В идеальном мире у блокчейн-сетей показатели децентрализации, безопасности и масштабируемости находятся идеально высоком уровне. Но в реальной жизни приходится иметь дело с трилеммой блокчейна, в одной и той же блокчейн-сети невозможно одновременно добиться высоких показателей децентрализации, безопасности и масштабируемости. Улучшение одного показателя неизбежно ухудшает другие.
Блокчейн построен на основе децентрализованной архитектуры. Это означает, что транзакции обрабатываются параллельно не на одном, а сразу на многих компьютерах или серверах. На каждом из компьютеров используются сложные криптографические алгоритмы, которые многократно повышают защищенность транзакций от взломов и несанкционированного доступа к информации, но требуют много вычислительных ресурсов. Компьютеры объединены в единую блокчейн-сеть и делят между собой ее пропускную способность. Чем больше компьютеров в блокчейн-сети, тем медленнее осуществляется обмен информацией между ними. С ростом числа компьютеров сеть работает медленней, блокчейн перестает хорошо масштабироваться.
Количество владельцев криптоактивов постоянно растет, поэтому проблема масштабируемости блокчейнов становится особенно важной. По способу нивелировать негативное влияние проблемы масштабирования блокчейны разделены на четыре слоя или уровня L0, L1, L2, L3. Расскажем о них не по порядку.
Классические Bitcoin или Etherium относят к уровню L1. Это фундаментальные, самодостаточные сети, не использующие ресурсы других сетей для обработки своих транзакций. В сетях L1 реализуются алгоритмы консенсуса, поддерживаются инфляционные модели и функционирование прикладных языков программирования, определяются правила решения спорных ситуаций. Именно L1-сети в большей степени подвержены действию трилеммы блокчейнов.
Блокчейны уровня L0 улучшают масштабируемость и снижают стоимость транзакций, обеспечивая связь между разными блокчейнами. Благодаря уровню L0 можно создавать децентрализованные dApps-приложения, работающие с разными блокчейн-сетями, а также передавать криптовалюту между разными блокчейнами. Сегодня самыми перспективными L0-блокчейнами считаются Polkadot, Cosmos, Avalanche.
Блокчейны прикладного уровня L3, строго говоря, являются не блокчейнами а децентрализованные приложениями, токенами или протоколами для работы с криптовалютами как, например, протокол Uniswap или токен Orbs.
Самые интересные и перспективные блокчейны уровня L2 являются надстройками над L1-блокчейнами. Принцип их работы прост, они обрабатывают поток входящих транзакций и возвращают результат основному блокчейну. L2 улучшает масштабируемость блокчейна L1, но снижает его безопасность.
Выделяют следующие виды блокчейнов уровня L2.
В L2-блокчейнах, использующих каналы состояний (Payment Channels), входящие транзакции записываются во вспомогательном канале определенное время. Основной L1-блокчейн блокируется смарт-контрактом с согласованием. Результаты передаются в основной L1-блокчейн после достижения определенного количества транзакций в канале состояний. Следовательно, в основной блокчейн записываются только две транзакции, связанные с открытием и закрытием, а не все множество входящих транзакций. Хороший пример L2-блокчейна на каналах состояний, сеть Lightning Network, работающая с блокчейном Bitcoin.
Один или несколько вложенных L2-блокчейнов (Nested Blockchains) работают над основным L1-блокчейном. Вложенные блокчейны обрабатывают все транзакции, а основной - определяет способы взаимодействия и разрешает спорные ситуации. В результате обработка транзакций существенно ускоряется и удешевляется. Пример вложенного L2-блокчейна Plasma (OmiseGO).
Блокчейны, использующие сочетание каналов состояний и вложенных блокчейнов, называют сайдчейнами (Sidechains). Они самостоятельно обрабатывают транзакции, блокируя основной блокчейн, используют собственные алгоритмы консенсуса, а к основному блокчейну подключаются через кроссчейн-мосты. Еще одна особенность сайдченов, реестр транзакций. При нарушении безопасности возвращается начальное состояние основного блокчейна. Примеры популярных сайдчейнов: WAX (EOS), Ronin (Etherium).
Самыми перспективными L2-блокчейнами считаются «оптимистические» (Optimistic Rollups) и ZK-роллапы (ZK-Rollups). Они самостоятельно обрабатывают транзакции вне основного блокчейна, объединяют их в пулы и передают в основной блокчейн. При этом возможность верифицировать корректность роллапа появляется только на уровне основного блокчейна.
«Оптимистичные» роллапы предполагают, что все транзакции корректны, не проверяют каждую транзакцию на L2-уровне и не осуществляют криптографические вычисления. Только если на уровне основного L1-блокчейна транзакция будет оспорена, весь «оптимистический» роллап перепроверяется.
ZK-роллапы обрабатывают и группируют транзакции за пределами основного блокчейна L1. В результате в основной блокчейн возвращается всего одна составная транзакция. Такое решение существенно экономит вычислительные ресурсы и ускоряет работу сети. Основной блокчейн проверяет корректность данных на основе принципа «zero knowledge» или «нулевого знания», ничего не зная о содержании входящих транзакций.
Технология «оптимистических» роллапов используется в популярных L2-блокчейнах Optimism, Arbitrum, MetisDAO, Boba. Блокчейн Immutable X, а также разработки Polygon, Matter Labs StarkWare являются L2-блокчейнами с ZK-роллапами.
Число пользователей блокчейнов растет, поэтому становится актуальной проблема масштабируемости. Блокчейны уровней L0 и L2 обладают приемлемой масштабируемостью, обеспечивают высокую скорость обработки транзакций и низкие транзакционные комиссии. Важно понимать, что показатели масштабируемости этих блокчейнов улучшены за счет показателей безопасности. Ни в одном проекте трилемма блокчейна не решена.
