Решение Layer 2 как попытка преодолеть трилемму блокчейна

Команды разработчиков первых блокчейнов, которые появились более 10 лет назад (в частности биткоина), не ожидали, что с увеличением популярности криптовалют, они так быстро столкнутся с определенными ограничениями из-за проблемы интенсивного роста. Трилемма блокчейна (или масштабируемости) базируется на теореме, согласно которой из трех важнейших свойств распределенных сетей (таких как децентрализация, безопасность и масштабируемость), в определенный момент времени возможно обеспечить только два.

Итак, разработчики вынуждены были определиться с двумя наиболее приоритетными свойствами, снижение показателей качества которых было бы наиболее критичным, учитывая философию и стратегию развития проекта, и начали поиск решения этой проблемы. 

Часть проектов с собственными блокчейнами решила пожертвовать децентрализацией в пользу масштабируемости, другая – изменить алгоритм консенсуса (как Ethereum, мигрировавший с Proof-of-Work на Proof-of-Stake), а третья – решила ни при каких обстоятельствах не поступаться децентрализацией (как биткоин со своим PoW-блокчейном). Впоследствии появились решения Layer 2, как один из форматов решения трилеммы блокчейна. 

Layer 2 (L2) – это протокол, развернутый над основным блокчейном Layer 1 (L1), который функционирует с целью увеличения масштабируемости и пропускной способности L1, а также ускорения транзакций, с уменьшением уровня комиссий за них. Такое решение полностью интегрировано с базовым блокчейном, наследует все его правила, критерии безопасности, криптоактивы и смарт-контракты. 

Миссия Layer 2 заключается в осуществлении транзакций между адресами L1, используя надстройку L2 в качестве транспорта, не забывая при этом о надежности и защите таких операций. Эта роль может быть возложена как на оффчейн-протокол, так и отдельный родственный блокчейн.   

Рассмотрим наиболее удачные решения Layer 2 на рынке.

С помощью Lightning Network (LN) была решена трилемма PoW-блокчейна старейшей криптовалюты - биткоина. Решение запустили еще в 2015 году, когда биткоин все чаще начал сталкиваться с переполнением мемпула из-за очередей из транзакций. Такие случаи напрямую влияли на стоимость комиссий, которые стремительно росли до заоблачных величин. При этом участники переводов были вынуждены часами ожидать первого подтверждения и зачисления активов на кошелек.

LN – это надстройка L2, функционирующая на протоколе с использованием смарт-контрактов и каналов связи. Под каждую транзакцию в Lightning Network выделяется отдельный канал, который существует до успешного закрытия сделки, обслуживая только отправителя и получателя перевода. Такая транзакция не записывается в общую цепочку.

На практике перевод Lightning Network очень похож на выставление счета и происходит следующим образом:

• отправитель инициирует перевод (открывает канал связи); 

• система запрашивает адрес получателя; 

• получатель создает счет-фактуру Lightning на получение средств, что сопровождается генерацией отдельного публичного ключа (адреса) и QR-кода для зачисления средств; 

• получатель предоставляет адрес отправителю (при физическом присутствии одного рядом с другим – удобно пользоваться именно QR-кодом); 

• отправитель указывает полученный адрес и выполняет перевод; 

• средства поступают получателю, после чего канал связи закрывается и транзакция записывается в блок.

Перевод поступает мгновенно (1-3 с), комиссия варьируется от 1000 сатоши (0,2$) и меньше. По сравнению с комиссией в размере 2-7 тыс. сатоши за классический BTC-перевод через Layer 1 – LN-перевод выходит в разы дешевле.

Формат Lightning Network идеально подходит для eCommerce как дистанционных, так и физических продаж. Утверждение скептиков о том, что биткоин не является удобным платежным средством для оплаты за товары или услуги, Lightning Network уничтожает вдребезги. Это действительно удобный и быстрый формат для BTC-переводов. А именно решение LN заслуживает наивысшей оценки в попытке преодолеть трилемму блокчейна.

Ethereum недавно мигрировал на новый алгоритм Proof-of-Stake, устав бороться с трилемой блокчейна на алгоритме Proof-of-Work. В течение периода использования PoW, были наработаны десятки решений Layer 2, о которых стоит знать хотя бы в образовательных целях.  Рассмотрим наиболее удачные из них. 

Rollups выполняют транзакцию на уровне L2, и после этого передают данные в L1.  

Существует два типа rollups. Первый – это zk (zero knowledge - нулевое разглашение), формирующие пул переводов в одну транзакцию. Второй – это optimistic rollups, которые функционируют параллельно с L1.

Zk-rollups формируют пул из транзакций, выполняя часть вычислений за пределами L1. Доказательством валидности этих транзакций служит zk-SNARK. Это криптографическое доказательство, которое поступает в L1 и разворачивается как одна транзакция. С помощью zk-rollups, транзакции в L1 поступают значительно быстрее, но размер пула имеет определенные ограничения. 

Optimistic rollups работает через смарт-контракты. Такое решение прекрасно интегрируется с DeFi. Недостатки такого подхода – возможные атаки через дыры в смарт-контрактах и более медленная скорость по сравнению с zk-rollups. 

Примерами zk-rollup являются протоколы Loopring и StarkWare, а optimistic rollups – протокол Optimism.

Это L2-решение использует хеш-дерева, которые создают дочерние цепочки к L1. Такой подход уменьшает время ожидания переводов и размер комиссии за них из-за того, что блоки формируются вне L1, уменьшая нагрузку на основной блокчейн.

Из недостатков Plasma можно выделить поддержку ограниченного формата транзакций, для DeFi это решение неприемлемо. 

Примерами L2-решений Plasma являются протоколы OMG и Polygon (SDK Polygon также поддерживает zk-rollups, optimistic rollups и автономные сети).