Оскільки блокчейн є відкритою мережевою системою, кожен має право виступати в якості вузла для участі в обліку. Сформулювати набір правил гри, яких повинні дотримуватися всі вузли, є дуже важливим питанням, щоб блокчейн міг працювати безперебійно.

Рівень 1, також відомий як нижній шар, є правилом, якого повинні дотримуватися всі майнери. Його конструкція полягає в тому, щоб блокчейн міг підтримувати «узгодженість бухгалтерської книги» та «завершеність транзакцій» стану, щоб вузли могли прив’язувати транзакції даних у спосіб, який не піддається підробці, і досягати консенсусу в зашифрованому вигляді без централізованого перегляду. Простіше кажучи, рівень 1 — це протокол блокчейну. Механізм консенсусу, блоки, закриті ключі чи адреси, про які ми часто чуємо, належать до категорій рівня 1. У цій статті ми проілюструємо та дослідимо більше про Рівень 1.

Визначення рівня 1

Рівень 1, також відомий як масштабованість у ланцюжку, в основному реалізує технологію, що лежить в основі протоколу блокчейн. Наразі більшість громадських мереж працюють на рівні 1.

Протокол рівня 1 може обробляти та завершувати транзакції на власному блокчейні, а також використовувати свій власний токен для оплати комісії за транзакції. Тому блокчейн рівня 1 зазвичай може отримати величезні суми грошей від продажу токенів, щоб конкурувати з Ethereum. Блокчейн рівня 1 може залучати користувачів за допомогою токенів, але оскільки Rollups покращує масштабованість Ethereum, різниця між шаром 2 і шаром 1 стає все меншою.

Історія розробки шару 1

Десять років тому біткойн став першою криптовалютою. Сатоші Накамото опублікував офіційний документ під назвою «Bitcoin: однорангова електронна готівкова система», в якому представлені потужні функції мережі блокчейну Bitcoin. Цей день є важливою точкою в історії розвитку біткойна, а також відкриває шлях для подальшого зростання блокчейна. Через чотири місяці Сатоші Накамото (чия справжня особистість досі залишається загадкою) майнив перший блок мережі Bitcoin, також званий Genesis Block.

30 липня 2015 року відбувся офіційний запуск мережі Ethereum. Будучи другим за величиною криптовалютним активом за ринковою вартістю, Ethereum приніс розумні контракти та децентралізоване фінансування (DeFi) у світ криптовалют. Ці досягнення дозволяють Ethereum запускати всю екосистему на своєму блокчейні, а також розміщувати власну рідну валюту: ефір (ETH). 

У січні 2018 року ціна біткойна досягла рекордного рівня, і з того часу з’явилося багато нових криптоактивів, зокрема EOS (липень 2017), Tron (вересень 2017) і Cardano (жовтень 2017).

2021 рік є роком вибуху публічного ланцюга, окрім Ethereum, і різні додатки, засновані на блокчейні, поступово виходять у поле зору громадськості. Ethereum і смарт-контракти принесли DeFi, NFT, GameFi і навіть метавсесвіт. Однак вибухове зростання додатків ланцюга Ethereum також призвело до проблем масштабованості ланцюга, що спричинило високі комісії за газ. Будь-яка звичайна транзакція на Ethereum вимагає сплати десятків доларів комісії за газ, що є неприйнятним для більшості звичайних користувачів.

Ethereum перебуває в процесі технологічної модернізації з блокчейну PoW на блокчейн PoS. Оновлений Ethereum 2.0 значно покращить масштабованість і швидкість. Однак затримка із запуском Ethereum 2.0 призвела до того, що протягом 2021 року користувачі платитимуть високі комісії за газ. У результаті з’явилася велика кількість блокчейнів рівня 1, що підтримують смарт-контракти з технологією PoS, включаючи велику кількість конкурентів, таких як Binance Smart Chain, Solana, Avalanche, Terra, Cardano, Polkadot тощо. Кожен публічний ланцюг рівня 1 залучив багато коштів у 2021 році. Велика кількість розробників запустили різні програми, такі як DeFi, NFT, GameFi та DEX, на цих платформах смарт-контрактів з різними характеристиками, поступово захоплюючи частку ринку Ethereum.

Зі збільшенням кількості користувачів мережі Ethereum перевантаженість мережі та високі тарифи на газ стали основними проблемами різних програм. Ринковий попит на мережу Ethereum поступово зростає, і вирішення цієї проблеми стало головним пріоритетом. 26 жовтня засновник Ethereum Віталік Бутерін опублікував на конференції «Шлях до Ethereum, зосереджений на рівні 2», який означає, що рівень 2 — це майбутнє розширення Ethereum.

У разі збільшення перевантаження даних і мережі концепція рівня виникає спонтанно завдяки розширенню масштабованості та зменшенню поточного тиску. Рівень 2 — це загальне масштабоване рішення для підвищення продуктивності мережі Ethereum (Рівень 1).

Блокчейни незалежні один від одного. Кожен ланцюг має власну інформацію про архітектуру та не взаємодіє з іншими ланцюгами. Наприклад, Solana не може розпізнати ETH у ланцюжку Ethereum, оскільки ETH не є продуктом архітектури Solana. Для його передачі можна використовувати лише крос-ланцюжковий протокол (IBC).

Цю ситуацію змінив LayerZero. 31 березня 2022 року LayerZero Labs отримала інвестицію в розмірі 135 мільйонів доларів A +, оцінена в 1 мільярд доларів. Розроблений канадською командою LayerZero Labs, LayerZero — це універсальний протокол взаємодії, який може з’єднувати активи, повідомлення, дані та контракти в різних блокчейнах для створення omnichain. Найперший протокол LayerZero підтримує сім ланцюжків: Ethereum, Arbitrum, Avalanche, BSC, Fantom, Optimism і Polygon, а також сумісний з EVM. Команда розробників також планує включити до дорожньої карти не-EVM мережі, такі як Cosmos Hub, Terra та Cronos.

Джерело: layerzero.network

Stargate, міжланцюговий проект DEX, розроблений на основі LayerZero, також є проектом, запущеним LayerZero Lab. Наразі він підтримує перехресну мережу стейблкойнів Ethereum, Avalanche, BSC, Polygon, Fantom, Arbitrum і Optimism. Перехресний ланцюговий міст Stargate був розроблений командою LayerZero Labs. Це перша екосистема додатків, офіційно розроблена відповідно до LayerZero. TVL за останні кілька днів перевищив 3 мільярди, а зараз становить понад 700 мільйонів. Усі міжланцюгові активи на Stargate є нативними. Наразі підтримуються лише стейблкойни та токени екосистеми STG.

Трилема масштабованості

На початку народження блокчейну завжди існувала проблема «неможливого трикутника», а саме безпеки, масштабованості та децентралізації. Загальновідомо, що найбільша відмінність між технологією блокчейн та Інтернетом полягає в децентралізованому характері. Саме тому, що блокчейн достатньо безпечний, ми можемо досягти цього. Зрештою, ми можемо лише пожертвувати масштабованістю заради двох інших.

З розповсюдженням блокчейну в зовнішній світ все більше людей залучаються. Перевантаженість мережі призводить до низької швидкості транзакцій і високих комісій за обробку. Зокрема, все більше і більше транзакцій відбувається в мережі біткойн, а в Ethereum розгорнуто незліченну кількість Dapps, що спричинило все більш помітні протиріччя щодо комісії за обробку та ефективності торгівлі. Люди можуть лише шукати кращі рішення для вирішення цієї проблеми.

Щоб «вирішити» цю неможливу проблему трикутника, люди почали досліджувати різні можливості, з’явилося багато рішень, одним із яких є рівень 2 (мережа другого рівня).

Приклади блокчейну рівня 1

Біткойн, технологія, яка існує вже 10 років, хоча консенсус є найпотужнішою, вона не йде в ногу з часом з точки зору продуктивності; Ethereum, як блокчейн рівня 1 з найсильнішим консенсусом і найбільш інноваційним на даний момент, породив і породив багато репрезентативних програм. Однак, оскільки публічна мережа була запущена в 2014 році, вона зазнала кількох оновлень протягом цього періоду, але вона все ще не може задовольнити потреби продуктивності швидкого зростання. Багато команд почали шукати і навіть будувати альтернативні рішення. Ось деякі з відомих прикладів блокчейну рівня 1, які ви повинні взяти до уваги:

Solana: високопродуктивний публічний ланцюг, який стверджує, що обробляє 60 000 транзакцій в секунду

Джерело: solana.com

Solana була заснована колишніми інженерами програмного забезпечення з великих технологічних компаній Qualcomm, Intel і Dropbox наприкінці 2017 року, а її токен був офіційно випущений для громадськості в березні 2020 року.

Це блокчейн-мережа рівня 1, де розробники можуть створювати проекти та цілі екосистеми за допомогою смарт-контрактів. Завдяки своїй архітектурі Solana є, мабуть, найшвидшою блокчейн-платформою в криптовалюті. Він обробляє близько 65 000 транзакцій за секунду (TPS), надзвичайно швидко порівняно з іншими топовими проектами. Крім того, на даний момент він є найбільш екологічно чистим. Згідно з дослідженнями, кожна транзакція в Solana споживає стільки ж енергії, скільки всього два пошуки в Google.

Avalanche з масштабованістю та сумісністю

Джерело: avax.network

Avalanche ($AVAX) — блокчейн-платформа з підтримкою смарт-контрактів, орієнтована на швидкість транзакцій, низькі витрати та екологічність. Але чого насправді хоче Avalanche, так це забезпечити найбільш масштабований блокчейн без шкоди для децентралізації чи безпеки.

Запущено в 2020 році Ava Labs (https://www.avalabs.org/), Avalanche швидко піднявся в рейтингу криптовалют і зараз є однією з найпопулярніших монет. Ціна Avalanche стрімко зростає і зараз становить майже 14 мільярдів доларів США в додатках Avalanche. Програми Avalanche є децентралізованими програмами, побудованими на різних блокчейнах всередині екосистеми Avalanche. Вони також відомі як програми Web3 або скорочено - dapps. Якщо ви хочете зрозуміти зростання Avalanche, вам потрібно побачити наступне зображення, на якому перелічено екосистему Avalanche і всі прикладні програми, створені лише за один рік.

Джерело: avaxholic.com

Потік: загальнодоступний ланцюжок найвищої IP-адреси врегульовано 

Джерело: flow.com

Flow, нова «темна конячка» публічного блокчейну NFT, що розвивається у 2021 році, має намір стати більш придатним публічним блокчейном для додатків, ігор і цифрових активів нового покоління. Він запустив публічну пропозицію на Coinlist у жовтні 2020 року.

6 лютого 2022 року обсяг транзакцій NFT у ланцюжку Flow перевищив 900 мільйонів доларів, що є рекордним показником за весь час. Dapper Labs, яка розробила публічний блокчейн Flow, також є розробником CryptoKitties, який став вірусним на Ethereum у 2017 році. Solana, Avalanche та інші високопродуктивні публічні блокчейни прагнуть стати вбивцями Ethereum, тоді як Flow спочатку був розроблений як більш придатний публічний блокчейн для програм, ігор і цифрових активів нового покоління.

Космос: Створення Інтернету з блокчейнів

Джерело: cosmos.network

Блокчейн Cosmos, створений у 2014 році та запущений у 2019 році. Cosmos — це блокчейн рівня 0, тобто на ньому можуть існувати блокчейни рівня 1. Як блокчейн рівня 0, Cosmos має інфраструктуру, яку блокчейни рівня 1 можуть використовувати для створення своїх екосистем. Зараз в екосистемі Cosmos існує понад 260 блокчейнів, тому люди називають її «інтернетом блокчейнів». Обсяг цифрових активів, здійснених за протоколом Cosmos, зараз перевищує 150 мільярдів доларів. У цій розробці немає нічого дивного, враховуючи, що відповідний блокчейн містить багато dApps, ігор, маркетплейсів і проектів. Cosmos покращує швидку завершеність транзакцій, масштабованість, безпеку та взаємодію між блокчейнами.

Багатокутник, сумісний з мовою розробки Ethereum

Джерело: polygon.technology

Polygon — це фреймворк, який можна використовувати для створення мереж блокчейну та масштабованих рішень, сумісних з Ethereum. Це більше схоже на протокол, ніж на єдине рішення. Основним продуктом у цій екосистемі є Polygon SDK. Це може допомогти розробникам створити мережі, сумісні з Ethereum. Спочатку проект називався «MATIC Network». Завдяки можливості масштабування проекту від єдиного рішення рівня 2 (L2) до «мережі мереж» його нарешті було перейменовано на «Полігон».

Polygon підтримує віртуальну машину Ethereum (EVM), і існуючі програми можна перенести сюди відносно легко. На додаток до досвіду, порівнянного з Ethereum, користувачі також можуть насолоджуватися високою пропускною здатністю та низькою вартістю торгівлі. Polygon розгорнув деякі з найпопулярніших децентралізованих фінансових (DeFi) dDApps, таких як Aave, 1INCH, Curve і Sushi. Звичайно, є також деякі рідні програми, унікальні для Polygon, включаючи QuickSwap і Slingshot.

У майбутньому платформа Polygon сподівається підтримувати більш широкий спектр масштабованих рішень, включаючи ZK Rollup, Optimistic Rollup і Validum chain. З появою масштабованих рішень розробники отримають більше інструментів для постійної розробки інноваційних програм, рішень і продуктів. Крім того, усі рішення можуть бути сумісні з існуючими інструментами та гаманцями Ethereum (такими як MetaMask).

Рівень 1 — EVM, Рівень 2

Усі мережі рівня 1 конкурують одна з одною, щоб залучити розробників і користувачів, але без інструментів та інфраструктури, подібної до Ethereum, щоб полегшити її створення та використання, буде важко залучити нові проекти, щоб осісти та розвивати екосистему. Щоб подолати розрив, багато мереж рівня 1 використовуватимуть стратегію під назвою сумісність EVM.

EVM відноситься до віртуальної машини Ethereum, яка, по суті, є мозком Ethereum для виконання обчислень і реалізації транзакцій. Зробивши мережу рівня 1 сумісною з EVM, розробники Ethereum можуть легко розгорнути існуючі програми Ethereum у новій мережі рівня 1. Існуючі гаманці користувачів також можуть легко отримати доступ до сумісних з EVM мереж рівня 1, що полегшує міграцію між мережами.

Взявши, наприклад, BSC, після запуску сумісної з EVM мережі та коригування консенсусу для отримання вищої пропускної здатності та нижчої вартості транзакцій, використання BSC різко зросло, і з’явилися десятки протоколів DeFi, більшість із яких схожі на популярні протоколи ( Uniswap, Curve) на Ethereum. Avalanche, Fantom, Tron і Celo дотримуються того самого підходу. Навпаки, Terra та Solana наразі несумісні з EVM.

І мережа рівня 1, і сайдчейн мають очевидну проблему: як забезпечити безпеку блокчейну. Щоб досягти своїх цілей, вони повинні виплачувати винагороди майнерам і валідаторам для забезпечення та забезпечення нормальних транзакцій. Зазвичай винагородою є базові токени в ланцюжку (MATIC для Polygon, AVAX для Avalanche).

Однак є два очевидних недоліки: наявність базових токенів природно зробить екосистему більш конкурентоспроможною, а не доповнюватиме Ethereum; Перевірка та забезпечення транзакцій є складним і складним завданням, за яке мережа відповідатиме від початку до кінця.

Метою мережі рівня 2 є створення масштабованої екосистеми та використання безпеки Ethereum, в основному за допомогою технології «згортань». Коротше кажучи, мережа рівня 2 — це незалежна екосистема, розташована на Ethereum, і, як правило, немає рідного токена. По суті, це частина Ethereum. 

Як працюють зведені пакети?

Мережі рівня 2 зазвичай називають зведеними, тому що вони «згортають» або «групують» транзакції разом і виконують їх у новому середовищі, а потім надсилають оновлені дані назад до Ethereum. Замість того, щоб Ethereum обробляв лише 1000 транзакцій Uniswap (це дорожче), краще звести обчислення до Rollups (дешевше) перед тим, як надсилати результати в Ethereum.

Однак, коли результати надсилаються назад до Ethereum, як Ethereum дізнається, що ці дані правильні та дійсні? І як Ethereum запобігає публікації невірної інформації? Це ключові моменти, щоб розрізнити два типи зведених пакетів: оптимістичні зведені та ZK-зведені.

Оптимістичні зведені пакети

Надсилаючи результати назад до Ethereum, оптимістичні зведення оптимістично припускають, що вони дійсні. Іншими словами, зведений валідатор може надсилати будь-які дані (включно з потенційно помилковими/шахрайськими даними) і вважати їх правильними.

Але в той же час існують деякі способи боротьби з шахрайством. Після будь-якого виведення є період часу, і будь-який претендент може перевірити, чи є шахрайство (блокчейн прозорий, і кожен може спостерігати, що відбувається в ланцюзі). Якщо ці претенденти зможуть математично довести, що відбулося шахрайство (шляхом надання доказів шахрайства), зведена мережа відновить шахрайські транзакції, покарає зловмисників і винагородить претендентів.

Недоліком Optimistic Rollups є те, що коли кошти переміщуються між зведеним пакетом і Ethereum, буде невелика затримка, щоб побачити, чи хтось із претендентів виявить шахрайство. У деяких випадках це може тривати тиждень, але очікується, що ці затримки зменшаться з розвитком проекту.

Арбітр і Оптиміст

Arbitrum (відповідальний за Off-chain Labs) і Optimistic (відповідальний за Optimism) — це два основні проекти, які наразі використовують оптимістичну технологію зведення. Варто зазначити, що ці два проекти все ще знаходяться на ранніх стадіях, і обидві компанії зберігають централізовані операції, але план поступово децентралізується з плином часу.

За оцінками, коли технологія стане зрілою, оптимістичні зведені пакети забезпечать у 10-100 разів більшу масштабованість, ніж Ethereum. Навіть у перші дні програми DeFi на Arbitrum і Optimism накопичили мільярди мережевих цінностей.

Оптимізм ще на ранній стадії розвитку. Наразі він має понад 300 мільйонів доларів TVL у семи додатках DeFi, включаючи Uniswap, Synthetix і 1inch.

ZK Rollups

На відміну від Optimistic rollups, ZK rollups фактично доводять Ethereum, що транзакції дійсні, а не використовують гіпотетичні методи.

Разом із результатами транзакцій після об’єднання вони надають так зване підтвердження дійсності для смарт-контрактів Ethereum. Як випливає з назви, підтвердження дійсності дозволяє Ethereum перевірити, чи транзакція дійсна, унеможливлюючи вузол ретрансляції обдурити систему. Це усуває необхідність перевіряти, чи є транзакція періодом очікування шахрайства, тому переміщення коштів між мережами Ethereum і ZK rollups відбувається фактично в режимі реального часу.

Хоча миттєвий розрахунок і відсутність часу на виведення звучать привабливо, зведені ZK не безкоштовні. По-перше, генерація доказів дійсності є інтенсивною обчислювальною роботою, тому для її роботи потрібні потужні машини. По-друге, складність підтвердження дійсності ускладнює підтримку сумісності EVM, що обмежує типи смарт-контрактів, які можна розгортати для зведених пакетів ZK. Таким чином, Optimistic rollups взяли на себе лідерство у виході на ринок і більш здатні вирішити поточну дилему масштабованості Ethereum, але в довгостроковій перспективі ZK rollups може бути кращим технічним рішенням.

Джерело: defillama.com/chains

Частка Ethereum у загальному заблокованому значенні (TVL) у DeFi зросла з 62,43% у 4 кварталі 2021 року до 63,35% у 2 кварталі 2022 року.

Поточний час завершення Ethereum становить приблизно 12-60 секунд, і він може обробляти 15-30 транзакцій (TPS) на секунду, але такий TPS набагато нижчий, ніж у традиційних платіжних систем, таких як Visa, яка може обробляти 1700 транзакцій на секунду. .

Ефективність обробки масштабованого рішення рівня 2 Ethereum збільшена до 2000-4000 транзакцій в секунду.

Навпаки, протоколи рівня 1 Solana, Binance Smart Chain і Avalanche, які забрали частку ринку DeFi у Ethereum у 2021 році, досягли вищої пропускної здатності транзакцій. Перш ніж розглядати технологію шардингу та рівень 2, Avalanche досягла часу до завершення менше 1 секунди та 4500 транзакцій на секунду.

Solana може обробляти понад 2000 транзакцій (TPS) на секунду, а час до завершення становить приблизно 13 секунд. Binance Smart Chain становить 150 TPS, а час блокування становить 3 секунди.

На наступному малюнку показано загальну заблоковану вартість і вартість певних блокчейнів; Ethereum є найкращим показником з вересня 2020 року.

Джерело: defillama.com/chains

На діаграмі нижче показано загальне заблоковане значення (TVL) певних ланцюжків. Більшість TVL зосереджена в Ethereum (ETH), BSC (BNB) і Tron (TRON).

Джерело: defillama.com/chains

Висновок

Розвиток біткойна та блокчейну означає потенціал для повної зміни глобальних фінансів. Введення смарт-контрактів Ethereum робить зростання розподілених додатків (dApps) поза контролем централізованих компаній. Однак продуктивність Bitcoin та Ethereum обмежена, що змушує багатьох людей вважати, що блокчейн є повільним, дорогим і його важко розширити. 

На щастя, з’явилася серія протоколів рівня 1 для усунення відповідних недоліків у різних випадках використання. Оволодіння відповідними концепціями може допомогти нам краще зосередитися на проектах мережевої сумісності, міжланцюжкових рішень і дослідження нових проектів. Зараз більшість протоколів рівня 1 близькі до EVM. Зрештою, користувачам, які вже є Web3, простіше розпочати роботу та знизити поріг для входу користувачів.