уровень 1 и уровень 2: сравнение

Сети первого уровня (уровень 1, Layer 1) — это базовые блокчейны, такие как Bitcoin и Ethereum, которые отвечают за обработку и проверку всех транзакций, а также поддерживают безопасность всей сети. С ростом числа пользователей криптовалюты эти сети столкнулись с проблемой масштабируемости, что привело к увеличению комиссий и снижению скорости транзакций. В ответ были созданы сети второго уровня (уровень 2, Layer 2), которые строятся поверх базовых блокчейнов и позволяют значительно повысить пропускную способность и снизить комиссии за счет вынесения части обработки транзакций за пределы основной цепи. Такое взаимодействие между уровнями позволяет масштабировать блокчейн-экосистемы без ущерба для децентрализации и безопасности.

Происхождение сетей уровня 1 и уровня 2

Понятие уровня 1 (Layer 1) появилось на ранних этапах развития блокчейнов и обозначает полностью независимые блокчейны, которые берут на себя функции проверки (валидации) транзакций, консенсуса и хранения данных. Bitcoin как первая блокчейн-система имел ограничения по размеру и времени блока, что приводило к перегрузке сети. Так называемая «блокчейн-трилемма» — невозможность одновременно обеспечить масштабируемость, безопасность и децентрализацию — стала стимулом для поиска новых решений.

В 2017–2018 годах, на фоне резкого роста популярности криптовалют, проблемы перегрузки сети стали особенно заметными, что подтолкнуло разработчиков к созданию новых методов масштабирования. В этих условиях появились сети уровня 2 (Layer 2), которые не изменяют базовый протокол основной цепи, а добавляют дополнительные уровни обработки транзакций. Одним из первых таких решений стала Lightning Network (Сеть Молний) для Bitcoin, а для Ethereum были разработаны различные варианты, включая оптимистические роллапы (Optimistic Rollups) и роллапы на доказательствах с нулевым разглашением (ZK-Rollups).

Механизм работы: как функционируют сети уровня 1 и уровня 2

Сети уровня 1 (Layer 1) обрабатывают все транзакции непосредственно в основной цепи с помощью механизмов консенсуса, таких как доказательство выполнения работы (Proof of Work) или доказательство доли владения (Proof of Stake). Каждый узел должен проверять и хранить полный блокчейн или реестр транзакций, что обеспечивает безопасность и децентрализацию, но ограничивает скорость обработки. Например, Bitcoin способен обрабатывать в среднем 7 транзакций в секунду, а Ethereum — около 15.

Сети уровня 2 (Layer 2) используют различные технологии для вынесения основной части обработки транзакций за пределы основной цепи:

1. Каналы состояния (state channels): участники совершают множество транзакций вне основной цепи и отправляют только итоговый результат, аналогично Lightning Network.
2. Роллапы (rollups): несколько транзакций объединяются и сжимаются перед отправкой в основную цепь, включая оптимистические роллапы (Optimistic Rollups — транзакции считаются действительными, но предусмотрен период оспаривания) и роллапы на доказательствах с нулевым разглашением (ZK-Rollups — используют zero-knowledge proofs для проверки корректности).
3. Сайдчейны (sidechains): независимые блокчейны, работающие параллельно основной цепи с двусторонней связью активов.
4. Plasma: формирует иерархию дочерних цепей, которые периодически отправляют подтверждения транзакций в основную цепь.

Решения уровня 2 способны увеличивать скорость обработки до тысяч и даже десятков тысяч транзакций в секунду (TPS), при этом унаследовав гарантии безопасности основной цепи.

Риски и вызовы сетей уровня 1 и уровня 2

Ключевые проблемы уровня 1:

1. Ограниченная масштабируемость: с увеличением числа пользователей транзакционная нагрузка возрастает.
2. Высокое энергопотребление: особенно актуально для блокчейнов с доказательством выполнения работы (Proof of Work).
3. Сложность обновлений: изменения в протоколе требуют широкого консенсуса, что замедляет внедрение инноваций.
4. Рост комиссий: во время перегрузки сети комиссии резко увеличиваются, негативно влияя на пользователей.

Риски уровня 2:

1. Сложные модели безопасности: разные решения уровня 2 обеспечивают различные уровни защиты.
2. Фрагментация ликвидности: средства распределяются между несколькими решениями уровня 2.
3. Сложности пользовательского опыта: пользователи должны разбираться в механизмах переноса активов между протоколами.
4. Риски централизации: часть решений уровня 2 работает с разрешёнными валидаторами.
5. Задержки при выводе: в некоторых сетях уровня 2 (например, Optimistic Rollups) период ожидания вывода составляет около 7 дней.

Хотя сети уровня 2 решают многие ограничения уровня 1, они также вносят новые сложности и риски, что требует глубокого понимания преимуществ и недостатков каждой технологии.

Сети уровня 1 и уровня 2 выполняют взаимодополняющие функции в блокчейн-экосистеме. Уровень 1 обеспечивает фундаментальную безопасность и децентрализацию, а уровень 2 — масштабируемость и эффективность. По мере развития технологий взаимодействие между уровнями становится всё более интегрированным: например, сочетание шардинга Ethereum с решениями уровня 2 может обеспечить десятки или сотни тысяч транзакций в секунду. Такой многоуровневый подход позволяет блокчейн-технологиям соответствовать требованиям корпоративных приложений, сохраняя децентрализацию и открывая новые возможности для широкого применения.