актуально, учитывая потенциальные последствия для безопасности и доверия. Однако оба масштабируются аналогично Layer 2, предлагая более низкие комиссии за транзакции и высокую пропускную способность.

Почему так много решений Layer 2?

Различные каналы Layer 2 были созданы для предотвращения любой чрезмерной зависимости или потенциального коллапса отдельной части сети. Однако, поскольку мы рассмотрели основные Layer 2 (оптимистические свертки (пакеты), свертки ZK и сайдчейны), очевидно, что экосистема постоянно меняется, и некоторые приложения в конечном итоге закрываются, например, так случилось с Plasma и State Channels.

Примеры Layer 2

В целом, поскольку Layer 2 гармонизируются и работают со всей экосистемой Ethereum, различные варианты, которые может создать каждый, предлагают более широкий и более сбалансированный набор возможностей для конечных пользователей. То, чего не хватает одному блокчейну второго уровня, можно компенсировать преимуществами другого, и наоборот. Ниже приводится краткое описание наиболее часто используемых Layer 2.

Layer 2 общего назначения

Layer 2 общего назначения отражают производительность и функциональность основной сети Ethereum, но с более низкими комиссиями (газ). Вот некоторые примеры:

Optimism

Философия дизайна Optimism 1.0 основана на следующих ключевых принципах:

Низкая задержка
Масштабируемость
Модульный
Управляемый разработчиком
Безопасный
Децентрализованный

Хотя новая система защиты от мошенничества все еще находится в стадии разработки, Optimism — это система, эквивалентная EVM, которая использует оптимистичные накопительные пакеты для обеспечения быстрых, простых и безопасных транзакций.

Arbitrum One

Arbitrum (ARB) — еще один оптимистичный пакет, который отражает динамику основной сети Ethereum, но с более низкими комиссиями за транзакции.

Boba Network

Изначально созданный на основе Optimism, Boba представляет собой оптимитичный пакет, целью которого является снижение комиссий, повышение пропускной способности транзакций и усиление возможностей смарт-контрактов.

Ориентированные на конкретные приложения L2

Для сравнения, сети Layer 2, ориентированные на конкретные приложения, более специализированы и ориентированы на повышение производительности нишевого сектора рынка. Примеры включают в себя:

Loopring

Loopring — это объединение ZK, целью которого является обеспечение той же безопасности, что и в основной сети Ethereum, но с большей масштабируемостью, например, пропускная способность увеличена в 1000 раз, а транзакционные издержки снижены до 0,1% от Layer 1.

zKSync

ZkSync, используемый такими платформами, как Binance, представляет собой накопительный пакет ZK от Matter Labs. Он уже работает в сети Ethereum и поддерживает платежи, обмен токенами и чеканку невзаимозаменяемых токенов (NFT).

Заброшенные решения Layer 2

Не каждый эксперимент или идея для Layer 2 получила широкое распространение. Вот несколько примеров проектов, которые были направлены на решение проблемы, но не прижились.

Plasma

Как говорилось в сообщении в блоге, опубликованном в январе 2020 года, исследовательская организация Ethereum Plasma Group объявила о прекращении деятельности в ее нынешнем виде и пожертвовала оставшиеся средства Gitcoin. Вместо этого было принято решение сосредоточиться на оптимистичных пакетах.

Как видно из таких проектов, как Polygon, OMG Network и Gluon, Plasma представляет собой отдельные блокчейны, привязанные к основной сети Ethereum. Они используют средства защиты от мошенничества, такие как накопительные пакеты Optimistic, для регулирования споров и управления безопасностью. Поскольку они представляют собой уменьшенные копии основной сети Ethereum, их также называют «дочерними блокчейнами». Деревья Меркеля позволяют создать бесконечный стек этих блокчейнов, которые могут помочь разгрузить родительские блокчейны, включая основную сеть. Однако Plasma бесполезна для произвольных контрактов. И, следовательно, наряду с такими проблемами, как высокие затраты и трудности с выводом средств из блокчейна, от Plasma отказались в пользу оптимистических пакетов.

State channels

State channels — это пути, открытые между двумя пользователями, которые хотят общаться друг с другом посредством транзакций. Используя контракты с несколькими подписями (тип контракта, для исполнения которого требуются подписи нескольких сторон), они позволяют участникам свободно совершать транзакции вне блокчейна и рассчитываться с основной сетью. Это обеспечивает высокую пропускную способность транзакций и минимизирует перегрузки и комиссии. Однако из-за жесткости требования к пользователям блокировать средства, а также отсутствия поддержки смарт-контрактов общего назначения и приложений DeFi в 2021 году от State channels также по большей части отказались. По данным Ethhub, в число команд, которые все еще работают над этим, входят CelerX, Connext Network и Raiden Network.

Дополнительная информация и соображения по Layer 2

Из-за появления этих платформ второго уровня все еще существуют риски и разная степень ошибочных предположений о доверии по сравнению с транзакциями в основной сети. Также стоит отметить, что, несмотря на использование безопасности Layer 1, Layer 2 по-настоящему безопасны только в том случае, если на них включены доказательства мошенничества, чего на момент написания этой статьи у них нет.

Мосты блокчейна (которые люди могут использовать для передачи активов на Layer 2) также находятся на ранних стадиях разработки и несут высокую степень риска. Учитывая все это, перед взаимодействием с любым Layer 2 рекомендуется провести тщательную комплексную проверку.