💬 Введение в решения второго уровня биткойнов

Введение в решения второго уровня биткойнов

Биткойн, пионер технологии блокчейн, столкнулся с проблемами по мере роста его распространения. Из-за своей оригинальной конструкции, допускающей только семь транзакций в секунду, сеть часто испытывает проблемы с масштабируемостью, что приводит к высоким комиссиям и замедлению времени транзакций. Для решения этих проблем появились решения второго уровня Биткойн (L2). Эти проекты направлены на улучшение блокчейна Биткойн путем разработки уровня исполнения, который обрабатывает транзакции вне основной цепочки, тем самым увеличивая пропускную способность и обеспечивая безопасность. Эти L2 также обеспечивают новые функции, такие как смарт-контракты.

Что такое второй слой Биткойна?

Второй уровень Биткойна (L2) — это вторичные протоколы или сети, построенные поверх блокчейна Биткойна для устранения ограничений его масштабируемости и повышения пропускной способности транзакций, комиссий и скорости. Некоторые биткойн-L2 также предоставляют функциональные возможности смарт-контрактов, что позволяет использовать новые варианты использования, такие как децентрализованное финансирование (defi) в биткойнах. Биткойн L2 масштабирует блокчейн Биткойна, создавая уровень исполнения, отдельный от основной сети. Этот уровень исполнения обрабатывает транзакции вне цепочки, а затем отправляет данные о транзакциях в блокчейн Биткойна для окончательного расчета.

Каковы основные различия между двумя слоями Биткойна и Эфириума?

Основные различия между решениями Bitcoin и Ethereum L2 проистекают из фундаментальных архитектурных различий между двумя блокчейнами базового уровня. Вот некоторые из ключевых отличий:

Наследование безопасности: в отличие от L2 Ethereum, где валидаторы активно проверяют транзакции L2, обеспечивая прямое наследование безопасности от основной сети Ethereum, сети L2 Биткойна в настоящее время не получают такой же прямой выгоды. Биткойны L2 полагаются на свои собственные независимые протоколы безопасности и механизмы проверки транзакций внутри самой сети L2.

Проверка транзакций: хотя Ethereum L2 может использовать возможности основной сети Ethereum для проверки сложных переходов состояний, доказательств мошенничества и доказательств с нулевым разглашением, в сети Биткойн отсутствуют такие расширенные возможности проверки. Это ограничивает типы решений L2, которые могут быть построены на Биткойне по сравнению с Эфириумом.

Функциональность смарт-контрактов: Ethereum был разработан как блокчейн общего назначения со встроенной поддержкой смарт-контрактов, в то время как Биткойн таковым не был. Таким образом, хотя оба стремятся к масштабируемости, второй уровень Биткойна дополнительно фокусируется на расширении возможностей программирования и смарт-контрактов в Биткойне.

Уровень расчетов: второй уровень Биткойн осуществляет транзакции в блокчейне Биткойн, используя его известную безопасность и децентрализацию, обеспечиваемые консенсусом доказательства работы. Второй уровень Ethereum размещается в основной сети Ethereum, используя, возможно, менее безопасную модель консенсуса с доказательством доли.

Необходимость второго уровня Bitcoin

Основная потребность в решениях второго уровня (L2) Биткойна возникает из-за присущих ему ограничений масштабируемости базового уровня (L1) блокчейна Биткойн. Прямое масштабирование базового уровня Биткойна потребует компромиссов в децентрализации и безопасности. L2 предлагают способ масштабирования Биткойна, сохраняя при этом надежную модель безопасности Биткойна посредством расчетов в основной цепочке.

Основные причины необходимости решений L2:

Масштабируемость и пропускная способность транзакций. Сеть Биткойн может обрабатывать только около 7 транзакций в секунду из-за 10-минутного времени блока и ограниченного размера блока. Такая низкая пропускная способность приводит к перегрузке сети, длительному времени подтверждения и высоким комиссиям за транзакции, что делает Биткойн непрактичным для микроплатежей и повседневных транзакций в больших масштабах.

Высокие комиссии за транзакции. В периоды высокой сетевой активности комиссии за транзакции с биткойнами могут значительно возрасти: 20 апреля 2024 года, в особенно перегруженное время, средние затраты превысят 120 долларов за транзакцию. Высокие комиссии делают мелкие транзакции экономически нецелесообразными.

Ограниченная функциональность смарт-контрактов: базовый уровень Биткойна был разработан в первую очередь для простой передачи ценностей, и ему не хватает расширенных возможностей смарт-контрактов, необходимых для децентрализованных приложений (dapps), децентрализованных финансов (defi) и других вариантов использования.

Раскрытие капитала Биткойна. Значительная часть огромного капитала Биткойна остается недостаточно использованной, поскольку он в основном используется в качестве средства сбережения. L2 стремятся разблокировать этот капитал, обеспечивая более быстрые транзакции, смарт-контракты и инновационные приложения, созданные на основе Биткойна.

Масштабирование без ущерба для безопасности. Прямое масштабирование базового уровня Биткойна потребует компромиссов в децентрализации или безопасности из-за трилеммы блокчейна.

Как работают два слоя биткойнов

Сеть блокчейн состоит из двух слоев: слоя исполнения и слоя консенсуса. Слой исполнения обрабатывает вычисления транзакций, в то время как слой консенсуса проверяет и одобряет эти транзакции. Bitcoin L2s разрабатывают отдельный слой исполнения, который обрабатывает транзакции вне цепочки и отправляет их на слой консенсуса Bitcoin для окончательного расчета. Это позволяет сетям L2 использовать различные технологии (например, накопления) для повышения эффективности.

Вот наиболее распространенные подходы к созданию второго слоя Биткойна.

Каналы состояния, такие как те, что используются в сети Lightning Network, позволяют двум сторонам совершать неограниченное количество транзакций Биткойн вне цепочки, без записи каждой транзакции в основной блокчейн Биткойна. Такой подход значительно повышает скорость транзакций и снижает затраты.

Чтобы открыть канал, обе стороны блокируют определенное количество биткойнов в адресе с мультиподписью (мультиподписью) в блокчейне биткойнов. Мультиподписной адрес в Биткойне — это тип адреса, который требует авторизации и подписания транзакции несколькими людьми, а не одним. Они договариваются о первоначальном распределении биткойнов между собой по этому каналу. Как только канал открыт, стороны могут совершать неограниченное количество транзакций вне сети, обмениваясь подписанными данными транзакций для обновления своих соответствующих балансов биткойнов в текущем состоянии канала. Эти транзакции не передаются в сеть Биткойн во время этого процесса.

По завершении транзакции обе стороны подписывают и передают окончательное состояние канала в блокчейн Биткойна. Это окончательное состояние отражает последнее согласованное распределение биткойнов между двумя сторонами. Выполняются условия мультиподписи, позволяющие перераспределять средства в соответствии с итоговыми остатками.

Боковые цепи Биткойна, такие как Liquid Network, работают на отдельных блокчейнах, привязанных к Биткойну. Эти сайдчейны используют свои собственные механизмы консенсуса, обеспечивая более быстрые транзакции и дополнительные функции, периодически ретранслируя и завершая транзакции в основной цепочке Биткойн. Вот как работают сайдчейны Биткойна:

Двусторонняя привязка: фундаментальная технология, которая позволяет передавать активы между основной цепочкой Bitcoin и боковой цепью, называется «двусторонней привязкой». Чтобы переместить активы из основной цепи Bitcoin в боковую цепь, пользователь сначала блокирует свои биткойны на специальном выходном адресе в блокчейне Bitcoin, отправив транзакцию. Это действие эффективно обездвиживает биткойны в основной цепи. Затем боковая цепь обнаруживает это событие блокировки и реагирует, выпуская и выпуская эквивалентное количество токенов в боковой цепи, часто называемых sBTC (sidechain BTC), представляющих заблокированные биткойны из основной цепи. Оказавшись в боковой цепи, пользователи могут свободно передавать и использовать эти токены для различных целей, таких как транзакции и смарт-контракты, извлекая выгоду из более быстрого и эффективного механизма консенсуса боковой цепи. Чтобы вернуть активы в основную цепь Bitcoin, пользователь сжигает или уничтожает токены боковой цепи. Это событие сжигания обнаруживается основной цепочкой, которая затем возвращает изначально заблокированные биткоины на адрес пользователя в основной цепочке.

Федерация/Валидаторы: Для безопасного управления и проверки процесса двусторонней привязки сайдчейны используют федерацию или группу валидаторов. Эта федерация выполняет несколько важнейших функций. Федерация или группа валидаторов играет решающую роль в управлении и обеспечении двустороннего процесса привязки между основной и боковой цепью. Они контролируют блокировку и разблокировку активов в обеих цепочках, обеспечивая точную запись транзакций. Они также проверяют, что объем перемещенных активов совпадает с обеими сторонами, что предотвращает такие проблемы, как двойные расходы. Эта федерация может управляться доверенными сторонами, сценариями с несколькими подписями или смарт-контрактами, и все они работают для поддержания целостности и безопасности процесса передачи активов.

Независимый консенсус: определяющей особенностью сайдчейнов является их независимый механизм консенсуса, который работает отдельно от основной цепи Bitcoin. Эта независимость позволяет сайдчейнам реализовывать пользовательские параметры блоков, включая различное время блока, размеры блоков и пропускную способность транзакций, оптимизированную для их конкретных вариантов использования. Они используют уникальные алгоритмы консенсуса, такие как Proof-of-Authority (PoA) или Delegated Proof-of-Stake (DpoS), которые могут быть более эффективными или подходящими для целей сайдчейна. Кроме того, сайдчейны вводят расширенные функции, такие как смарт-контракты, улучшения конфиденциальности и другие решения по масштабированию, которые изначально не доступны в основной цепи Bitcoin.

Объединения второго уровня Биткойна работают путем перемещения выполнения транзакций и данных из основного блокчейна Биткойн в отдельную цепочку или уровень объединения, при этом сохраняя привязку к Биткойну для обеспечения доступности данных и консенсуса.

Ключевые механизмы, задействованные в технологии объединения, включают выполнение транзакций в цепочке объединения, сжатие данных и привязку к первому уровню Биткойна. Пользователи отправляют транзакции для выполнения в цепочке объединения, а не непосредственно в блокчейне Биткойна. Цепочка сверток обрабатывает эти транзакции, соответствующим образом обновляя балансы счетов. После обработки множества транзакций вне цепочки объединение сжимает или «свертывает» данные транзакции в компактное криптографическое доказательство или обязательство, которое представляет собой чистый эффект всех этих транзакций на состояние. Это сжатое доказательство затем периодически передается в блокчейн Биткойна как одна транзакция. Смарт-контракт или механизм проверки на уровне Биткойна позволяет эффективно проверять и применять переход состояний, представленный доказательством объединения.

Однако объединение биткойнов сталкивается с ключевой проблемой, поскольку базовый уровень Биткойна не имеет возможности самостоятельно проверять криптографические доказательства или обязательства, создаваемые системами объединения. В настоящее время изучается несколько подходов для включения объединений в Биткойн, включая суверенные объединения и расширение сценария Биткойн.

Суверенные накопительные пакеты используют Биткойн в качестве уровня доступности данных, не полагаясь на него для подтверждения достоверности. Эти накопительные пакеты работают независимо, обрабатывая транзакции вне цепочки и публикуя в Биткойне только сжатые данные транзакций. Они управляют своими собственными механизмами консенсуса и средами выполнения транзакций вне сети, используя Биткойн для привязки и хранения сжатых сводных данных. Для перемещения таких активов, как BTC, в объединение и из него используется децентрализованная система привязки, такая как sBTC, которая опирается на децентрализованную группу подписантов, а не на базовый уровень Биткойна.

Расширение языка сценариев и кодов операций Биткойна для включения накопительных пакетов достоверности позволяет базовому уровню Биткойна проверять и обеспечивать соблюдение переходов состояний накопительного пакета. Скорее всего, это потребует мягкого обновления Биткойна для добавления новых кодов операций, таких как OP_CAT или WTC, для лучшей программируемости.

Типы решений второго уровня биткойнов

Как упоминалось выше, в целом существует три основных подхода к реализации решений второго уровня Биткойна. Подробную информацию о том, как работают эти подходы, см. в разделе выше.

Государственные каналы: Государственные каналы позволяют двум сторонам создать платежный канал на основе основного блокчейна Биткойн. Транзакции происходят внутри этого канала, и только окончательный чистый результат записывается в блокчейн, когда канал закрывается. Это позволяет проводить неограниченное количество транзакций без раздувания основной цепочки.

Сайдчейны: Сайдчейны — это отдельные блокчейны, которые работают параллельно с Биткойном и соединены двусторонним мостом. Этот мост позволяет передавать активы между боковой цепью и основной цепочкой Биткойн. Сайдчейны могут иметь свои собственные правила, механизмы консенсуса, собственные токены и поддерживать дополнительные функции, такие как смарт-контракты.

Объединения: цепочки объединений объединяют многочисленные транзакции вне сети в одну транзакцию, генерируя криптографическое доказательство достоверности. Эта объединенная транзакция затем передается в блокчейн Биткойна для расчета.

Кроме того, существуют другие механизмы масштабирования L2, которые не попадают в категории сайдчейнов, каналов состояний или объединений. К ним относятся валидаторы на стороне клиента, механизмы электронных денег Chaumian, завернутые токены и схемы привязанных цепочек.

Преимущества второго слоя биткойнов

Первый уровень Биткойна, известный своей безопасностью и децентрализацией, страдает от нескольких ограничений производительности. Подтверждение транзакций в основной цепочке Биткойн занимает около 10 минут, в них отсутствует функциональность смарт-контракта, и часто взимаются высокие комиссии за транзакции из-за перегрузки сети. Для решения этих проблем были разработаны решения второго уровня Биткойн, обеспечивающие ряд улучшений, которые значительно улучшают удобство использования и функциональность сети Биткойн.

Масштабируемость: одним из самых значительных преимуществ решений Bitcoin второго уровня является их способность значительно увеличивать пропускную способность транзакций сети. Обрабатывая транзакции вне основного блокчейна, проекты второго уровня могут обрабатывать гораздо больший объем транзакций в секунду по сравнению с базовым уровнем Bitcoin. Такая разгрузка снижает перегрузку в основной цепочке, что приводит к более плавным и эффективным сетевым операциям. Повышенная масштабируемость имеет решающее значение для широкого внедрения Bitcoin для повседневных транзакций и высокочастотной торговли.

Более низкие комиссии за транзакции: поскольку транзакции второго уровня не требуют записи всех данных транзакций в блокчейн Bitcoin, они значительно сокращают объем данных, которые необходимо хранить. Это приводит к более низким комиссиям за транзакции, делая микротранзакции и другие переводы небольших сумм экономически выгодными. Пользователи получают выгоду от снижения затрат, что особенно важно для таких приложений, как денежные переводы и микроплатежи, где высокие комиссии могут быть непомерными.

Более быстрые подтверждения: решения второго уровня предлагают практически мгновенные подтверждения транзакций, что резко контрастирует с 10-минутным средним временем блокировки в основной цепочке Биткойн. Такое быстрое время подтверждения важно для случаев использования, требующих быстрого расчета, таких как транзакции в точках продаж и онлайн-торговля. Возможность получения более быстрых подтверждений улучшает пользовательский опыт и расширяет диапазон практических применений Биткойна.

Повышенная конфиденциальность. Некоторые реализации второго уровня предоставляют расширенные функции конфиденциальности. Такие методы, как луковая маршрутизация и анонимность платежного канала, затрудняют отслеживание транзакций, предлагая пользователям более высокий уровень конфиденциальности.

Возможности смарт-контрактов: некоторые проекты второго уровня Биткойна обеспечивают функциональность смарт-контрактов поверх Биткойна. Это дополнение открывает новые варианты использования, включая децентрализованные приложения и протоколы Defi.

Наследственная безопасность: решения второго уровня получают некоторую часть своей безопасности от базовой цепочки блоков Биткойн. Привязывая транзакции к надежному и децентрализованному консенсусу «доказательство работы» Биткойна, сети второго уровня могут извлечь выгоду из огромной вычислительной мощности, которая защищает сеть Биткойн.

Проблемы второго слоя Биткойна

Несмотря на свои преимущества, сети Биткойн L2 сталкиваются с проблемами, особенно в плане безопасного соединения между Биткойн и сетями L2, а также скорости и способности устанавливать доказательства в сети Биткойн. Мосты могут быть подвержены рискам безопасности, и для будущей масштабируемости необходимо улучшить скорость расчетов и стоимость.

Некоторые из самых больших проблем, с которыми сталкиваются решения BitcoinL2, включают:

Безопасное соединение между биткойнами и сетями L2. Сети биткойнов L2, такие как сайдчейны, используют мосты для соединения с основной цепью биткойнов. Эти мосты работают путем блокировки активов в биткойнах и создания эквивалентных токенов в цепочке L2. Однако эта мостовая конструкция имеет риски для безопасности и проблемы с взаимодействием с пользователем. Многие взломы и потери криптовалют произошли из-за уязвимостей в межцепочных мостах.

Скорость и стоимость расчетов в сети Биткойн. Хотя решения L2 обрабатывают транзакции вне цепочки, в конечном итоге им необходимо согласовать окончательное состояние в основной цепочке Биткойн. Скорость и стоимость этого процесса расчетов на базовом уровне Биткойна являются важными факторами, влияющими на эффективность сетей L2.

Поддержание безопасности без прямой проверки Bitcoin: в отличие от Ethereum L2, где валидаторы проверяют транзакции L2, Bitcoin L2 не полностью наследуют безопасность от узлов Bitcoin, которые проверяют транзакции. Bitcoin L2 должны полагаться на свои собственные независимые протоколы безопасности, что затрудняет достижение того же уровня безопасности, что и базовый уровень Bitcoin.

Повышенные риски централизации. Некоторые решения L2 требуют создания платежных каналов и узлов ретрансляции или запуска собственного механизма консенсуса. Это может привести к концентрации контроля в руках нескольких организаций, потенциально подрывая децентрализованные принципы Биткойна.

Технические сложности и проблемы интеграции: Интеграция решений L2 с существующей инфраструктурой Bitcoin связана со значительными техническими сложностями, такими как обеспечение совместимости, поддержание стандартов безопасности и достижение консенсуса в сообществе по предлагаемым обновлениям.

Что вы думаете о проектах второго уровня Биткойна? Поделитесь своими мыслями и мнениями по этому поводу в разделе комментариев ниже.