Рішення Layer 2 як спроба подолати трилему блокчейна

Команди розробників перших блокчейнів, які з’явились понад 10 років тому (зокрема біткоїна), не очікували, що зі збільшенням популярності криптовалют, вони так швидко зіткнуться з певними обмеженнями через проблему інтенсивного зростання. Трилема блокчейна (або масштабованості) базується на теоремі, згідно з якою з трьох найважливіших властивостей розподілених мереж (як-то децентралізація, безпека та масштабованість), у певний момент часу можливо забезпечити лише дві.

Отже, розробники вимушені були визначитись з двома найбільш пріоритетними властивостями, зниження показників якості яких було б найбільш критичним з огляду на філософію та стратегію розвитку проекту, та розпочали пошук вирішення цієї проблеми. 

Частина проектів з власними блокчейнами вирішила пожертвувати децентралізацією на користь масштабованості, інша – змінити алгоритм консенсусу (як Ethereum, що мігрував з Proof-of-Work на Proof-of-Stake), а третя – вирішила ні за яких обставин не поступатися децентралізацією (як біткоїн зі своїм PoW-блокчейном). Згодом з’явились рішення Layer 2, як один із форматів вирішення трилеми блокчейну.

Layer 2 (L2) – це протокол, розгорнутий над основним блокчейном Layer 1 (L1), який функціонує з метою збільшення масштабованості та пропускної здатності L1, а також пришвидшення транзакцій, зі зменшенням рівня комісій за них. Таке рішення повністю інтегроване з базовим блокчейном, наслідує всі його правила, критерії безпеки, криптоактиви та смарт-контракти. 

Місія Layer 2 полягає у здійсненні транзакцій між адресами L1, використовуючи надбудову L2 як транспорт, не забуваючи при цьому про надійність та захист таких операцій. Цю роль може бути покладено як на оффчейн-протокол, так і окремий споріднений блокчейн.   

Розглянемо найбільш вдалі рішення Layer 2 на ринку.

За допомоги Lightning Network (LN) була вирішена трилема PoW-блокчейну найстарішої криптовалюти – біткоїна. Рішення запустили ще у 2015 році, коли біткоїн все частіше почав стикатись з переповненням мемпула через черги з транзакцій. Такі випадки напряму впливали на вартість комісій, що стрімко зростали до захмарних величин. При цьому учасники переказів були вимушені годинами очікувати першого підтвердження та зарахування активів на гаманець.

LN – це надбудова L2, що функціонує на протоколі з використанням смарт-контрактів і каналів зв’язку. Під кожну транзакцію в Lightning Network виділяється окремий канал, який існує до успішного закриття угоди, обслуговуючи лише відправника та отримувача переказу. Така транзакція не записується в загальний ланцюжок.

На практиці переказ Lightning Network дуже схожий на виставлення рахунку і відбувається так:

• відправник ініціює переказ (відкриває канал зв’язку);

• система запитує адресу отримувача;

• отримувач створює рахунок-фактуру Lightning на отримання коштів, що супроводжується генерацією окремого публічного ключа (адреси) та QR-коду для зарахування коштів;

• отримувач надає адресу відправнику (за фізичної присутності одного поряд з іншим – зручно скористатись саме QR-кодом);

• відправник вказує отриману адресу і виконує переказ;

• кошти надходять отримувачу, після чого канал зв’язку закривається і транзакція записується в блок. 
 

Переказ надходить миттєво (1-3 с), комісія варіюється від 1000 сатоши (0,2$) та менше. У порівнянні з комісією у розмірі 2-7 тис. сатоши за класичний BTC-переказ через Layer 1 – LN-переказ виходить в рази дешевше.

Формат Lightning Network ідеально підходить для eCommerce як дистанційних, так і фізичних продажів. Ствердження скептиків про те, що біткоїн не є зручним платіжним засобом для оплати за товари чи послуги, Lightning Network знищує вщент. Це дійсно зручний та швидкий формат для BTC-переказів. А саме рішення LN заслуговує на найвищу оцінку у спробі подолати трилему блокчейну. 

Ethereum нещодавно мігрував на новий алгоритм Proof-of-Stake, втомившись боротися з трилемою блокчейна на алгоритмі Proof-of-Work. Протягом періоду використання PoW, було напрацьовані десятки рішень Layer 2, про які варто знати хоча б з освітньою метою.  Розглянемо найбільш вдалі з них. 

Rollups виконують транзакцію на рівні  L2, і після цього передають дані в L1.  

Існує два типи rollups. Перший — це zk (zero knowledge — нульове розголошення), що формують пул переказів в одну транзакцію. Другий — це optimistic rollups, які функціонують паралельно з L1.

Zk-rollups формують пул з транзакцій, виконуючи частину обчислень за межами L1. Доказом валідності цих транзакцій слугує zk-SNARK. Це криптографічний доказ, який надходить до L1 і розгортається як одна транзакція. За допомогою zk-rollups, транзакції в L1 надходять значно швидше, але розмір пулу має певні обмеження. 

Optimistic rollups працює через смарт-контракти. Таке рішення чудово інтегрується з DeFi. Недоліки такого підходу – можливі атаки через дірки у смарт-контрактах і повільніша швидкість в порівняння з zk-rollups. 

Прикладами zk-rollup є протоколи Loopring та StarkWare, а optimistic rollups — протокол Optimism.

Це L2-рішення використовує хеш-дерева, які створюють дочірні ланцюжки до L1. Такий підхід зменшує час очікування переказів та розмір комісії за них через те, що блоки формуються поза L1, зменшуючи навантаження на основний блокчейн.

Із недоліків Plasma  можна виділити підтримку обмеженого формату транзакцій, для DeFi це рішення неприйнятне. 

Прикладами L2-рішень Plasma є протоколи OMG и Polygon (SDK Polygon також  підтримує zk-rollups, optimistic rollups та автономні мережі).