Розуміння архітектури Блокчейн: Повний посібник по Рівень 0, 1 та 2

Блокчейн технологія нагадує цибулю — обидві мають характерні шари, які виконують певні цілі. Давайте дослідимо шарувату архітектуру блокчейну, щоб зрозуміти, як кожен компонент функціонує в цій революційній екосистемі.

Фонд: Блокчейн рівня 1

Шар 1 представляє основну мережу блокчейну — фундамент, який може незалежно перевіряти та завершувати транзакції, використовуючи свою власну інфраструктуру. Bitcoin, Ethereum та Cardano є прикладами проектів блокчейну Шар 1.

Ці мережі мають свої власні рідні токени (coins), які користувачі повинні використовувати для сплати комісій за транзакції при взаємодії з блокчейном.

Виклики масштабування на базовому рівні

Мережі першого рівня часто стикаються з обмеженнями масштабування. Коли обсяг транзакцій перевищує пропускну спроможність, користувачі відчувають підвищення комісій і повільніші підтвердження.

Цей виклик стосується того, що Віталік Бутерін назвав Блокчейн Триєдність—складний баланс між:

• Децентралізація (розподілене управління мережею)
• Безпека (стійкість до атак)
• Масштабованість (пропускна здатність транзакцій)

Усі рішення щодо масштабування повинні балансувати між цими трьома критичними властивостями. Наприклад, розгортання потужних супервузлів може підвищити ємність мережі, але пожертвує децентралізацією — основним принципом блокчейну.

Підходи до масштабування Layer 1

Базові блокчейни використовують кілька стратегій для покращення своєї масштабованості:

Розширення розміру блоку

Збільшення ємності блоку дозволяє обробляти більше транзакцій за блок, але цей підхід має обмеження:

• Надмірно великі блоки вимагають більше часу для завантаження
• Вимоги до пропускної здатності мережі суттєво зростають
• Бар'єри участі вузлів зростають, зменшуючи децентралізацію

Оптимізація механізму консенсусу

Деякі механізми консенсусу масштабуються ефективніше, ніж інші:

• Доказ роботи (, що використовується Bitcoin), забезпечує надійний захист, але обмежену пропускну спроможність.
• Доказ доказу частки (, прийнятий Ethereum та іншими), забезпечує кращу масштабованість з меншими енергетичними вимогами

Імплементація шардінгу

Шардинг ділить дані блокчейну на керовані сегменти, звані "шардами", розподіляючи навантаження на валідацію по мережі:

• Кожен вузол обробляє лише частину транзакцій
• Оброблені шардові блоки транслюються в основний ланцюг для остаточної валідації
• Це паралельне оброблення значно збільшує пропускну здатність транзакцій

Поза базовим рівнем: Рішення другого рівня

Протоколи другого рівня працюють на основі блокчейнів першого рівня, спеціально розроблених для вирішення обмежень масштабованості. Ці рішення створюють вторинні структури, які обробляють транзакції "поза ланцюгом" перед їх остаточним записом на базовому рівні.

Технологія другого рівня покращує:

• Швидкість транзакції: Зменшення часу підтвердження для окремих транзакцій
• Пропускна здатність транзакцій: Збільшення ємності мережі для обробки більшої кількості транзакцій за секунду
• Ефективність витрат: Зниження комісій за транзакції під час завантаження мережі

Стратегії впровадження другого рівня

Кілька підходів дозволяють рішенням масштабування другого рівня:

Платежі та державні канали

Канали дозволяють кільком офлайн-транзакціям відбутися перед записом фінального стану до базового шару:

• Платіжні канали зосереджуються виключно на переказах вартості між сторонами
• Державні канали підтримують більш широкі взаємодії, включаючи операції зі смарт-контрактами.

Ці рішення вимагають, щоб учасники були відомі мережі та блокували токени в багатопідписних контрактах, що обмежує відкриту участь.

Плазмові фреймворки

Розроблений Джозефом Пуном і Віталіком Бутеріним, Plasma створює "дочірні ланцюги", які відображають батьківський блокчейн:

• Смарт-контракти управляють відносинами між батьківськими та дитячими ланцюгами
• Транзакції відбуваються на дочірніх ланцюгах, щоб зменшити навантаження на основний ланцюг
• Числові деревоподібні структури організовують і валідують дані транзакцій

Хоча Плазма є ефективною для конкретних випадків використання, вона стикається з обмеженнями при складних смарт-контрактах і вимагає періодів очікування для виведення.

Рішення для сайдчейнів

Бічні ланцюги функціонують як незалежні блокчейни з власними механізмами консенсусу, при цьому зберігаючи сумісність з основним ланцюгом:

• Підключіться до Блок 1 через сумісні віртуальні машини
• Підтримка контрактів та транзакцій, сумісних з основним Блокчейном
• Працюйте з власними параметрами безпеки та вимогами до блоків

Технологія Rollup

Ролапи об'єднують кілька оффчейн-транзакцій в одну ончейн-транзакцію, генеруючи криптографічні докази, звані SNARKs (Стислі Некеруючі Аргументи Знань):

ZK Роллапи:

• Швидша обробка та підтвердження транзакцій
• Більша ефективність в використанні ресурсів
• Більш складна міграція між шарами через обмеження віртуальної машини

Оптимістичні Ролапи:

• Використовуйте віртуальні машини для більш плавної міграції з Layer 1 на Layer 2
• Реалізуйте механізми захисту від шахрайства, а не докази дійсності
• Забезпечити легшу сумісність смарт-контрактів

Інтеропераційний шар: Протоколи шару 0

Протоколи рівня 0 сприяють міжланцюговій комунікації між різними блокчейнами рівня 1, вирішуючи проблему ізоляції, яка раніше обмежувала користувачів певними екосистемами.

На відміну від мережі Layer 1, блокчейни, побудовані на одному й тому ж протоколі Layer 0, можуть реалізувати різні:

• Механізми консенсусу
• Параметри та структури блоку
• Правила мережі та системи управління

Багато платформ Layer 0 вимагають від користувачів ставити нативні токени як заходи проти спаму при доступі до їхньої екосистеми.

Видатний шар 0 Приклад

Cosmos є найбільш визнаним протоколом Layer 0, що пропонує відкриті інструменти, включаючи:

• Tendermint: Консенсусний механізм для побудови блокчейнів
• Cosmos SDK: Інструмент для розробки, що дозволяє створювати власні блокчейни
• IBC (Міжблокчейн комунікація): Протокол, що дозволяє взаємодії між різними блокчейнами

Cosmos має на меті побудувати "Інтернет Блокчейнів", де незалежні мережі безперешкодно спілкуються. Основні проекти, побудовані з використанням технології Cosmos, включають основні торгові платформи, платіжні рішення та мережі інфраструктури блокчейну.

Прикладний фронтир: Шар 3

Шар 3 представляє собою прикладні протоколи, які дозволяють блокчейн-послуги, такі як децентралізовані програми (dApps), ігри, рішення для зберігання та інші інтерфейси, орієнтовані на користувача.

Зазвичай називаний "рівень застосунків", Рівень 3 забезпечує функціональність, яка робить блокчейн корисним не лише для простих транзакцій:

• Постачає інформацію для обробки Рівня 1 (, наприклад, інструкції смарт-контрактів )
• Створює практичні випадки використання для основної інфраструктури блокчейн
• Надає безпосередню цінність кінцевим користувачам через інтуїтивно зрозумілі інтерфейси

Більшість блокчейнів першого рівня підтримують розробку третього рівня безпосередньо на своїх мережах, хоча базовий протокол Біткоїна обмежив такі можливості. Інші блокчейни, такі як Ефіріум, Солана та Кардано, мають процвітаючі екосистеми третього рівня, які збагачують їх мережі.

Сучасні Layer 3 додатки все частіше пропонують функціональність міжланцюга, що дозволяє користувачам взаємодіяти з активами на різних блокчейнах. Це вимагає від розробників роботи з кількома мовами програмування, такими як Solidity для Ethereum та Haskell для Cardano, щоб забезпечити безперебійну міжланцюгову взаємодію.

Повний стек Блокчейн

Екосистема блокчейну складається з взаємопов'язаних шарів, кожен з яких виконує різні функції:

• Шар 0: Дозволяє міжланцюгову взаємодію між протоколами Шару 1 (, наприклад, Cosmos)
• Шар 1: Формує базову блокчейн мережу, валідує та фіналізує транзакції (e.g., Bitcoin)
• Layer 2: Забезпечує рішення для масштабування мереж Layer 1 через обробку поза ланцюгом (, наприклад, Lightning Network )
• Шар 3: Доставляє додатки та послуги на базі Блокчейн кінцевим користувачам (, наприклад, децентралізовані біржі )

Хоча деякі дискусії згадують "Шар 4" у архітектурі блокчейну, галузевий консенсус обліковує з Шару 0 до Шару 3 — згідно з програмною конвенцією, де облік починається з нуля.

Кожен шар вирішує конкретні проблеми в екосистемі блокчейн, працюючи разом, щоб створити комплексний технологічний стек, який забезпечує баланс безпеки, масштабованості та децентралізації, водночас надаючи практичні застосування користувачам у всьому світі.