Memahami Arsitektur Blockchain: Panduan Lengkap untuk Layer 0, 1, dan 2

Teknologi Blockchain mirip dengan bawang—keduanya memiliki lapisan-lapisan yang khas yang melayani tujuan tertentu. Mari kita eksplorasi arsitektur berlapis dari blockchain untuk memahami bagaimana setiap komponen berfungsi dalam ekosistem revolusioner ini.

Dasar: Blockchain Lapisan 1

Layer 1 mewakili jaringan blockchain dasar—fondasi yang dapat secara independen memvalidasi dan menyelesaikan transaksi menggunakan infrastrukturnya sendiri. Bitcoin, Ethereum, dan Cardano merupakan contoh proyek blockchain Layer 1.

Jaringan ini memiliki token asli mereka sendiri (coins) yang harus digunakan pengguna untuk membayar biaya transaksi saat berinteraksi dengan blockchain.

Tantangan Skala pada Lapisan Dasar

Jaringan Layer 1 sering mengalami keterbatasan skala. Ketika volume transaksi melebihi kapasitas pemrosesan, pengguna mengalami biaya yang lebih tinggi dan konfirmasi yang lebih lambat.

Tantangan ini berkaitan dengan apa yang disebut Vitalik Buterin sebagai Blockchain Trilemma—keseimbangan yang sulit antara:

• Desentralisasi (kontrol jaringan terdistribusi)
• Keamanan (resistensi terhadap serangan)
• Skalabilitas (throughput transaksi)

Semua solusi penskalaan harus menavigasi kompromi antara tiga properti kritis ini. Misalnya, menerapkan supernode yang kuat dapat meningkatkan kapasitas jaringan tetapi akan mengorbankan desentralisasi—sebuah prinsip blockchain yang mendasar.

Pendekatan Penskalaan Lapisan 1

Blockchain dasar menggunakan beberapa strategi untuk meningkatkan skalabilitasnya:

Ekspansi Ukuran Blok

Meningkatkan kapasitas blok memungkinkan lebih banyak transaksi per blok, tetapi pendekatan ini memiliki batasan:

• Blok yang terlalu besar memerlukan waktu unduh yang lebih lama
• Persyaratan bandwidth jaringan meningkat secara substansial
• Hambatan partisipasi node meningkat, mengurangi desentralisasi

Optimasi Mekanisme Konsensus

Beberapa mekanisme konsensus skala lebih efisien daripada yang lain:

• Proof-of-Work ( yang digunakan oleh Bitcoin) menawarkan keamanan yang kuat tetapi throughput yang terbatas
• Proof-of-Stake ( yang diadopsi oleh Ethereum dan lainnya ) memberikan skalabilitas yang lebih baik dengan kebutuhan energi yang lebih rendah

Implementasi Sharding

Sharding membagi data blockchain menjadi segmen-segmen yang dapat dikelola yang disebut "shards," mendistribusikan beban kerja validasi di seluruh jaringan:

• Setiap node hanya memproses sebagian kecil transaksi
• Shard yang diproses disiarkan ke rantai utama untuk validasi akhir
• Pemrosesan paralel ini secara signifikan meningkatkan throughput transaksi

Di Luar Dasar: Solusi Layer 2

Protokol Layer 2 beroperasi di atas blockchain Layer 1, dirancang khusus untuk mengatasi keterbatasan skalabilitas. Solusi ini menciptakan kerangka sekunder yang memproses transaksi "off-chain" sebelum menyelesaikannya di lapisan dasar.

Teknologi Layer 2 meningkatkan:

• Kecepatan transaksi: Mengurangi waktu konfirmasi untuk transaksi individu
• Throughput transaksi: Meningkatkan kapasitas jaringan untuk memproses lebih banyak transaksi per detik
• Efisiensi biaya: Menurunkan biaya transaksi selama kemacetan jaringan

Strategi Implementasi Lapisan 2

Beberapa pendekatan memungkinkan solusi skala Layer 2:

Pembayaran dan Saluran Negara

Saluran memungkinkan banyak transaksi off-chain sebelum mencatat status akhir ke lapisan dasar:

• Saluran pembayaran fokus secara eksklusif pada transfer nilai antara pihak-pihak
• Saluran negara mendukung interaksi yang lebih luas termasuk operasi kontrak pintar

Solusi ini mengharuskan peserta untuk dikenal oleh jaringan dan mengunci token dalam kontrak multi-tanda tangan, membatasi partisipasi terbuka.

Plasma Frameworks

Dikembangkan oleh Joseph Poon dan Vitalik Buterin, Plasma menciptakan "rantai anak" yang mencerminkan blockchain induk:

• Kontrak pintar mengelola hubungan antara rantai induk dan rantai anak
• Transaksi terjadi di child chains untuk mengurangi kemacetan mainnet
• Struktur pohon numerik mengorganisir dan memvalidasi data transaksi

Meskipun efektif untuk kasus penggunaan tertentu, Plasma menghadapi keterbatasan dengan kontrak pintar yang kompleks dan memerlukan periode tunggu untuk penarikan.

Solusi Sidechain

Sidechains berfungsi sebagai blockchain independen dengan mekanisme konsensus mereka sendiri sambil mempertahankan kompatibilitas dengan rantai utama:

• Terhubung ke Layer 1 melalui mesin virtual yang kompatibel
• Mendukung kontrak dan transaksi yang kompatibel dengan rantai induk
• Beroperasi dengan parameter keamanan dan persyaratan blok mereka sendiri

Teknologi Rollup

Rollups menggabungkan beberapa transaksi off-chain menjadi satu transaksi on-chain, menghasilkan bukti kriptografi yang disebut SNARKs (Argumen Pengetahuan Non-interaktif yang Singkat):

ZK Rollups:

• Proses dan konfirmasi transaksi yang lebih cepat
• Efisiensi yang lebih besar dalam pemanfaatan sumber daya
• Migrasi yang lebih kompleks antara lapisan karena keterbatasan mesin virtual

Optimistic Rollups:

• Memanfaatkan mesin virtual untuk migrasi yang lebih lancar dari Layer 1 ke Layer 2
• Implementasikan mekanisme anti-kecurangan daripada bukti validitas
• Mengaktifkan kompatibilitas kontrak pintar yang lebih mudah

Lapisan Interoperabilitas: Protokol Lapisan 0

Protokol Layer 0 memfasilitasi komunikasi lintas rantai antara berbagai blockchain Layer 1 yang berbeda, mengatasi masalah isolasi yang sebelumnya membatasi pengguna pada ekosistem tertentu.

Berbeda dengan jaringan Layer 1, blockchain yang dibangun di atas protokol Layer 0 yang sama dapat menerapkan yang berbeda:

• Mekanisme konsensus
• Parameter dan struktur Blok
• Aturan jaringan dan sistem pemerintahan

Banyak platform Layer 0 mengharuskan pengguna untuk mempertaruhkan token asli sebagai langkah anti-spam saat mengakses ekosistem mereka.

Contoh Layer 0 yang Menonjol

Cosmos berdiri sebagai protokol Layer 0 yang paling dikenal, menawarkan alat sumber terbuka termasuk:

• Tendermint: Mesin konsensus untuk membangun blockchain
• Cosmos SDK: Alat pengembangan untuk membuat blockchain kustom
• IBC (Inter-Blockchain Communication): Protokol yang memungkinkan interaksi lintas rantai

Cosmos bertujuan untuk membangun "Internet of Blockchains" di mana jaringan independen berkomunikasi dengan lancar. Proyek besar yang dibangun menggunakan teknologi Cosmos mencakup platform perdagangan utama, solusi pembayaran, dan jaringan infrastruktur blockchain.

Perbatasan Aplikasi: Layer 3

Layer 3 mewakili protokol aplikasi yang memungkinkan layanan berbasis blockchain seperti aplikasi terdesentralisasi (dApps), game, solusi penyimpanan, dan antarmuka yang berhadapan langsung dengan pengguna.

Sering disebut sebagai "lapisan aplikasi," Lapisan 3 menyediakan fungsionalitas yang membuat blockchain berguna lebih dari sekadar transaksi sederhana:

• Menyediakan informasi untuk pemrosesan Layer 1 (misalnya, instruksi kontrak pintar)
• Menciptakan kasus penggunaan praktis untuk infrastruktur blockchain yang mendasarinya
• Menyampaikan nilai langsung kepada pengguna akhir melalui antarmuka yang intuitif

Sebagian besar blockchain Layer 1 mendukung pengembangan Layer 3 secara langsung di jaringan mereka, meskipun protokol dasar Bitcoin membatasi kemampuan tersebut. Blockchain lain seperti Ethereum, Solana, dan Cardano memiliki ekosistem Layer 3 yang berkembang yang memperkaya jaringan mereka.

Aplikasi Layer 3 modern semakin menawarkan fungsionalitas lintas-rantai, memungkinkan pengguna untuk berinteraksi dengan aset di berbagai blockchain. Ini mengharuskan pengembang untuk bekerja dengan beberapa bahasa pemrograman (seperti Solidity untuk Ethereum dan Haskell untuk Cardano) untuk memastikan operasi lintas-rantai yang mulus.

Tumpukan Blockchain yang Lengkap

Ekosistem blockchain terdiri dari lapisan-lapisan yang saling terhubung, masing-masing menjalankan fungsi yang berbeda:

• Lapisan 0: Memungkinkan interoperabilitas lintas rantai antara protokol Lapisan 1 (seperti, Cosmos)
• Layer 1: Membentuk jaringan blockchain dasar, memvalidasi dan menyelesaikan transaksi (misalnya, Bitcoin)
• Layer 2: Menyediakan solusi skala untuk jaringan Layer 1 melalui pemrosesan off-chain (misalnya, Lightning Network)
• Layer 3: Menyediakan aplikasi dan layanan berbasis blockchain kepada pengguna akhir (misalnya, pertukaran terdesentralisasi)

Sementara beberapa diskusi merujuk pada "Layer 4" dalam arsitektur blockchain, konsensus industri menghitung dari Layer 0 hingga Layer 3—mengikuti konvensi pemrograman di mana penghitungan dimulai dari nol.

Setiap lapisan mengatasi tantangan spesifik dalam ekosistem blockchain, bekerja sama untuk menciptakan tumpukan teknologi yang komprehensif yang menyeimbangkan keamanan, skalabilitas, dan desentralisasi sambil memberikan aplikasi praktis kepada pengguna di seluruh dunia.