Роль цепей слоя 1 в блокчейне

Технология блокчейн часто описывается как стек слоев, каждый из которых выполняет уникальную задачу. Слой 0, обычно называемый блокчейном блокчейнов, служит базовой аппаратной инфраструктурой иерархии блокчейнов. Прямо над Слой 0 находятся Слой 1, 2 и 3.

В этом руководстве мы рассмотрим основные функции и возможности цепей Слой 1. Давайте начнем.

Что такое блокчейн слоя 1?

Определение слоя 1

Цепь Слой 1 (или «L1») — это фундаментальная сеть экосистемы блокчейна, которая самостоятельно управляет выполнением транзакций, проверкой данных и механизмами консенсуса. L1 работают независимо от других блокчейнов и содержат несколько компонентов, работающих вместе для обеспечения децентрализации, безопасности и удобства использования.

• Узлы сети – Компьютеры по всему миру, которые хранят копии блокчейна и обмениваются данными друг с другом
• Слой консенсуса – Правила того, как узлы соглашаются с тем, что является действительным (как майнинг в Bitcoin или стейкинг в Ethereum)
• Слой данных – Хранит всю историю блокчейна, чтобы прошлые транзакции нельзя было изменить или подделать.
• Слой транзакций—Этот слой обрабатывает переводы токенов и смарт-контракты, чтобы убедиться, что они могут выполняться только в соответствии с правилами сети.
• Слой приложений – Этот слой является интерфейсом для децентрализованных приложений (dApps), платформ DeFi и других сервисов блокчейна.
• Нативные токены – Это валюты, которые питают блокчейн. Токены используются для оплаты комиссий за транзакции, вознаграждения валидаторов и содействия участию в управлении.

Ethereum, Solana и Bitcoin являются примерами цепей Слой 1, каждая из которых имеет свою архитектуру безопасности, нативные токены и механизмы консенсуса.

Как отличается слой 1 от слоя 2

Сети Слой 1 образуют основу, тогда как Слой 2 строится на этой основе, чтобы устранить такие ограничения, как скорость, стоимость и эффективность. Вот как они сравниваются:

Особенность	Слой 1 (L1)	Слой 2 (L2)
Зависимость	Работает независимо как основной блокчейн	Построен поверх сети Слой 1
Обработка транзакций	Все транзакции обрабатываются непосредственно в основном блокчейне	Транзакции обрабатываются вне цепочки, затем группируются* и завершаются в L1
Скорость	Медленнее, поскольку все узлы должны проверять каждую транзакцию	Значительно быстрее благодаря снижению требований к проверке
Стоимость	Более высокие комиссии, особенно в периоды пиковой нагрузки	Более низкие комиссии благодаря обработке вне цепочки и эффективной группировке*
Безопасность	Обеспечивает безопасность с помощью собственного консенсуса	Наследует безопасность от базовой сети Слой 1
Масштабируемость	Изменения базового протокола, такие как увеличение размера блока или изменение механизма консенсуса, могут улучшить масштабируемость	Включают использование внецепочечных сетей или сервисов для улучшения масштабируемости

*Группировка означает объединение множества мелких транзакций в одну и отправку их в основной блокчейн как единой записи, а не их индивидуальную обработку.

Почему слои 1 называют базовым уровнем

Цепи Слой 1 называются «базовым уровнем», потому что они служат фундаментальным слоем для экосистемы блокчейна, на котором строятся другие слои и приложения. Цепи L1 предоставляют основные услуги, такие как проверка транзакций, консенсус и безопасность, и обычно не зависят от другой базовой сети. 

Основные функции цепей слоя 1

Проверка транзакций и безопасность

Блокчейны Слой 1 являются фундаментальным механизмом для проверки и записи транзакций непосредственно в блокчейне. Каждая транзакция тщательно проверяется на подлинность и законность перед тем, как быть навсегда добавленной в распределенный реестр. 

Этот процесс необходим для предотвращения мошеннической деятельности, такой как двойное расходование средств или манипулирование историей транзакций. Блокчейны Слой 1 таким образом создают безопасный и надежный фундамент для децентрализованных систем.

Механизмы консенсуса (PoW против PoS)

Каждый L1 имеет в своей основе механизм консенсуса. Эти механизмы, такие как Proof of Work (PoW) или Proof of Stake (PoS), определяют, как транзакции проверяются и согласовываются. Например, Bitcoin использует механизм консенсуса Proof of Work (PoW); майнеры должны попытаться решить криптографическую задачу (математическую головоломку), чтобы проверить транзакцию. Ethereum, с другой стороны, использует механизм консенсуса Proof of Stake (PoS); валидаторы блокируют токены для проверки транзакций и обеспечения безопасности сети.

Экономика нативных токенов (например, ETH, BTC, SOL)

У каждого Слой 1 есть нативный токен, который поддерживает его экосистему. Bitcoin (BTC), Ethereum (ETH) и Solana (SOL) являются яркими примерами. Эти токены используются для оплаты комиссий за транзакции, стимулирования валидаторов или майнеров и поддержания безопасности сети. Они также формируют экономический фундамент для приложений, построенных на блокчейне.

Развертывание смарт-контрактов (Ethereum, Solana, Avalanche)

Блокчейны, такие как Ethereum, Avalanche и Solana, созданы не только для обработки транзакций. Они поддерживают развертывание смарт-контрактов, что означает, что разработчики могут запускать децентрализованные приложения (dApps), протоколы DeFi, проекты NFT и другие сервисы Web3 непосредственно в блокчейне. Эти сети эволюционировали в комплексные среды разработки, а не просто в реестры транзакций.

*Что такое смарт-контракт? Представьте его как автоматизированную программу, которая выполняет определенные действия в блокчейне при выполнении определенных условий.

Примеры ведущих блокчейнов слоя 1

Bitcoin – оригинальный слой 1 для платежей

Bitcoin, запущенный в 2009 году, является первым и наиболее широко используемым блокчейном Слой 1. Он был разработан как децентрализованная цифровая валюта и система платежей от пика к пику без банков или посредников. Транзакции записываются в публичный реестр и проверяются майнерами с использованием Proof of Work, где майнеры соревнуются в решении сложных головоломок и получают награды в биткоинах за обеспечение безопасности сети.

Ethereum – пионер смарт-контрактов

Ethereum совершил революцию в блокчейне, представив смарт-контракты, что сделало возможным создание dApps в блокчейне. Запущенный в 2015 году, Ethereum стал основой для DeFi, NFT, DAO и экосистем Web3. У Ethereum также есть собственная криптовалюта, Ether, и он стал второй по величине платформой блокчейна в мире по рыночной капитализации.

Solana – высокопроизводительный L1 для скорости и dApps

Solana предназначена для высокой пропускной способности и дешевых транзакций, способная обрабатывать тысячи транзакций в секунду. Она достигает этого с помощью гибридной модели Proof of Stake (PoS) и Proof of History (PoH), которая обеспечивает точное упорядочивание времени транзакций. 

Avalanche – подсети и пользовательские цепи

Благодаря архитектуре подсетей Avalanche предоставляет инфраструктуру Слой 0, которая позволяет разработчикам и предприятиям запускать настраиваемые блокчейны, адаптированные для конкретных случаев использования. Эти подсети могут иметь свои собственные модели управления и токены, что делает Avalanche особенно привлекательной для бизнеса, нуждающегося в гибкости. 

Благодаря быстрой окончательности транзакций (в течение нескольких секунд) и низким комиссиям, Avalanche позиционирует себя как конкурент Ethereum как для внедрения DeFi, так и для корпоративных блокчейн-решений.

Polkadot & Cosmos – слои 1, ориентированные на интероперабельность

Polkadot и Cosmos имеют интероперабельность как свою главную особенность. Polkadot соединяет специализированные блокчейны, называемые парачейнами, со своей основной ретрансляционной цепью, позволяя им делиться безопасностью и общаться. 

Напротив, Cosmos использует протокол межблочной связи (IBC) для связывания независимых блокчейнов вместе. Оба стремятся решить «проблему изоляции» в блокчейне, создавая экосистему, в которой несколько блокчейнов могут бесшовно взаимодействовать, обмениваться активами и делиться данными.

Проблемы блокчейнов слоя 1

Ограничения масштабируемости и пропускной способности

Блокчейны Слой 1 часто испытывают трудности с обработкой большого объема транзакций в секунду (TPS). Например, Bitcoin обрабатывает примерно 7 TPS, а Ethereum обрабатывает 15–30 TPS на своем базовом уровне. Сравните это с традиционными платежными системами, такими как Visa, которая обрабатывает около 1700 TPS в обычных операциях с пиковой мощностью 65 000 TPS, и эти цифры для L1 далеки от того, что необходимо для глобальных платежных систем или массового внедрения. 

Появилось несколько вмешательств для решения этой проблемы, включая решения на уровне блокчейна (L1), такие как шардирование, хардфорки и обновления механизма консенсуса (например, переход Ethereum от proof-of-work к proof-of-stake), а также решения вне блокчейна (L2), такие как руллеты, пакетная обработка и сеть Lightning.

Высокие комиссии за газ и перегрузка сети

Когда сетевой спрос увеличивается, стоимость транзакций может стать непомерно высокой. Пользователи Ethereum столкнулись с этим на собственном опыте во время DeFi Summer в 2020 году и бума NFT в 2021 году, когда простые действия, такие как обмен токенов или покупка NFT, могли стоить $50–200+ в комиссиях за газ. Эти высокие затраты фактически исключали мелких пользователей и заставляли многих искать альтернативы, такие как Binance Smart Chain или новые решения Layer 2, такие как Arbitrum и Polygon, которые обрабатывают транзакции дешевле, строясь поверх Ethereum.

Компромиссы между безопасностью и децентрализацией

Bitcoin и Ethereum поддерживают безопасность и доверие, вовлекая тысячи децентрализованных участников в консенсус, но это замедляет скорость транзакций. 

Напротив, Binance Smart Chain предлагает более быстрые и дешевые транзакции, но полагается на гораздо меньшее количество валидаторов (около 21), что вызывает вопросы о централизации и риске цензуры. Эта небольшая группа валидаторов может сговориться или подвергнуться давлению для блокировки конкретных транзакций, делая сеть уязвимой для централизованного контроля.

Вопросы энергоэффективности и устойчивости

Горнодобывающая деятельность в сети Bitcoin на основе механизма Proof-of-Work теперь потребляет около 187 ТВт·ч электроэнергии в год, что примерно эквивалентно годовому потреблению электроэнергии в Таиланде и составляет около 0,6% от мирового потребления электроэнергии. Это вызывает всё большую критику со стороны экологических организаций и регуляторов.

В ответ на эти опасения Ethereum завершила «The Merge» в 2022 году, перейдя с Proof-of-Work на Proof-of-Stake и сократив потребление энергии более чем на 99%. Однако этот сдвиг вызвал новые дебаты о том, является ли сеть предрасположенной к увеличению централизации как компромиссу за устойчивость. С механизмом консенсуса Proof-of-Stake крупные пулы стейкинга могут потенциально концентрировать контроль над сетью.

Слой 1 против слоя 2: ключевые различия

Расчеты, безопасность и окончательность

• Слой 1: Базовый блокчейн (например, Bitcoin, Ethereum) отвечает за проверку транзакций, ведение реестра и обеспечение консенсуса. Расчеты и окончательное подтверждение происходят непосредственно в блокчейне, что означает, что транзакции, записанные здесь, считаются окончательным «источником истины».
• Слой 2: Построенный поверх Слой 1, Слой 2 наследует гарантии безопасности и расчетов базового уровня, но обрабатывает транзакции вне блокчейна небольшими пакетами. Результаты затем объединяются и возвращаются в Слой 1 для окончательного расчета.

Arbitrum и Optimism выполняют тысячи транзакций вне цепочки, но результаты периодически рассчитываются в основной сети Ethereum.

Стоимость и скорость транзакций

• Слой 1: Ограниченное пространство блоков означает, что высокий спрос приводит к более высоким комиссиям и более медленному подтверждению транзакций. Например, комиссии за газ резко возрастают во время всплесков активности с NFT или DeFi в Ethereum, что делает мелкие транзакции нецелесообразными.
• Слой 2: Обработка транзакций вне блокчейна или их пакетная обработка позволяет решениям L2 значительно снизить затраты и ускорить обработку. Вместо прямой конкуренции за место в блоках L1 пользователи получают выгоду от агрегированных расчетов.

Обмен, который может стоить более 30 долларов за газ в Ethereum Слой 1, может стоить менее 1 доллара в Arbitrum. Аналогично, Lightning Network Bitcoin обеспечивает мгновенные платежи с почти нулевой комиссией по сравнению с более медленной и дорогой базовой цепью Bitcoin.

Примеры пар L1/L2 (Ethereum + Arbitrum/Optimism, Bitcoin + Lightning Network)

• Ethereum + Arbitrum/Optimism: Ethereum обеспечивает безопасность и расчеты. Arbitrum и Optimism (роллупы) обеспечивают масштабируемость, выполняя транзакции вне цепочки, а затем возвращая их в Ethereum для окончательного расчета.
• Bitcoin + Lightning Network: Bitcoin обеспечивает безопасные и неизменяемые расчеты, а Lightning Network позволяет осуществлять быстрые микроплатежи вне цепочки, которые можно использовать для повседневных задач, таких как чаевые или розничные платежи.
• Polygon (PoS Chain) + Ethereum: Polygon предлагает более быстрые и дешевые транзакции с мостами к Ethereum, что делает его гибридным решением для масштабирования уровня 2/боковой цепи.

Будущее цепей слоя 1

Дорожная карта Ethereum и шардинг

Изначально Ethereum планировала использовать шардинг, разделяя блокчейн на меньшие параллельные цепи для увеличения скорости транзакций. Однако этот подход был отброшен, когда роллупы Слой 2 (решения, обрабатывающие транзакции вне цепочки) оказались более эффективными для масштабирования.

Вместо этого Ethereum принял стратегию, ориентированную на роллупы. Цель состоит в том, чтобы сделать Ethereum самым безопасным базовым уровнем, обеспечив при этом дешевое хранение данных для роллупов. Этот новый подход называется данкшардинг – он не разделяет Ethereum на шарды для обработки транзакций, а увеличивает объем данных роллупов, которые сеть может эффективно обрабатывать.

Первый шаг, прототип данкшардинга (EIP-4844), был запущен 13 марта 2024 года с обновлением Dencun. Он ввел «блобы» – более дешевый способ хранения данных роллупов, что уже снизило комиссии Слой 2 в 10–100 раз.

Со временем Ethereum расширит емкость блобов и полностью реализует данкшардинг, стремясь к более чем 100 000 транзакций в секунду через роллупы сохраняя при этом децентрализацию и безопасность.

Рост многоцепочечных экосистем

Сфера блокчейнов смещается в сторону специализированных сетей вместо того, чтобы полагаться на одну цепь для выполнения всех задач. Bitcoin действует как цифровое золото для институциональных инвесторов. Ethereum лидирует в DeFi с общей заблокированной стоимостью (TVL) более 90 миллиардов долларов, Solana обеспечивает быструю разработку игр и NFT, а Avalanche привлекает предприятия настраиваемыми подсетями.

Крупные протоколы, такие как Aave и Uniswap, больше не ограничиваются одним блокчейном. Вместо этого они работают в нескольких сетях одновременно, позволяя пользователям выбирать, где взаимодействовать. На Polygon они получают выгоду от низких комиссий; на Solana – от более быстрой обработки; а на Ethereum – от максимальной безопасности и децентрализации. На практике пользователь может хранить богатство в Bitcoin, получать доходность в Ethereum и играть в игры на Solana, все в рамках одной экосистемы.

Это создает более сильную и эффективную экономику блокчейна, вместо того чтобы заставлять одну сеть одновременно обеспечивать безопасность, масштабируемость и низкую стоимость.

Роль интероперабельности (кросс-чейн мосты, IBC)

По мере того как различные блокчейны специализируются в различных функциях, пользователям нужны способы перемещения своих активов и данных между блокчейнами. Кросс-чейн мосты служат цифровыми магистралями, соединяющими несколько сетей блокчейна. С помощью кросс-чейн моста пользователи могут переводить токены с более дорогой блокчейн-сети, такой как Ethereum, на более дешевые блокчейны, такие как Polygon, или на более быстрые блокчейны, такие как Solana, и обратно по мере необходимости. 

Некоторые из популярных мостов – это PoS Bridge от Polygon, который обеспечивает переводы из Ethereum в Polygon, в то время как протоколы, такие как межблочная связь Cosmos (IBC), связывают десятки блокчейнов и создают экосистему с основным фокусом. Существуют также такие сервисы, как LayerZero и Wormhole, которые предоставляют услуги кросс-чейн мостов через различные сети.

Однако у этих мостов есть серьезная проблема: они являются первыми целями для хакеров, поскольку хранят большие объемы криптовалюты. Крупные атаки, такие как мост Ronin (украдено на 625 млн долларов) и Wormhole (украдено на 320 млн долларов), показывают, что безопасность мостов все еще развивается. Несмотря на эти риски, мосты остаются необходимыми для пользователей, которые хотят использовать различные преимущества блокчейнов.

Институциональное внедрение сетей слоя 1

Bitcoin остается наиболее глубоко внедренным Слой 1 среди институтов. Корпорации, такие как Strategy (ранее MicroStrategy), Metaplanet и MARA Holdings, хранят значительные объемы Bitcoin в своих казначействах, рассматривая его как «цифровое золото» и защиту от инфляции.

Ethereum также продемонстрировал сильный институциональный импульс. Публичные компании хранят почти 966 000 ETH, оцененных примерно в 3,5 миллиарда долларов. Ether Machine, Bitmine Immersion Technologies и другие заняли сильные позиции в Ethereum как в качестве альтернативного средства сбережения стоимости и платформы децентрализованных финансов.

Значительное институциональное использование может постоянно способствовать развитию Слой 1 в более сильную, более безопасную, глобально интегрированную инфраструктуру для цифровых финансов, при этом Слой 2 и протоколы интероперабельности расширяют свои возможности.