Основы для криптоновичков: Что такое Layer 0, Layer 1 и Layer 2?

[TL; DR]

1. В архитектуре блокчейна есть шесть уровней: уровень данных, сетевой уровень, консенсусный уровень, активирующий уровень, контрактный уровень и прикладной уровень.

2. Уровни данных и сети находятся на самом нижним уровне всей системы и являются частью базовой архитектуры блокчейна.

3. Основываясь на фундаментальной архитектуре, уровни консенсуса, активации, контракта и прикладной уровень работают вместе, образуя уровень протокола блокчейна.

4. Уровень 0 (Layer 0), также известный как уровень передачи данных, является нижним уровнем модели OSI и в основном включает интеграцию между блокчейном и традиционными сетями.

5. Уровень 1 (Layer 1), или масштабирование внутри сети - это масштабирование, реализованное поверх базового протокола блокчейна.

6. Уровень 2 (Layer 2) также известен как масштабирование вне сети, при котором базовые протоколы и основные правила блокчейна не будут изменены, а скорость обработки транзакций будет увеличиваться за счёт каналов состояния, сайдчейнов и других решений.

Масштабируемость и Уровень 0/1/2 - это термины, которые часто упоминаются в новостях о криптовалюте. Особенно сейчас, когда Ethereum активно стремится к большей масштабируемости, Layer 2 является одной из самых горячих тем. Итак, что такое Уровень 0, Уровень 1 и Уровень 2 в блокчейне? И каковы их функции и применения?

Давайте начнем с шести уровней технологии блокчейн

В январе 2009 года Сатоши Накамото добыл первый блок Bitcoin на сервере, расположенном в Хельсинки. На данный момент Bitcoin превратился в огромную систему с десятками тысяч нодов по всему миру и общей рыночной капитализацией более $1 триллиона. Он решил проблему представления ценности в цифровом мире, а также продвинул вперёд технологию блокчейн. Если тщательно проанализировать структуру системы Bitcoin, то её можно разделить на пять уровней в зависимости от функций: уровень данных, сетевой уровень, консенсусный уровень, активирующий уровень и прикладной уровень. Впоследствии внимание к Ethereum быстро возрасло благодаря смарт-контрактам, и он создал новую парадигму для системы блокчейнов, добавив контрактный уровень между активирующим и прикладным. Давайте рассмотрим подробнее.

Уровни данных и сети находятся на самом нижним уровне всей системы и являются частью базовой архитектуры блокчейна.

Уровень данных действует как структура данных блокчейна (например, дерево Меркла) и состоит из двух элементов: указателей и связанного списка. Указатели - это переменные, которые относятся к положению другой переменной, а связанный список - это список связанных блоков с данными и указателями на предыдущий блок. Более того, уровень данных включает в себя алгоритм хеширования и асимметричное шифрование, которое используется для обеспечения защиты от несанкционированного доступа к блокчейну. Этот уровень также можно рассматривать как распределённую и устойчивую к несанкционированному доступу базу данных, которую должны поддерживать все ноды системы, и которая ведёт к сетевому уровню блокчейна.

Сетевой уровень - это огромная сеть P2P, которая включает в себя все ноды блокчейна. Как только нод создает новый блок, он передает информацию нескольким ближайшим нодам через механизм передачи. После того, как эти ноды аутентифицировали блок, они передадут данные другим нодам. В конце концов, как только большинство нодов в системе аутентифицируют блок, он официально подключается к блокчейну

Основываясь на фундаментальной архитектуре, уровень консенсуса, уровень активации, уровень контракта и уровень приложения работают вместе, образуя уровень протокола блокчейна.

В блокчейне уровень консенсуса в основном включает механизмы алгоритма консенсуса, которые используются для объединения в одну сеть нодов, не связанных друг с другом, и поддержания согласованности данных на уровне данных. На данный момент общими механизмами консенсуса являются Proof of Work (POW) от Bitcoin, Proof of Stake (POS) от Ethereum и Delegated Proof of Stake (DPoS) от EOS. Как одна из основных технологий блокчейна, механизм консенсуса играет важную роль в безопасности и эффективности работы сетей. Кроме того, это один из важнейших механизмов управления сообществом блокчейнов.

Уровень активации включает в себя механизм выдачи и механизмы распределения блокчейна. Благодаря механизму стимулирования ноды в системе будут самопроизвольно поддерживать безопасность всей сети блокчейнов. Например, в механизме консенсуса PoW нововыпущенные Bitcoin распределяются среди майнеров, которые проверяют и включают транзакции. Чем больше работы, тем больше заработок. Ноды с лучшей вычислительной мощностью с большей вероятностью успешно упакуют блоки и получат права на ведение буккипинга. В некоторых случаях ноды, которые используют свою силу для неправомерных действий, например, мошенничества, будут наказаны системой.

Bitcoin включает в свой алгоритм экономические стимулы, в результате чего майнеры конкурируют за права ведения буккипинга за счёт вычислительной мощности. Этот механизм поддерживает систему транзакций при выпуске новых токенов, и это в свою очередь становится стимулом для распределения среди майнеров, таким образом создавая стабильную и безопасную систему. При этом Bitcoin также выполняет свою функцию электронных денег.

Уровень контракта в основном включает в себя различные скрипты, алгоритмы и смарт-контракты. Это основа сложного программирования на блокчейне. В блокчейне это настоящая реализация понятия “код есть закон”, когда алгоритм контракта после активации неизбежно будет следовать своим исходным настройкам без вмешательства или содействия третьей стороны. Кроме того, благодаря полноте смарт-контрактов по Тьюрингу, уровень контрактов также является программируемым, что делает всю сеть блокчейнов похожей на виртуальную машину.

Уровень приложений - это самый верхний уровень системы блокчейн и он содержит различные сценарии использования системы. Прикладной уровень блокчейна Bitcoin состоит из системы электронных денег с полным набором функций выдачи, передачи и буккипинга. А прикладной уровень программируемого блокчейна, как Ethereum, состоит из множества расширенных функций и DApps.

Layer 0, Layer 1 and Layer 2

Шесть уровней системы блокчейн структурно неразделимы и совместно реализуют функции блокчейна. Возвращаясь к масштабируемости, упомянутой в начале этой статьи, отрасль обычно ссылается на эталонную модель взаимодействия открытых систем (OSI) коммуникаций и повторно делит шесть уровней на три: Уровень 0, Уровень 1 и Уровень 2.

Уровень 0, также известный как уровень передачи данных, является нижним уровнем модели OSI и в основном включает интеграцию между блокчейном и традиционными сетями. Решения масштабирования Уровня 0 - это те, которые не изменяют структуру блокчейна и сохраняют его исходные правила экосистемы для повышения производительности. Решение Уровня 0 очень универсально, поскольку оно не влияет на сам блокчейн, а также совместимо с решениями масштабирования Уровня 1 и Уровня 2. Они работают вместе, чтобы увеличить производительность сети блокчейнов. По-прежнему существует множество проблем нуждающихся в оптимизации, которые влияют на производительность базовых сетевых протоколов. Существующие технологии масштабируемости Уровня 0 включают BDN (распределительную сеть блокчейн), QUIC и UDP.

Polkadot часто называют блокчейном Уровня 0, поскольку его основная сеть действует как цепочка ретрансляции и служит только для обеспечения безопасности и взаимодействия между основными парачейнами. И помимо Polkadot, некоторые сети (например, Moonbeam) могут подключаться через слоты к блокчейнам Уровня 1, таким как Ethereum.

В логической архитектуре блокчейна уровень 1 соответствует уровню данных, сетевому уровню, уровню консенсуса и уровню активации. Большинство крипто-монет имеют независимую и уникальную публичную цепь, а именно Уровень 1, на котором выполняются все транзакции. Уровень 1, также известный как масштабирование внутри цепи, - это решение масштабирования, реализованное поверх базового протокола блокчейна. Обычно для этого требуется изменения емкости блока, времени генерации блока, механизма консенсуса и других свойств, присущих блокчейну. В частности, обновление масштабирования Bitcoin, увеличивает емкость каждого блока, чтобы можно было разместить больше транзакций, в то время как SegWit уменьшает среднее пространство, которое занимает одна транзакция, позволяя разместить больше транзакций на блок. Обновление до DPoS также позволяет повысить производительность за счёт некоторой степени децентрализации и безопасности. Однако эффективность масштабирования Уровня 1 зависит от физических и экономических факторов.

Узнать больше о принципах и ограничениях масштабирования Уровня 1 можно в статье:
Почему Виталик Бутерин против Dogecoin? Увеличит ли масштабирование популярность токена?

Уровень 2 соответствует уровню контрактов и уровню приложений блокчейна. Это масштабирование вне сети, при котором базовые протоколы и основные правила блокчейна не будут изменены, а скорость обработки транзакций будет увеличиваться за счёт каналов состояния, сайдчейнов и других решений. Уровень 2 - это решение проблемы производительности, которое масштабируется за пределами основной цепочки. Он дополняет Уровень 1, то есть Уровень 2 - это инфраструктура, построенная на основе базовой цепочки блоков, чтобы обеспечить лучшую масштабируемость, доступность и конфиденциальность блокчейна. По сравнению с Уровнем 1, который обеспечивает безопасность и децентрализацию, Уровень 2 обеспечивает максимальную эффективность и производительность. Распространёнными типами решений Уровня 2 являются сайдчейн, плазма, каналы состояния, ролап и т. д.

Чтобы узнать больше о решениях Уровня 2 на Ethereum, перейдите по ссылке:
Ethereum Layer 2: апгрейд масштабируемости

Заключение

С момента как Bitcoin и Ethereum стали набирать обороты, проблема недостаточной производительности витает над этими хорошо известными публичными цепями. Как взломать “невозможный треугольник” и достичь оптимального решения между масштабируемостью, децентрализацией и безопасностью считается одной из наиболее серьёзных проблем в области блокчейнов. Это “Святой Грааль” блокчейна.
В следующих статьях мы ознакомим вас с решениями для масштабирования основных блокчейнов и последними достижениями в технологиях масштабирования. Следите за обновлениями, мы будем держать вас в курсе самых свежих новостей.


Автор: исследователь Gate.io Ashley H.
*Эта статья содержит только точку зрения исследователей и не является руководством по инвестированию.
*Все права на текст данной статьи принадлежат Gate.io. Репост данной статьи будет разрешен в случае указания Gate.io как источник. В противном случае будет преследоваться юридическая ответственность в связи с нарушением авторских прав.