Цель технологии блокчейн - принести людям свободу и истинную децентрализацию. Однако, как только начинаешь углубляться в технологию, обнаруживаешь, что все имеет свою цену. В блокчейне можно получить устойчивость к децентрализации и цензуре, но всегда за счет масштабируемости и скорости. Это явление имеет формальное доказательство, известное как Трилема DCS или Теорема DCS, которое утверждает, что в распределенной системе можно достичь только двух из следующих трех свойств: децентрализация, консенсус, масштабирование.

Решения второго уровня решают эту проблему элегантным и естественным образом. В этом отрывке из оригинального исследования под названием «Масштабирование блокчейна со слоем 2: теория и практика» мы рассмотрим некоторые из существующих решений и то, как они помогают донести силу блокчейна до миллиардов пользователей.

Исторически Sidechains были первым предложением о том, как мы можем достичь практически неограниченного масштабирования и хорошей конфиденциальности, сохраняя безопасность протокола базового уровня. Они позволяют пользователям блокировать некоторые монеты в основной цепочке и, в свою очередь, получать монеты в параллельной цепочке со своими собственными правилами, консенсусом и гораздо большей гибкостью в отношении управления протоколом.

Самые известные сайдчейны

Плазма

Plasma – боковая цепь для Ethereum, которая просто представляет собой смартконтракт для основной сети. Смартконтракт заключает в себе все правила и валидации в цепочке Plasma.

Валидация блоков в боковой цепи (sidechain) выполняется либо одним оператором, либо консенсусом с гораздо меньшим набором валидаторов, чем у базового уровня. Уже одно это позволяет ускорить частоту блоков и количество максимально возможных транзакций в каждом блоке. Кроме того, это позволит избежать проблемы распространения блоков и задержек, что всегда имеет место для блокчейнов базового уровня, где блок должен быть принят десятками тысяч узлов по всему миру.

Основным недостатком и проблемой этого подхода является то, что боковые цепи всегда вводят некоторую степень централизации. Разработчики Plasma и RSK стараются сохранить как можно больше децентрализации, но это не всегда возможно. Шлюз, который передает Ether или биткойны, обычно контролируется одной стороной и может быть уязвим для атак. Несмотря на то, что федерация валидаторов RSK или оператор Plasma не может похитить средства пользователей из-за правил протокола, они все равно могут получать данные транзакций, деанонимизировать пользователей или удерживать некоторую информацию.

Lightning Network

Созданная для биткойна и ему подобных блокчейнов (Decred, Litecoin), Lightning Network (LN) - пожалуй, самая известная платежная сеть второго уровня. Основная концепция в LN - это канал оплаты, который можно открыть среди любых двух пользователей, включив специальную транзакцию финансирования в базовую цепочку блоков. Такая транзакция завершается в форме мульти-подписи 2 из 2, что означает, что ни одна из сторон не может в одиночку снять деньги. Чтобы гарантировать, что средства не будут потеряны навсегда в канале в случае отказа от сотрудничества или в случае потери личного ключа, обе стороны подписывают транзакции друг друга.

Когда канал открыт и финансируется каким-либо BTC, обе стороны могут совершать сделки настолько быстро, насколько позволяет одноранговое соединение, и не платят за это плату. Молниеносные транзакции выполняются в виде криптографических обязательств. Это позволяет осуществлять абсолютно недоверенные платежи: любая сторона может в любое время закрыть канал и зафиксировать непогашенный торговый баланс в цепочке блоков биткойнов.

Практический вариант использования LN заключается не в том, что каждый отдельный пользователь будет публиковать транзакцию цепочки всякий раз, когда ему нужно будет произвести платеж; скорее это будет работать как реальная сеть. Если Алиса не имеет прямого канала, открытого с Бобом, она всегда может создать многопереходную транзакцию, которая будет использовать несколько каналов для достижения своего места назначения - почти так же, как в настоящее время работает интернет или GSM-маршрутизация.

Еще одно преимущество LN - то, что эта боковая сеть не контролируется какой-либо конкретной корпорацией или даже группой разработчиков. Разработка началась с написания документации под названием BOLT (Основа технологии молнии). Документы BOLT описывают каждый аспект протокола детально, используя псевдокод и простой английский. Кроме того, во всем мире существует множество групп, создающих фактическую реализацию с использованием разных языков программирования и платформ, но, поскольку все они сотрудничают по одной и той же эталонной спецификации, получающееся в результате программное обеспечение совместимо.

Протокол GEO

Протокол GEO представляет собой решение для масштабирования вне блокчейна, которое может быть построено поверх существующих общедоступных цепочек и соединять их в единую сеть с перекрестными цепями. Нет общей бухгалтерской книги, которая требует дорогих узлов для вычислений и мощности для обеспечения безопасности. Вместо этого применяется внеплановый протокол, который использует распределенную сеть каналов состояния и линии доверия, соединяющие их. Преимущество состоит в том, что в отличие от Биткойна, Ethereum или Plasma, протокол GEO можно запустить на сравнительно медленном и дешевом устройстве - например, на смартфоне или компьютере Raspberry Pi.

GEO использует концепцию линий доверия, которая была впервые предложена Райаном Фуггером из Ripple. Идея очень похожа на двунаправленные каналы в LN или Raiden, хотя она основана не на заблокированной многозначной ликвидности, а на двустороннем соглашении между двумя пользователями. Это соглашение состоит из двух кредитных линий, а также баланса, показывающего, должна ли одна сторона другой стороне и сколько она должна. Платежи между не доверяющими незнакомцами осуществляются путем распространения обновлений баланса по сети линий доверия до тех пор, пока платеж не достигнет получателя.

Механики доверия

Линии доверия состоят из каналов IOU (I Owe You), где пользователи могут выдавать свою собственную валюту или актив, а сеть способствует свободному и неограниченному обмену этим активом. Это также позволяет осуществлять кросс-цепочечный обмен ценностями непосредственно между владельцами без участия в централизованных обменах.

Еще одна концепция, разработанная протоколом GEO, - это составные каналы, которые представляют собой комбинацию линий доверия с выданными пользователями активами и классическими государственными каналами с криптовалютой, заблокированными в одноцепочечном многоцелевом кошельке. В конце концов, пользователю разрешено не только совершать криптовалютные транзакции, но также токенизировать фиатные деньги, недвижимость и другие активы в реальном мире. Одним ощутимым примером этой технологии может стать межцепочечный DEX (децентрализованный обмен), который обеспечивается протоколом с нуля.

Сеть Celer

Celer Network - это независимый от блокчейна и горизонтально масштабируемый протокол, который увеличивает масштабируемость блокчейнов за счет автономного масштабирования. Сайдчейн Celer использует многоуровневую технологическую архитектуру с несколькими основными техническими инновациями, включая:

  • пакет построения с каналами боковой цепи и гибкой поддержкой обобщенных переходов состояний dApp вне цепочки;

  • оптимальный алгоритм маршрутизации состояний с пропускной способностью транзакций в 15 раз выше, чем в существующих современных решениях;

  • независимую операционную систему, которая упрощает разработку и использование автономных приложений на различных платформах.

Есть и другие решения, в которых используется аналогичный подход, например, Lightning Network, Raiden, Trinity и Plasma. Однако Celer Network отличается от них потому, что она будет совместима со всеми другими проектами, борющимися за масштабирование в сети.

Raiden Network

Как и Lightning Network для биткойнов, сеть Raiden создает последовательность каналов платежей вне блокчейна для быстрого разрешения транзакций. Одна из первых реализаций Raiden Network называется µRaiden, которая специально разработана для микроплатежей. Разница в том, что µRaiden использует только однонаправленные каналы оплаты, тогда как Lightning Network использует двунаправленные каналы оплаты.

Что в будущем?

Динамика и развитие публичных блокчейнов в значительной степени указывает на неизбежность дальнейшего расширения и роста сетей второго уровня. Эксперимент с Bitcoin Cash доказал, что масштабирование внутри блокчейна – это тупик. И даже если это может технически решить проблему масштабирования, то всегда будет делать это за счет децентрализации, что, в свою очередь, полностью разрушит главную цель, ради которой создаются блокчейны.

В дополнение к масштабированию и конфиденциальности, сети второго уровня расширят возможности технологии блокчейна и откроют новые сценарии использования, которые передадут Ethereum, Bitcoin и другие технологии в руки следующего миллиарда человек.