Что такое Layer0, Layer1, Layer2, Layer3 в блокчейне?

Блокчейн — это революционная технология, обеспечивающая безопасный и прозрачный обмен данными. Он использует ряд уровней для хранения и обработки информации, которые называются уровнями 0-3. Каждый уровень имеет свою цель и функцию, что позволяет создать полную систему, способную обрабатывать широкий спектр транзакций.

Блокчейн определяется как технология распределенного реестра (DLT), которая обеспечивает безопасный и надежный обмен цифровыми активами между двумя или более сторонами. Это уникальная система, которая работает как открытая и децентрализованная сеть для одновременного хранения данных на нескольких компьютерах.

Слой 1

Для проверки и завершения транзакций уровень 1 является базовой цепочкой блоков, на которой можно построить несколько других уровней. Они могут работать независимо от других блокчейнов.

Layer1 можно разделить на три сегмента:

1. Уровень данных: отвечает за хранение всех транзакционных данных в сети. Это включает в себя такие вещи, как история транзакций, балансы, адреса и т. д. Этот уровень также помогает проверять каждую транзакцию с использованием криптографических алгоритмов (хеширования) для обеспечения точности и безопасности.
2. Сетевой уровень: отвечает за управление коммуникациями между пользователями в сети блокчейн. Он отвечает за передачу транзакций и других сообщений по сети, а также за проверку точности и легитимности этих сообщений.
3. Уровень консенсуса: позволяет блокчейну прийти к соглашению о наборе правил, которым должны следовать все пользователи при совершении транзакций. Обеспечивает действительность и актуальность всех транзакций с помощью согласованных алгоритмов, таких как Proof of Work, Proof of Stake или Byzantine Fault Tolerance.
4. На уровне приложения/смарт-контракта большая часть функциональности выполняется в сети блокчейн. Этот уровень содержит код (или смарт-контракты), который можно использовать для создания приложений, работающих в экосистеме блокчейна. Эти приложения способны передавать и хранить данные безопасным и распределенным образом. Не все протоколы уровня 1 имеют возможности смарт-контрактов.

Примерами таких сетей являются Биткойн, Солана, Эфириум и Кардано, каждая из которых имеет свой собственный токен. Этот токен используется вместо комиссии за транзакцию и действует как стимул для участников сети присоединиться к сети.

Хотя эти монеты имеют разные номиналы в зависимости от базовой конструкции, их цель остается неизменной: обеспечить экономический механизм поддержки функциональности блокчейна.

Сети уровня 1 имеют проблемы с масштабированием, поскольку блокчейн изо всех сил пытается обработать количество транзакций, запрашиваемых сетью. Это приводит к резкому увеличению комиссий за транзакции.

Трилемма блокчейна, термин, придуманный Виталиком Бутериным, часто используется при обсуждении возможных решений этой проблемы; необходимо сбалансировать децентрализацию, безопасность и масштабируемость.

Многие из этих подходов имеют свои недостатки; например, финансирование суперузлов, таким образом покупая суперкомпьютеры и большие серверы, чтобы повысить масштабируемость, но создавая изначально централизованную цепочку блоков.

Подходы к решению трилеммы блокчейна:

Увеличить размер блока

Увеличение размера блока сети уровня 1 может эффективно обрабатывать больше транзакций. Однако невозможно поддерживать бесконечно большой блок, поскольку большие блоки означают более низкую скорость транзакций из-за более высоких требований к данным и меньшей децентрализации. Это действует как предел масштабируемости за счет увеличения размеров блоков, ограничивая прирост производительности потенциальной стоимостью снижения безопасности.

Изменить механизм консенсуса

Хотя механизмы доказательства работы (POW) все еще существуют, они менее устойчивы и менее масштабируемы, чем их аналоги доказательства работы (POS). Вот почему Ethereum перешел с POW на POS; цель состоит в том, чтобы предоставить более безопасный и надежный алгоритм консенсуса, который дает лучшие результаты масштабируемости.

Фрагментация

Разделение — это метод разделения базы данных, используемый для масштабирования производительности распределенных баз данных. Сегментируя и распределяя регистр блокчейна по нескольким узлам, сегментирование обеспечивает повышенную масштабируемость, которая увеличивает пропускную способность транзакций, поскольку несколько сегментов могут обрабатывать транзакции параллельно. Это приводит к повышению производительности и значительному сокращению времени обработки по сравнению с традиционным последовательным подходом.

Это похоже на поедание торта, разделенного на ломтики. Таким образом, даже при увеличении объема данных или любой перегрузке сети фрагментированные сети намного эффективнее, поскольку все участвующие узлы синхронно работают вместе при обработке транзакций.

Слой 2

Протоколы уровня 2 построены поверх блокчейна уровня 1, чтобы решить проблемы его масштабируемости, не перегружая базовый уровень.

Это делается путем создания вторичной инфраструктуры, называемой «вне цепочки», которая обеспечивает лучшую пропускную способность связи и более быстрое время транзакций, чем те, которые поддерживаются уровнем 1.

Используя протоколы уровня 2, скорость транзакций повышается, а пропускная способность транзакций увеличивается, что означает, что больше транзакций может обрабатываться одновременно в течение определенного периода времени. Это может быть невероятно полезно, когда основная сеть становится перегруженной и замедляется, поскольку помогает снизить затраты на комиссию за транзакции и повысить общую производительность.

Вот несколько способов, которыми Layer2s решает проблему масштабируемости:

каналы

Каналы предоставляют решение уровня 2, которое позволяет пользователям совершать несколько транзакций вне цепочки, прежде чем они будут возвращены на базовый уровень. Это позволяет проводить более быстрые и эффективные транзакции. Существует два типа каналов: платежные каналы и государственные каналы. Платежные каналы разрешают только платежи, в то время как государственные каналы позволяют выполнять гораздо более широкие действия, которые обычно выполняются в блокчейне, например, управление смарт-контрактами.

Недостатком является то, что участвующие пользователи должны быть известны сети, поэтому об открытом участии не может быть и речи. Кроме того, всем пользователям необходимо будет заблокировать свои токены в смарт-контракте с несколькими подписями, прежде чем взаимодействовать с каналом.

Плазма

Платформа Plasma, созданная Джозефом Пуном и Виталиком Бутерином, использует смарт-контракты и числовые деревья для создания «дочерних цепочек», которые являются копиями исходной цепочки блоков, также известной как «родительская цепочка».

Этот метод позволяет передавать транзакции из первичной цепочки во вторичную, тем самым повышая скорость транзакций и снижая комиссию за транзакции, и хорошо работает в определенных случаях, таких как цифровые кошельки.

Разработчики Plasma специально разработали его, чтобы гарантировать, что ни один пользователь не сможет совершать транзакции до истечения определенного периода ожидания.

Однако эту систему нельзя использовать для масштабирования общих смарт-контрактов.

Сайдчейны

Сайдчейны, которые представляют собой блокчейны, работающие параллельно с основным блокчейном или блокчейном уровня 1, имеют несколько отличительных характеристик, которые отличают их от классических блокчейнов. Сайдчейны поставляются со своими собственными независимыми блокчейнами, часто использующими другие механизмы консенсуса и с другими требованиями к размеру блока, чем уровень 1.

Однако, несмотря на то, что сайдчейны имеют собственные независимые цепочки, они все равно подключаются к уровню 1 с помощью общей виртуальной машины. Это означает, что любые контракты или транзакции, которые можно использовать в сетях уровня 1, также доступны для использования в сайдчейнах, создавая большую инфраструктуру взаимодействия между двумя типами цепей.

Роллапы

Свертки выполняют масштабирование, объединяя несколько транзакций в боковой цепи в одну транзакцию на базовом уровне и используя SNARK (краткие неинтерактивные темы знаний) в качестве криптографического доказательства.

Хотя существует два типа сверток, свертки ZK и оптимистичные свертки, различия заключаются в их способности перемещаться между уровнями.

В накопительных пакетах Optimistic используется виртуальная машина, которая упрощает миграцию с уровня 1 на уровень 2, в то время как накопительные пакеты ZK отказываются от этой функции для большей эффективности и скорости.

Слой0

Протоколы уровня 0 играют жизненно важную роль в обеспечении перемещения ресурсов, улучшении взаимодействия с пользователем и снижении барьеров, связанных с межсетевым взаимодействием. Эти протоколы предоставляют блокчейн-проектам уровня 1 эффективное решение для решения основных проблем, таких как сложность перемещения между экосистемами уровня 1.

Не существует единой схемы для набора протоколов Layer0; различные механизмы консенсуса и параметры блокировки могут быть приняты для целей дифференциации. Некоторые токены Layer0 действуют как эффективный спам-фильтр, поскольку пользователи должны застейкать эти токены, прежде чем они смогут получить доступ к связанным экосистемам.

Cosmos — это протокол уровня 0, известный своим набором инструментов с открытым исходным кодом, состоящим из Tendermint, Cosmos SDK и IBC. Эти предложения позволяют разработчикам беспрепятственно создавать свои блокчейн-решения в интероперабельной среде; мутуалистическая архитектура позволяет компонентам свободно взаимодействовать друг с другом. Это совместное видение виртуального мира воплотилось в Cosmoshood, с любовью придуманное его преданными приверженцами, что позволяет сетям блокчейнов развиваться независимо, сохраняя при этом коллективное существование, олицетворяя «Интернет блокчейна».

Другой распространенный пример — Polkadot.

Слой 3

Уровень 3 — это протокол, на котором основаны решения на основе блокчейна. Обычно называемый «прикладным уровнем», он предоставляет инструкции для обработки протоколов уровня 1. Это позволяет децентрализованным приложениям, играм, распределенному хранилищу и другим приложениям, построенным на платформе блокчейна, функционировать должным образом.

Без этих приложений использование только протоколов уровня 1 было бы довольно ограниченным; Уровень 3 необходим, чтобы разблокировать их силу.

Уровень 4?

Layer4 не существует, обсуждаемые уровни называются четырьмя уровнями блокчейна, но это потому, что в мире программирования мы начинаем считать с 0.

Заключение

Масштабируемость сетей блокчейна сильно зависит от их архитектуры и используемого стека технологий. Каждый уровень сети служит важной цели, обеспечивая большую пропускную способность и совместимость с другими блокчейнами. Протоколы уровня 1 образуют базовый уровень или основную цепочку блоков, а протоколы сайдчейна, агрегации и уровня 0 обеспечивают дополнительную поддержку масштабирования.

Протоколы уровня 3 предоставляют инструкции, которые позволяют пользователям получать доступ к приложениям, построенным на всей системе. Все вместе эти элементы составляют мощную и надежную инфраструктуру, которая может безопасно обрабатывать крупномасштабные транзакции.