30 августа 2021

Решения третьего уровня для блокчейнов и сети Биткоина

На криптовалюты постоянно растёт спрос со стороны пользователей. Это делает проблему масштабируемости особенно важной.

Главные блокчейны, такие как Биткоин и Ethereum, имеют ограниченную пропускную способность. Улучшение их масштабируемости жизненно важно для обработки возросшей сетевой нагрузки. Перегрузка сетей часто приводит к росту времени обработки и чрезмерно высоким комиссиям за транзакции.

Разумеется, это отталкивает многих от использования децентрализованных приложений (dApps) и других сетевых решений. Вместо этого пользователи (а также многие разработчики) переходят на конкурирующие блокчейны. Выигрывая в масштабируемости, альтернативные цепочки блоков часто жертвуют степенью децентрализации или безопасности.

Чтобы избежать указанных выше потерь, блокчейны с более низкой пропускной способностью стремятся улучшить масштабируемость с помощью решений второго уровня (L2).

В случае Биткоина это Lightning Network. В сети Ethereum уже есть множество проектов для создания сервисов L2. Они должны частично снять нагрузку с основной сети в преддверии того, что разработчики готовятся к развёртыванию долгожданного обновления ETH 2.0.

По этим причинам решения масштабируемости, построенные на втором уровне блокчейна,  оказались в центре внимания криптовалютного сообщества.

Хотя многие проекты только собираются запустить свои решения L2 в основной сети и интегрировать их с популярными сервисами, другие уже разрабатывают свои продукты на третьем уровне (L3). Этот уровень позволит решить ещё одну животрепещущую проблему сетей блокчейнов: совместимость.

В этой статье мы познакомим вас с многоуровневой архитектурой блокчейн сетей и основами решений L3.

Аргументы в пользу многоуровневых блокчейнов

Многие пользователи криптовалют уже слышали о трилемме блокчейна (также называемой трилеммой масштабируемости).

Проще говоря, из-за природы технологии распределенного реестра (Distributed Ledger Technologies, DLT) существующие блокчейны могут одновременно иметь только два из трёх качеств:

  • Децентрализация;
  • Безопасность;
  • Масштабируемость.

По этой причине проекты DLT должны жертвовать одним из качеств в пользу двух других качеств. Это означает, что:

Традиционные блокчейны, такие как Биткоин и Эфириум, отличаются надёжной безопасностью и настоящей децентрализацией. Они полагаются на управление участниками сети полными узлами для проверки каждой транзакции. Однако это ограничивает масштабируемость и пропускную способность.

Хорошо масштабируемые блокчейны, такие как Binance Smart Chain и Solana, достигают консенсуса через ограниченное количество узлов. Отличная масштабируемость и безопасность при этом сопровождается повышенной централизацией.

Некоторые решения DLT используют экосистемы, в которых несколько взаимосвязанных (на первом уровне) блокчейнов для работы dApps работают параллельно. Это обеспечивает высокую масштабируемость и децентрализацию. Однако такая расстановка часто имеет недостатки безопасности.

Хорошая новость: трилемма масштабируемости становится проблемой, только когда проекты DLT хотят иметь все три качества на первом уровне (основной блокчейн или L1).

Это означает следующее. Биткоин не может достичь высокой масштабируемости, не пожертвовав  на первом уровне частью своей безопасности или децентрализации. В то же время он может увеличить свою пропускную способность, реализовав решение второго уровня. Например, Lightning Network предлагает почти мгновенные и дешёвые транзакции BTC для пользователей, убрав их из основного блокчейна.

Что наиболее важно: слои, построенные поверх блокчейна, обычно полагаются на основную сеть для завершения транзакций. Они предлагают дополнительные преимущества для экосистемы DLT (повышенная масштабируемость в случае второго уровня). В то же время сервисы второго и третьего уровней по-прежнему обеспечивают такую же (или очень похожую) безопасность и децентрализацию, что и при совершении транзакций на первом уровне.

Таким образом многоуровневая структура блокчейнов обеспечивает эффективное решение трилеммы масштабируемости. Это возможность для сетей DLT стать масштабируемыми, децентрализованными и безопасными в то же самое время.

Проблема совместимости блокчейнов

Вы уже знаете основы многоуровневой архитектуры блокчейнов и то, как второй уровень решает проблемы, связанные с масштабируемостью. Теперь давайте посмотрим, зачем нам нужен третий уровень.

Трилемма блокчейна – не единственная фундаментальная проблема, которая затрагивает участников криптовалютного рынка. Для служб на втором уровне не решена проблема функциональной совместимости. Она относится к способности видеть, получать доступ и обмениваться информацией между отдельными компьютерными системами.

С точки зрения криптографии, совместимость (или кроссчейн-функциональность) означает следующее. Два блокчейна с отдельными экосистемами (например, Биткоин и Ethereum) могут обмениваться данными и взаимодействовать без каких-либо централизованных посредников.

Изначально невозможно переместить BTC в сеть Ethereum и использовать криптовалюту в  приложениях децентрализованного финансирования (DeFi). Не предусмотрено и обратное перемещение, криптовалюты Ethereum в сеть Биткоина. Поэтому возникли мосты между BTC и Ethereum на первом уровне в виде Wrapped Bitcoin (WBTC). Таким образом пользователи смогли использовать первую цифровую валюту в экосистеме dApps и умных контрактов. Мосты обычно используют доверенных посредников или централизованных хранителей. Это в некотором виде является централизацией.

Несмотря на приложенные усилия, децентрализованные приложения живут в своих отдельных экосистемах. Протокол кредитования Aave на Ethereum, автоматический маркет-мейкер PancakeSwap (AMM) на Binance Smart Chain, децентрализованная биржа Serum (DEX) на Solana.

Если вы держите свои активы в одном блокчейне, к другому блокчейну вам не получить доступ без использования централизованной третьей стороны.

Проблемы масштабируемости традиционных блокчейнов решаются с помощью решений второго уровня. В то же время они ещё больше фрагментируют пространство криптовалют. А это значит, ещё больше усугубляется проблема совместимости.

Например, AMM Uniswap и SushiSwap находятся на Ethereum. Они отдельно работают над реализацией решений второго уровня. Для  Uniswap это Optimism и Polygon для SushiSwap.

Как в результате переместить токен ERC-20 из Uniswap L2 в SushiSwap L2? Только переведя свои монеты из сети Optimism в основной блокчейн Ethereum, а затем в сеть Polygon.

Это неэффективный процесс, связанный с высокими затратами и длительным временем обработки. Иногда некоторым протоколам масштабируемости L2 для завершения транзакций требуется несколько дней.

Отсутствие взаимодействия между различными блокчейнами и решениями второго уровня приводит к сильной фрагментации. Это сильно мешает массовому внедрению криптовалют и технологии распределённого реестра.

Поэтому решения третьего уровня сейчас нужнее, чем когда-либо.

Решения третьего уровня (L3): ключ к обеспечению совместимости с блокчейном

Решения третьего уровня нацелены на усиление отдельных блокчейнов за счёт функциональности кросс-сети. Она нужна блокчейнам для связи и взаимодействия друг с другом, а значит достижения истинной совместимости.

Важно подчеркнуть, что проекты L3 стремятся выполнить это децентрализованным способом. Им не нужно централизованных хранителей, посредников или ещё каких-либо третьих лиц. Поэтому им нужен для достижения своих целей особый подход.

Есть несколько проектов, сосредоточенных на обеспечении взаимодействия между экосистемами блокчейнов на третьем уровне. Их объединяет стремление создать нечто похожее на многоуровневую структуру сети интернет.

Изображение выше иллюстрирует модель взаимодействия открытых систем (OSI). Первый уровень интернета состоит из физических устройств. Это коаксиальные и оптоволоконные кабели, которые обеспечивают основу для подключения пользователей к интернету.

С точки зрения технологии DLT это основная сеть. В ней размещается распределённый реестр и достигается консенсус между участниками сети. В общем, первый уровень обеспечивает безопасность, прозрачность, отслеживаемость, децентрализацию и другие преимущества технологии блокчейн для пользователей. Вместе с тем обеспечиваются основные функции, такие как одноранговая (P2P) передача монет.

Проще говоря, канальный уровень интернета и уровень масштабируемости сети блокчейнов имеют одну и ту же цель. Им нужно достичь эффективности в передаче данных (или транзакций) между непосредственно подключенными сторонами. Для интернет сеть второго уровня этоWi-Fi, для Ethereum это Optimism.

Как и блокчейны первого уровня, решения второго уровня обладают различными качествами, которые отличают их друг от друга. В то же время сервисы на L2 обычно привязаны к определенным (или нескольким, но очень похожим) блокчейнам. Например, Optimism разрабатывается в первую очередь для Ethereum, а Lightning Network специально создаётся для Bitcoin.

Существует тесная связь между решениями L2 и L1. Поэтому имеет смысл реализовать протоколы взаимодействия на отдельном (третьем) уровне. И это приводит нас к сервисам L3.

Решения L1 и L2 имеют множество различий. Они используют различные технологии, функции и функциональные возможности для обслуживания пользователей в своих экосистемах. Протоколы взаимодействия третьего уровня стремятся максимально упростить все, что происходит на нижележащих уровнях. Абстрагируясь от своих различий, отдельные сети и экосистемы могут подключаться, общаться и взаимодействовать через протокол L3.

В случае с интернетом за это отвечает интернет-протокол (IP). Различные устройства, приложения и службы на нижестоящих уровнях используют разные сетевые технологии. IP может устанавливать связь между ними, маршрутизируя пакеты данных по различным сетям.

Протоколы взаимодействия третьего уровня должны работать аналогичным образом и в мире блокчейнов. Однако помимо данных, решения L3 стремятся пакетировать значения и маршрутизировать эти пакеты значений по сетям DLT.

В результате они могут эффективно соединять блокчейны L1 и L2, а также приложения и сервисы внутри них, не доверяя никаким третьим сторонам.

Интересно, что несколько проектов L3 разрабатывают протоколы взаимодействия для подключения различных блокчейнов и сервисов L2.

Протокол Interledger (ILP). Первоначально запущенный как проект Ripple, протокол Interledger представляет собой решение L3. Протокол реализует стандарты сетевого взаимодействия в мире блокчейнов. Служа той же цели, что и Интернет-протокол (IP), ILP пакетирует значение и устанавливает передачу значений по нескольким блокчейнам L2 и L1.

Протокол IBC. Представленный с обновлением Stargate, протокол IBC находится на третьем уровне стека Cosmos. Это надёжный и безопасный модуль, обеспечивающий взаимодействие между подключенными блокчейнами. IBC, получивший название «TCP/IP для блокчейнов», обрабатывает транспортировку, аутентификацию и упорядочивание данных внутри многочисленных блокчейнов. В их перечень входят Cosmos Hub, IRISnet, Akash и DLT-сеть Crypto.com.

Quant. Ориентированный в первую очередь на корпоративные сети блокчейнов, Quant соединяет как общедоступные, так и частные сети. Для этого используются службы шлюза Overledger DLT и уникальные решения: умные контракты с несколькими DLT и токены с несколькими регистрами. Среди партнёров Quant такие компании, как Hyperledger, Nvidia и Oracle.

ICON. Протокол взаимодействия, который используют Samsung и правительство Сеула. Он объединяет все данные блокчейна на одном уровне. Так многочисленные блокчейны соединяются в единую систему взаимосвязанных сетей.

Путь к созданию «Интернета ценностей»

Протоколы L3 обладают большим потенциалом. Ожидается, что они кардинально изменят работу блокчейнов, лежащих в основе индустрии цифровых активов.

Когда протоколы L3 будут реализованы в различных сетях блокчейнов и решениях масштабируемости L2, это устранит проблему фрагментации криптовалютной индустрии и объединит все различные продукты и услуги аналогично тому, как сегодня работает интернет.

Настоящая совместимость привёдет к активному внедрению технологий блокчейна и криптовалют, а также позволит отрасли выйти за рамки финансов.

Возможно, это привёдет нас к долгожданному «Интернету ценностей» (IoV). Эта концепция предполагает Интернет, в котором ценность передаётся так же легко, экономично и надёжно, как и данные в сети. И помимо денег, IoV позволит пользователям обменивать любые ценные активы. Например, акции, облигации, товары, музыку, интеллектуальную собственность, искусство и научные открытия.

До «Интернета ценностей» опредёленно еще далеко. Пока что нам будет интересно увидеть, как протоколы третьего уровня выведут отрасль на новый уровень. Для этого им нужно дополнить изолированные сети блокчейнов функциональностью для их связи между собой.