Блокчейны Layer 2

Введение

Идеальный блокчейн максимально децентрализован, безопасен и масштабируем. Построить сеть, которая одинаково хорошо справляется со всеми тремя задачами, пока никому не удалось. У этой задачи есть имя: трилемма блокчейна.

Bitcoin и Ethereum довольно децентрализованы и безопасны, но плохо масштабируются: при загрузке сети комиссии растут, а очереди удлиняются. Обойти это помогают технологии, которые резко снижают стоимость транзакций и ускоряют их. Вместе их называют решениями для масштабирования Layer 2 (L2).

Lightning Network это самое известное решение для Bitcoin: оно масштабирует платежи через платёжные каналы. Ethereum смягчает трилемму, отдавая транзакции разным решениям L2. Им помогают дешёвые временные пакеты данных блобы, добавленные в основную сеть в 2024 году (облегчённая версия задуманного когда-то «шардинга»).

Платёжные каналы

В блокчейне Bitcoin сеть Lightning Network опирается на двусторонние платёжные каналы: участники обмениваются BTC, не проводя транзакции в основной цепочке.

Двое пользователей открывают между собой платёжный канал. Канал всегда только на двоих, но платежи можно маршрутизировать через цепочку связанных каналов и достать до дальних пользователей. Пока канал открыт, стороны свободно двигают средства между собой. Запись в микрореестре обновляется после подписи обоих, а значит, узлы обеих сторон обычно должны быть на связи. Закрыть канал может любая из сторон в любой момент: она публикует в блокчейн последнюю версию микрореестра.

Платёжные каналы не поддерживают сложные операции со смарт-контрактами, только простые переводы между участниками.

Проверка знаний 1

Чтобы платить через Lightning Network в Bitcoin, нужно быть онлайн.

• [ ] Правда

• [ ] Неправда

Решения для масштабирования Ethereum

Разработчики Ethereum работают над собственными решениями для масштабирования почти столько же, сколько живёт сама сеть.

Большинство в сообществе Ethereum считает так: чтобы называться «решением для масштабирования Ethereum», проект должен закрыть слабую масштабируемость сети, не жертвуя безопасностью и децентрализацией. Пользователям на практике нужны две вещи: транзакции быстрее и газ дешевле, чем в основной сети Ethereum. Ради конкуренции одни решения идут на большие уступки в трилемме, другие на меньшие.

Ethereum определяют его смарт-контракты, поэтому решения для масштабирования должны их поддерживать. Быстрые и дешёвые транзакции бесполезны, если из Layer 2 не добраться до любимых dApps.

Проверка знаний 2

Решения для масштабирования Ethereum:

• [ ] масштабируют сеть через платёжные каналы.

• [ ] не поддерживают работу со смарт-контрактами.

• [ ] повышают масштабируемость, не теряя других качеств.

• [ ] ускоряют транзакции ценой более дорогого газа.

Мост между Layer 1 и Layer 2

Как мы узнали в уроке Основы блокчейна, блокчейны это базы данных, или реестры, которые хранят криптографически защищённый хронологический список транзакций. Блокчейны L1 и решения L2 это самостоятельные блокчейны со своими базами адресов и данных.

Переносить информацию между базами разных блокчейнов помогает инфраструктура: мосты. Представьте основную сеть Ethereum (или любой другой блокчейн L1) как один остров, а другой блокчейн или ваше решение для масштабирования как второй. Крипто-мост это общее название для сетевой магистрали между двумя цифровыми островами.

Технология очень сложная, но для пользователя всё сводится к выбору точки назначения.

Сайдчейны

Сайдчейн это отдельный блокчейн: работает независимо от Ethereum, но связан с основной сетью через мост. Чтобы перенести токены, вы блокируете их в контракте моста, а в сайдчейне выпускаются эквивалентные. Важно: безопасность Ethereum на эти средства НЕ распространяется, мост и сайдчейн держатся на валидаторах самого сайдчейна. Если взломают любой из них (как мост Ronin на 625 миллионов долларов в 2022 году), заблокированные средства украдут.

Трилемма блокчейна действует и здесь. Дешёвый газ и быстрые транзакции получаются за счёт небольшого, но мощного набора валидаторов: часть децентрализации и безопасности меняют на масштабируемость.

Сайдчейны вроде Polygon PoS регулярно публикуют в Ethereum снимки состояния («чекпоинты»). Они дают истории подобие финальности и помогают подтвердить баланс при выходе через мост, но защищённее основной сети средства не становятся.

Проверка знаний 3

Сайдчейны:

• [ ] блокируют перенесённые токены в контракте основной сети.

• [ ] берут за газ меньше, чем основная сеть.

• [ ] рискуют централизацией сильнее основной сети.

• [ ] Всё перечисленное.

Роллапы

Протоколы Layer 2 на технологии роллапов держатся ближе к уровню безопасности основной сети Ethereum.

Как и сайдчейны, роллапы выполняют транзакции вне основной сети Ethereum. Затем транзакции «сворачивают» в один пакет, и его данные публикуют в Ethereum в виде дешёвых временных пакетов, которые называются блобы. Они появились в обновлении Dencun в марте 2024 года и уронили типичные комиссии L2 до нескольких центов и ниже.

Чтобы роллап доказал право обрабатывать транзакции от имени основной сети, он должен предъявить «убедительное свидетельство»: транзакции в каждом пакете безопасны и корректны. Это свидетельство едет вместе с пакетом, а проверяет его контракт моста в основной сети Ethereum.

Сегодня такое свидетельство дают два вида роллапов: оптимистичные роллапы и ZK-роллапы. Посмотрим на них внимательнее.

Оптимистичные роллапы

Протоколы L2 вроде Optimism, Base и Arbitrum построены на архитектуре оптимистичных роллапов. Название говорит само за себя: данные в пакете считаются верными, пока не доказано обратное. Это оптимистичное допущение.

Чтобы этим нельзя было злоупотребить, вывод средств из L2 в основную сеть обычно занимает несколько дней. За это время валидаторы моста могут опубликовать доказательство мошенничества и отменить вывод. Механизм похож на клиринг в банках, только децентрализованный.

Заметка: сторонние сервисы вроде Across и Relay переносят средства за минуты, а не за дни. Быстрый мост выдаёт вам деньги из собственного пула, поэтому вы берёте на себя риск его смарт-контрактов и поставщиков средств. Это дополнительное доверие по сравнению с родным мостом роллапа.

Проверка знаний 4

В оптимистичных роллапах транзакции считаются верными, пока не доказано обратное.

• [ ] Правда

• [ ] Неправда

ZK-роллапы

ZK-роллапы опираются на технологию нулевого разглашения. В отличие от оптимистичных роллапов, они подтверждают законность пакета без участников, которые ищут мошенничество. Роллап отправляет математическое доказательство достоверности: Ethereum проверяет весь пакет, не повторяя вычислений.

Главный плюс это время расчётов, оно же финальность транзакции. Вместо многодневного окна оспаривания средства обычно доступны в основной сети через несколько часов, как только отправлено следующее доказательство. Несмотря на название, нулевое разглашение здесь не про приватность: транзакции в крупных ZK-роллапах так же публичны, как в основной сети Ethereum.

На этой технологии строят решения крупные протоколы: ZKsync, Starknet и Linea. Разработка ещё ранняя, но потенциал большой.

Проверка знаний 5

По сравнению с оптимистичными роллапами ZK-роллапы:

• [ ] делают транзакции приватными в основной сети.

• [ ] используют доказательства достоверности вместо окна оспаривания.

• [ ] полагаются на наблюдателей и доказательства мошенничества.

Совместимость dApps между сетями

Сравнивая оптимистичные роллапы и ZK-роллапы, большинство смотрит на время вывода. Но задержку снимают сторонние мосты, поэтому решающим доводом при выборе решения она быть не должна.

Многие оптимистичные роллапы «эквивалентны EVM»: сеть L2 изначально поддерживает любое dApp, которое работает на виртуальной машине Ethereum (EVM). Значит, любой смарт-контракт из основной сети разворачивается и в L2, и пользователи получают доступ к любимым dApps.

Сайдчейны вроде Polygon PoS тоже запускают EVM, и почти все современные ZK-роллапы (ZKsync, Linea, Scroll) эквивалентны EVM или очень близки к этому. В итоге любимые dApps из Ethereum доступны почти во всей экосистеме L2.

Проверка знаний 6

Решения, эквивалентные EVM, легко переиспользуют смарт-контракты из основной сети.

• [ ] Правда

• [ ] Неправда

Итоги урока

Блокчейны L1 вроде Bitcoin и Ethereum ограничены трилеммой блокчейна. Платёжные каналы в сети Bitcoin, а также сайдчейны и роллапы в Ethereum помогают этим сетям масштабироваться и смягчают трилемму.

Мосты соединяют блокчейны L1 с сайдчейнами и роллапами, а от устройства контракта моста зависят свойства подключённой сети.

Средства в сайдчейне не наследуют безопасность Ethereum: перенесённые токены заблокированы в контракте основной сети, но их сохранность зависит от валидаторов сайдчейна и контракта моста. Небольшой, но мощный набор валидаторов ускоряет транзакции и снижает комиссии за газ ценой децентрализации и безопасности.

Роллапы, как и сайдчейны, сами проверяют и обрабатывают транзакции, но контракт моста требует от них «убедительного свидетельства» достоверности, иначе данные не принимаются. Так они удерживают безопасность и децентрализацию на уровне ценностей Ethereum. Свидетельство бывает двух видов. Оптимистичные роллапы держат многодневную задержку перед расчётом в основной сети, за это время валидаторы моста находят и сообщают о мошенничестве. ZK-роллапы дают математическую гарантию законности транзакций благодаря технологии нулевого разглашения.

Сегодня и оптимистичные, и современные ZK-роллапы хорошо совместимы со смарт-контрактами основной сети, поэтому dApps из Ethereum легко разворачиваются у них. Многие считают ZK-роллапы решением будущего: быстрая финальность и сильные гарантии достоверности.

Начните путь в Layer 2 с Optimism или Base 🙂

Optimism и Base это оптимистичные роллапы, эквивалентные EVM, и отличный старт для Исследователя. Работа с dApps там ощущается как в L1, только дешевле и быстрее, а газ в обеих сетях платят в ETH. Ваше задание это первый шаг пути в Optimism или Base!

Обе экосистемы выросли на ценностях Ethereum, а Optimism известен тем, что финансирует общественные блага, полезные экосистеме, например бесплатное образование от Bankless Academy.

Optimism и Base это не просто платформы на оптимистичных роллапах: они показывают, как блокчейны решают реальные задачи и открывают новые способы платить и договариваться вместе. И это повод для оптимизма. 🙂