Що таке рішення другого рівня (Layer 2) у блокчейні?

Блокчейнам притаманна проблема, відома як "трилема масштабованості". Вона полягає у складності створення одночасно швидкої, децентралізованої та безпечної мережі. Тому часто розробникам доводиться обирати й оптимізувати максимум два компоненти з трьох.

Архітектура ранніх блокчейнів, насамперед біткоїна і Ethereum, не була розрахована на велику кількість транзакцій і користувачів, а тому ті мають низьку пропускну здатність. Наприклад, у біткоїні це 5-7 транзакцій на секунду (TPS), в Ethereum — близько 15 TPS.

Підвищити масштабованість можна шляхом зміни коду блокчейн-протоколу за допомогою таких функцій як шардинг. Але це вимагає багато часу і може розтягнутися на роки. Крім того, такі поліпшення змінюють основи архітектури, тому спільнота проєкту не завжди згодна їх проводити.

L2-рішення дають змогу принаймні частково розв’язати проблему низької пропускної спроможності та високих комісій за перекази, не зачіпаючи код основного блокчейна. Їхня головна перевага — у можливості переказувати активи між адресами "першого рівня", використовуючи при цьому "другий рівень", як який може виступати як окремий оффчейн-протокол, так і окремий блокчейн.

Рекомендуємо подивитися відео ForkLog про те, що таке рішення другого рівня (Layer 2) у блокчейні.

Які рішення другого рівня існують для біткоїна?

Головним L2-проєктом для першої криптовалюти є Lightning Network (LN). Вона працює на протоколі з використанням смарт-контрактів і так званих каналів стану. Мережу Lightning Network запустили ще 2015 року, і з того моменту вона продовжує активно розвиватися. До кінця травня 2022 року загальна ємність LN-каналів досягла 3900 BTC.

Основна функція LN — можливість для власників біткоїна здійснювати прямі обміни, не записуючи інформацію в його реєстр. Для цього потрібно відкрити спеціальний канал за допомогою однієї ончейн-транзакції і помістити в нього біткоїни.

Після активації платіжний канал дає змогу здійснювати перекази оффчейн, тобто поза основною мережею, зі значно більшою швидкістю і меншими комісіями. На відміну від ончейн-транзакцій, операції в каналах Lightning Network видимі лише їхнім користувачам. В основний блокчейн записуються тільки початковий і фінальний стани транзакцій.

Такий підхід значно знижує навантаження на основну мережу біткоїна: Lightning Network здатна обробляти тисячі операцій на секунду, забезпечуючи при цьому високий рівень безпеки системи.

Чим захищені платіжні канали в Lightning Network?

Канал верифікують його учасники та їхні обопільні смарт-контракти. Після завершення офчейн-обміну остаточний стан записується в новому блоці основної мережі. Смарт-контракти захищають транзакції в рамках каналів стану, а також виступають у ролі "суддів" у взаєминах учасників.

Деякі канали використовують таймер, що автоматично оновлює або блокує ончейн-стан транзакцій. Після закінчення встановленого терміну система автоматично запускає завершальну транзакцію, потім оновлює основний блокчейн і закриває канал стану виходячи з останньої верифікованої транзакції. Будь-яка нова спроба розблокувати канал стану призводить до створення нового шифрування і повторно запускає таймер.

Які рішення Layer 2 існують для Ethereum?

Незважаючи на невисоку швидкість, Ethereum є найбільш високонавантаженою блокчейн-платформою для децентралізованих додатків. На ньому працюють багато популярних проєктів у сферах децентралізованих фінансів (DeFi) і невзаємозамінних токенів (NFT). Тому для Ethereum проблема масштабованості стоїть особливо гостро.

Зараз паралельно розвиваються відразу кілька основних L2-рішень:

Головною технологією для їхньої роботи є Rollups, що має два головні різновиди:

1. Optimistic Rollups. За допомогою цього рішення транзакції відбуваються в L2-мережі, а потім великими групами об’єднуються в компактний блок, який включається валідаторами в основну мережу Ethereum. Optimistic Rollups використовуються в Arbitrum і Optimism.
2. ZK-Rollups. Транзакції в мережі другого рівня також об’єднуються в пакети та надсилаються в мережу Ethereum, однак їхнє підтвердження відбувається за допомогою спеціальних верифікаторів, які є криптографічним доказом валідності операцій. На базі ZK-Rollups реалізовано Polygon. Цю технологію для масштабування Ethereum вважає основним співзасновник платформи Віталік Бутерін.

Яким би не було L2-рішення, Ethereum як "перший шар" бере на себе функцію перевірки транзакцій і виробництва блоків, реєстру, куди записуються кінцеві стани, і механізму консенсусу. Таким чином, проєкту не потрібно створювати власну інфраструктуру.

Існують і інші проєкти Layer 2. Наприклад, у липні 2022 року стартап Matter Labs оголосив про запуск zkSync 2.0. Через місяць власний протокол, написаний мовою Cairo, запустив проєкт StarkWare.

Як переводити активи з мережі першого рівня в другий?

Щоб перевести криптовалюти з блокчейна першого рівня в L2-мережу, потрібно скористатися кросчейн-мостами.

Для роботи з ними знадобиться браузерний Web3-гаманець, наприклад MetaMask або WalletConnect. У налаштуваннях гаманця потрібно попередньо додати потрібну мережу — наприклад, Optimism.

У проєкту є свій офіційний міст. На сайті мосту виберіть актив, який хочете перевести, вкажіть суму, підтвердіть транзакцію і натомість отримаєте ті самі токени, але вже L2-мережі. Власні мости також є у Polygon і Arbitrum.

Криптовалюти L2-мереж можна використовувати практично без обмежень як "оригінальні", наприклад для переказів або торгівлі на децентралізованих біржах чи в DeFi-протоколах. Більшість великих додатків підтримують активи рішення другого рівня. У Uniswap такий підхід назвали "мультичейн".

Чи належать сайдчейни до рішень Layer 2?

Сайдчени, які використовують, наприклад, у Cosmos або Polkadot, не є рішеннями другого рівня. Якщо перші використовують власну систему безпеки, то другі покладаються в цьому питанні на "батьківський" блокчейн