Масштабирование L2 Новые Решения

Проблема ограничения транзакционной способности является одним из ключевых вызовов, стоящих перед криптовалютными системами. Первоначальные архитектуры, такие как у Биткойна, были разработаны с учетом безопасности и децентрализации, что неизбежно привело к установлению лимитов на количество обрабатываемых операций за единицу времени. Это ограничивает их способность выступать в качестве глобальных платежных сетей или платформ для массового использования децентрализованных приложений.

Нагрузка на сеть растет, а возможности обработки транзакций остаются статичными. Это создает узкое место, замедляющее внедрение и ограничивающее потенциал технологии.

Для решения этой дилеммы были предложены и реализованы механизмы, работающие поверх основной цепи (основного блокчейна). Эти решения, относящиеся к категории «второго уровня», переносят значительную часть вычислительной нагрузки и подтверждений за пределы базовой сети, тем самым значительно увеличивая ее пропускную способность.

Основные типы решений второго уровня

• Платежные каналы: Позволяют двум или более участникам проводить множество транзакций вне блокчейна, фиксируя только начальное и конечное состояние в основной сети.

• Сайдчейны: Автономные блокчейны, связанные с основной цепью, которые могут иметь свои собственные правила консенсуса и структуру данных.

• Решения на основе валидиумов (ZK-Rollups, Optimistic Rollups): Пакеты транзакций обрабатываются офчейн, а затем сводная информация или криптографическое доказательство достоверности отправляется в основной блокчейн.

Ключевые параметры сравнения

При оценке эффективности различных подходов второго уровня важно учитывать следующие характеристики:

Рассмотрим конкретные примеры реализации этих стратегий.

Роль технологий пакетного исполнения транзакций в оптимизации стоимости операций

В экосистеме цифровых активов, где пользователи стремятся минимизировать затраты на совершение сделок, механизмы, способствующие снижению транзакционных сборов, приобретают первостепенное значение. Технологии, объединяющие множество операций в один блок и обрабатывающие его вне основной сети, играют ключевую роль в достижении этой цели. Они позволяют существенно уменьшить нагрузку на базовый протокол, делая использование криптовалют более доступным и экономически выгодным для широкого круга участников.

Применение данных решений второго уровня кардинально меняет экономическую модель сетевых взаимодействий. Вместо того чтобы каждая отдельная транзакция вносила свой вклад в стоимость выполнения на базовом блокчейне, большая группа операций пакетируется и проходит проверку более эффективно. Это приводит к значительному сокращению индивидуальной стоимости подтверждения каждой операции, что делает их привлекательными для децентрализованных приложений и обычных пользователей, совершающих большое количество мелких транзакций.

Снижение затрат с помощью пакетной обработки

• Снижение сетевого отпечатка: Объединение множества мелких транзакций в один пакет значительно уменьшает объем данных, который должен быть записан и проверен на основном блокчейне.

• Эффективное распределение стоимости: Расходы на обработку одного пакета транзакций распределяются между всеми участниками в этом пакете, что напрямую снижает индивидуальную комиссию.

• Увеличение пропускной способности: Меньшая нагрузка на основную сеть позволяет обрабатывать большее количество транзакций в единицу времени, что также косвенно влияет на снижение комиссий в периоды высокой активности.

Такой подход создает основу для развития массового принятия криптовалют, поскольку он делает операции более предсказуемыми и доступными.

«Данные технологии второго уровня предоставляют возможность проведения транзакций с минимальными издержками, что является критически важным фактором для масштабирования и широкого распространения децентрализованных приложений.»

Исследования и интеграция таких решений, как Optimistic Rollup и zk-Rollup, продолжают демонстрировать потенциал для дальнейшего удешевления транзакционных издержек.

Актуальную информацию о технологиях масштабирования второго уровня можно найти на ресурсах, посвященных развитию блокчейн-протоколов.

Ethereum.org

Анализ выбора между Optimistic Rollups и Zk-Rollups

Развитие технологий масштабирования второго уровня призвано решить проблемы производительности и высоких комиссий в криптовалютных сетях, таких как Ethereum. В рамках этой задачи особое внимание уделяется двум основным подходам: Optimistic Rollups и Zero-Knowledge Rollups (Zk-Rollups). Каждый из этих методов предлагает уникальный механизм обеспечения безопасности и выполнения транзакций, что приводит к различным компромиссам с точки зрения производительности, стоимости и удобства использования.

Понимание различий между этими решениями критически важно для разработчиков и пользователей, стремящихся оптимизировать свои операции в экосистеме блокчейна. Выбор между Optimistic Rollups и Zk-Rollups зависит от конкретных требований проекта, таких как необходимость мгновенного вывода средств, сложность смарт-контрактов и допустимая задержка в подтверждении транзакций. Этот анализ поможет глубже погрузиться в технические детали и определить наиболее подходящий вариант для различных сценариев применения.

Сравнение ключевых характеристик

• Optimistic Rollups:
  • Предполагают, что все транзакции валидны, если не будет доказано обратное.
  • Имеют период оспаривания, равный примерно 7 дням, для вывода средств.
  • Низкие комиссии за выполнение транзакций.
  • Более простая реализация смарт-контрактов, совместимых с EVM.
• Zk-Rollups:
  • Используют криптографические доказательства (zk-SNARKs или zk-STARKs) для проверки корректности всех транзакций.
  • Мгновенный вывод средств, так как валидность транзакций гарантируется доказательством.
  • Выше вычислительные затраты для генерации доказательств, что может приводить к более высоким начальным комиссиям.
  • Сложность реализации некоторых функций смарт-контрактов, но постоянно улучшается поддержка EVM.

«Optimistic Rollups обеспечивают превосходную совместимость с существующей инфраструктурой Ethereum, в то время как Zk-Rollups предлагают более строгие гарантии безопасности и более быстрый доступ к средствам.»

1. Выбор для DeFi: Для децентрализованных финансовых приложений, где важна быстрая ликвидность и низкие комиссии, Zk-Rollups могут быть предпочтительнее из-за мгновенного вывода.

2. Выбор для общей совместимости: Для проектов, которым требуется максимальная совместимость с существующими инструментами и смарт-контрактами Ethereum, Optimistic Rollups являются более зрелым и доступным вариантом.

«Технологический прогресс значительно сокращает разрыв в возможностях между Optimistic Rollups и Zk-Rollups, делая выбор более нюансированным и зависящим от специфики применения.»

Применение сайдчейнов для распределения нагрузки

Криптовалюты сталкиваются с ограничениями пропускной способности, что замедляет транзакции и увеличивает комиссии при высокой активности сети. Использование вспомогательных блокчейнов, присоединенных к основному, позволяет перенести часть операций с главного реестра на более специализированные, тем самым разгружая его. Это создает параллельные пути для проведения транзакций, что критически важно для обеспечения бесперебойной работы крупных децентрализованных приложений.

Такой подход значительно улучшает масштабируемость, позволяя обрабатывать большее количество операций в единицу времени без ущерба для безопасности основного протокола. Сайды могут быть оптимизированы под конкретные задачи, например, для проведения большого количества мелких платежей или выполнения сложных смарт-контрактов, что делает общую систему более гибкой и эффективной.

Важность разделения вычислительной нагрузки для повышения скорости проведения транзакций и снижения затрат на их подтверждение.

Как сайдчейны помогают снять нагрузку:

• Перенос части транзакций на независимые цепочки
• Обеспечение большей пропускной способности
• Снижение комиссий за подтверждение операций
• Создание специализированных сред для различных типов приложений

Преимущества и недостатки

1. Процесс перевода активов с основного блокчейна на сайдчейн.
2. Выполнение транзакций на сайдчейне.
3. Возврат активов с сайдчейна обратно на основной блокчейн.

Ключевым моментом является обеспечение безопасной и надежной двусторонней привязки, позволяющей активам перемещаться между основным блокчейном и его сайдчейнами.

Оценка стратегий разделения блоков в решении проблем расширяемости

Одним из перспективных направлений в области увеличения пропускной способности блокчейнов второго уровня является разделение сети на более мелкие, управляемые сегменты, называемые «шардами». Эта методология предполагает параллельную обработку транзакций в каждом таком сегменте, что потенциально может привести к значительному увечрелению общего числа операций, совершаемых в единицу времени. Такой подход позволяет распределить нагрузку между узлами сети, избегая узких мест, присущих монолитным архитектурам.

Эффективность реализации данного подхода напрямую зависит от выбора конкретной архитектуры шардинга и методов взаимодействия между отдельными фрагментами сети. Различные стратегии предлагают разные компромиссы в области безопасности, сложности реализации и уровня децентрализации. Тщательный анализ этих компромиссов необходим для построения надежных и масштабируемых децентрализованных систем.

Ключевые подходы к разделению сети:

• Протокол разделения на основе состояний: В этом случае блокчейн делится на множество независимых «стейт-шардов», каждый из которых отвечает за определенный набор адресов и смарт-контрактов. Транзакции, происходящие в рамках одного шарда, обрабатываются независимо, а взаимодействие между шардами осуществляется через специальные механизмы.

• Протокол разделения на основе транзакций: Здесь сеть делится на шарды, каждый из которых отвечает за определенный набор транзакций. Транзакции могут быть маркированы для выполнения в конкретном шарде, что упрощает параллельную обработку.

• Протокол разделения на основе сети: Этот подход фокусируется на разделении сетевых узлов на группы, каждая из которых обрабатывает подмножество транзакций. Коммуникация между группами узлов координируется для обеспечения целостности всей сети.

Sharding is a technique for distributing data across multiple databases or nodes. In the context of blockchain, sharding can be used to split the network into smaller, more manageable pieces, each responsible for processing a subset of transactions. This can significantly improve scalability and reduce transaction fees.

Ethereum — Sharding

Сравнение методологий разделения:

При разработке решений для масштабирования второго уровня, особенно для таких платформ, как Ethereum, выбор правильной стратегии разделения является критически важным. Перспективным направлением является создание гибридных моделей, сочетающих преимущества различных подходов для достижения оптимального баланса между скоростью, безопасностью и децентрализацией.

The core idea of sharding is to partition the blockchain state and transaction processing across multiple shards. Each shard can then process transactions independently and in parallel. However, ensuring the security and coordination between shards is a significant challenge.

Vitalik Buterin — Ethereum’s Roadmap

1. Коммуникационные протоколы: Исследование межканальных коммуникационных протоколов (cross-shard communication protocols) имеет первостепенное значение. Это системы, позволяющие безопасно и эффективно передавать информацию и активы между различными сегментами сети.

2. Механизмы консенсуса: Адаптация или разработка новых консенсусных механизмов, способных работать в условиях разделенной сети, является еще одной важной задачей. Такие механизмы должны гарантировать согласованность данных и безопасность каждого шарда.

3. Управление состоянием: Эффективное управление состоянием по всем шардам, включая его синхронизацию и разрешение конфликтов, представляет собой технически сложную, но необходимую задачу для обеспечения целостности данных.